KR100937099B1 - Method for the code rate decision of joint source-channel coding for lossy channels and video transfering system using thereof - Google Patents

Method for the code rate decision of joint source-channel coding for lossy channels and video transfering system using thereof Download PDF

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KR100937099B1 KR1020030009280A KR20030009280A KR100937099B1 KR 100937099 B1 KR100937099 B1 KR 100937099B1 KR 1020030009280 A KR1020030009280 A KR 1020030009280A KR 20030009280 A KR20030009280 A KR 20030009280A KR 100937099 B1 KR100937099 B1 KR 100937099B1
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Abstract

본 발명은 채널 대역폭이 주어진 경우, 소스 부호화와 채널 부호화에 목표 비트량을 적절히 분배하여 종단간 왜곡량을 최소화하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for determining a code rate of source-channel joint coding that minimizes end-to-end distortion by appropriately distributing a target bit amount for source coding and channel coding, given a channel bandwidth.

본 발명에 따르면, 사전에 주어진 네트워크의 손실율과 그 값에 인접하는 임의의 두 값에 대하여 평균값을 얻기 위하여 테스트-런을 수행하는 제 1 단계; 상기 테스트-런의 수행 결과로부터 최대 PSNR을 나타내는 부호율과 평균 잔여 손실 확률을 계산하는 제 2 단계; 초기 소스 부호율, 초기 채널 부호율을 부호화하고 패킷화하여 채널을 통하여 전송하는 제 3 단계; 상기 패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여 채널의 패킷 손실 확률에 변화가 있다고 판단되면, 대응 부호율을 찾는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법이 제공된다.
According to the present invention, there is provided a method comprising: a first step of performing a test-run to obtain an average value for a loss rate of a given network and any two values adjacent to the value; A second step of calculating a code rate indicating an average PSNR and an average residual loss probability from the test-run result; A third step of encoding, packetizing, and transmitting an initial source code rate and an initial channel code rate; A fourth step of finding a corresponding code rate if it is determined that the packet loss probability of the channel is changed by feedback information during the packet transmission; Provided is a method of determining a code rate of source-channel joint encoding in a video transmission comprising a.

영상 전송, 결합 부호화, 부호율, 손실 확률, PSNRVideo transmission, joint coding, code rate, loss probability, PSNR

Description

영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법 및 이를 이용한 영상 전송 시스템 {Method for the code rate decision of joint source-channel coding for lossy channels and video transfering system using thereof} Code rate determination method of source-channel joint coding in video transmission and image transmission system using the same {Method for the code rate decision of joint source-channel coding for lossy channels and video transfering system using approximately}             

도 1은 본 발명에 적용되는 소스-채널 결합 부호화를 사용하는 영상 전송 시스템의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic configuration diagram of an image transmission system using source-channel joint coding according to the present invention;

도 2는 결합 왜곡과 결합 PSNR(Peak - Signal - to - Noise Ratio)의 일반적인 형상을 나타낸 그래프이고,2 is a graph showing a general shape of the coupling distortion and the combined peak-signal-to-noise ratio (PSNR),

도 3은 패킷 손실 및 총 채널 가용 대역폭에 따른 결합 PSNR(dB)의 측정치를 나타낸 그래프이고,3 is a graph showing measurements of combined PSNR (dB) versus packet loss and total channel available bandwidth.

도 4는 최적 부호율에서의 잔여 패킷 손실 확률을 나타낸 그래프이고,4 is a graph showing the probability of residual packet loss at the optimal code rate,

도 5는 임의의 n(=k/r)에 대하여 계산된

Figure 112003005078850-pat00001
그래프와 도 3의
Figure 112003005078850-pat00002
로 측정된
Figure 112003005078850-pat00003
쌍을 비교한 그래프이고,5 is calculated for any n (= k / r)
Figure 112003005078850-pat00001
3 of the graph and
Figure 112003005078850-pat00002
Measured by
Figure 112003005078850-pat00003
Is a graph comparing pairs,

도 6은 모든 PL에 대하여 최대 PSNR을 나타내는 최적의 부호율 r0들과 본 발명에서 제안하는 방법에 의하여 얻어진 부호율을 비교한 그래프이고,6 is a graph comparing code rates obtained by the method proposed by the present invention with optimal code rates r 0 representing the maximum PSNR for all P L ,

도 7은 전체 계산 방법과 본 발명에서 제안하는 방법, 고정 부호율(Fixed Code Rate) 방법의 평균 결합 PSNR을 비교한 그래프이고,7 is a graph comparing the average combined PSNR of the entire calculation method, the method proposed in the present invention, and the fixed code rate method.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호율 결정 방법을 개괄적으로 나타낸 흐름도이다.
8 is a flowchart schematically illustrating a method of determining a code rate according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 인터넷을 통한 영상 전송에서 소스-채널 결합 부호화(JSCC : Joint Source Channel Coding)의 부호율 결정 방법에 관한 것으로서, 특히, 인터넷을 통하여 영상을 전송할 때, 전송하는 동안 시간에 따라 변화하는 패킷 손실에 의하여 재생 화질이 급격하게 열화되는 것을 방지하기 위하여 종단간 영상의 평균 왜곡을 최소화시킬 수 있도록 소스-채널 결합 부호화를 적용하여 부호율을 적응적으로 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining a code rate of Joint Source Channel Coding (JSCC) in image transmission over the Internet. In particular, when the image is transmitted through the Internet, a packet that changes over time during transmission The present invention relates to a method of adaptively determining a code rate by applying a source-channel joint coding to minimize an average distortion of an end-to-end image in order to prevent a sudden degradation of reproduction quality due to loss.

인터넷을 통하여 영상을 전송할 때, 네트워크의 상태에 따라 패킷은 손실되거나 과도한 지연을 경험할 수 있다. 이러한 지연에 의하여 패킷이 수신단에 너무 늦게 들어오면, 이미 복호 시간을 놓친 영상 패킷은 쓸모가 없게 되며, 이는 손실된 것과 같은 효과를 가진다.When transmitting images over the Internet, packets may be lost or experience excessive delays depending on the state of the network. If a packet arrives too late due to this delay, the video packet which has already missed the decoding time becomes useless, which has the same effect as lost.

이러한 패킷 손실에 대응하여 복호 화질을 향상시키기 위해서는 오류 제어를 할 필요가 있다. 지금까지 다양한 오류 제어 방법이 사용되고 있지만, 대부분의 실시간 영상 전송에는 고정된 부호율(r = k/n, k = 정보 심볼의 길이, n = 전송 프 레임의 길이, n-k = 패리티 심볼의 길이)을 사용하는 FEC(Forward Error Correction) 방법이 주로 사용되고 있다.In order to improve the decoding quality in response to such packet loss, it is necessary to perform error control. Various error control methods have been used so far, but most real-time video transmissions use fixed code rates (r = k / n, k = length of information symbols, n = length of transmission frames, and nk = length of parity symbols). The Forward Error Correction (FEC) method used is mainly used.

그러나, 네트워크에서의 패킷 손실 확률은 시간에 따라 변화하기 때문에 고정된 부호율(Code Rate)의 채널 코드를 사용하는 것은 비효율적이다. 패킷 손실이 적은 경우에는 채널 부호화로 인한 중복성 때문에 채널의 사용이 비효율적이 되며, 반대로 패킷 손실이 큰 경우에는 원신호를 완전하게 복구하기에는 충분치 않을 수 있다.However, it is inefficient to use a fixed code rate channel code because the packet loss probability in the network changes over time. If the packet loss is small, the use of the channel is inefficient due to the redundancy due to channel coding. On the contrary, if the packet loss is large, it may not be enough to completely recover the original signal.

한편 종래의 부호율 결정 방법들의 대부분은 채널 오류에 의하여 발생되는 왜곡의 양을 손실 확률의 함수로 모델링하거나, 채널 대역폭과 손실 확률을 변수로 가지는 최적화 문제를 푸는 방식으로 접근하였다.On the other hand, most of the conventional code rate determination methods have been approached by modeling the amount of distortion caused by channel error as a function of loss probability, or by solving an optimization problem that has channel bandwidth and loss probability as variables.

그러나, 상기 방법들에 의하여 최적화 문제를 풀거나, 채널 오류에 의한 왜곡 모델을 실제 왜곡량으로 잘 근사화하기 위해서는 많은 계산량이 필요하게 되며, 종단간 왜곡이 대단히 복잡한 확률 과정에 따라 움직이므로 정확한 왜곡 모델을 얻는 것이 어렵다는 문제점이 있다.However, in order to solve the optimization problem by the above methods or to approximate the distortion model due to the channel error well to the actual distortion amount, a large amount of computation is required. There is a problem that it is difficult to obtain.

즉, 종래의 최적화 문제를 푸는 방법은 많은 계산을 필요로 하여 실용성이 떨어지며, 기존의 왜곡 추정 방법은 여전히 많은 계산량을 요구하거나 추정 성능이 많이 떨어진다는 문제점이 있다.
That is, the conventional method for solving the optimization problem requires a lot of calculations and is not practical, and the conventional distortion estimation method still requires a large amount of calculation or a large drop in estimation performance.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으 로서, 채널 대역폭이 주어진 경우, 소스 부호화와 채널 부호화에 목표 비트량을 적절히 분배하여 종단간 왜곡량을 최소화하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and, given a channel bandwidth, source-channel joint coding for minimizing end-to-end distortion by appropriately distributing a target bit amount in source coding and channel coding. The purpose of the present invention is to provide a method for determining a code rate of.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 영상 전송시 시간에 따라 변화하는 패킷 손실에 의하여 재생 화질이 급격하게 열화되는 것을 방지하기 위하여 종단간 영상의 평균 왜곡을 최소화시킬 수 있도록 하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법에 있어서, 사전에 주어진 네트워크의 손실율

Figure 112003005078850-pat00004
과 그 값에 인접하는 임의의 두 개의
Figure 112003005078850-pat00005
,
Figure 112003005078850-pat00006
에 대하여
Figure 112003005078850-pat00007
을 얻기 위하여 테스트-런을 수행하는 제 1 단계; 상기 테스트-런의 수행 결과로부터 최대 PSNR을 나타내는 부호율 r0와 평균 잔여 손실 확률
Figure 112003005078850-pat00008
를 계산하는 제 2 단계; 초기 소스 부호율 Rs, 초기 채널 부호율 Rc를 부호화하고 패킷화하여 채널을 통하여 전송하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계의 패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여 PL에 변화가 있다고 판단되면, 동일한
Figure 112003005078850-pat00009
에 대한 대응 부호율 r*를 찾는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법이 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, a source for minimizing the average distortion of the end-to-end video in order to prevent the degradation of the playback picture quality rapidly due to packet loss that changes over time during video transmission In the code rate determination method of channel-coupled coding, a loss rate of a given network
Figure 112003005078850-pat00004
And any two adjacent to that value
Figure 112003005078850-pat00005
,
Figure 112003005078850-pat00006
about
Figure 112003005078850-pat00007
Performing a test-run to obtain a first step; The code rate r 0 representing the maximum PSNR and the average residual loss probability from the test-run result.
Figure 112003005078850-pat00008
Calculating a second step; A third step of encoding, packetizing, and transmitting an initial source code rate R s and an initial channel code rate R c through a channel; If it is determined that P L is changed by the feedback information during the packet transmission in the third step, the same
Figure 112003005078850-pat00009
A fourth step of finding a corresponding code rate r * for; Provided is a method of determining a code rate of source-channel joint encoding in a video transmission comprising a.

또한, 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 이용한 소스-채널 결합 부호화 영상 전송 시스템에 있어서, 입력되는 영상을 부호율 결정부로부터 결정된 소스 부호율 Rs(t)로 부호화하는 영상 부호기; 상기 영상 부호기로부터 생성된 비트 스트림을 일정한 크기로 잘라 패킷화하고, RS(n,k) 채널 부호를 사용하여 k 개의 영상 패킷마다 n-k 개의 패리티 패킷을 부가하여 n 개의 패킷을 하나의 전송 프레임으로 생성하는 채널 부호기; 상기 채널 부호기로부터 생성된 고정 길이의 패킷들을 네트워크를 통하여 전달할 수 있도록 해당 프로토콜 처리를 거쳐 네트워크로 전송하는 네트워크 적용 프로토콜부; 상기 네트워크를 통하여 수신한 패킷들을 프로토콜 처리를 거친 후, 전송 과정 중에 유입된 채널 오류를 정정하는 채널 복호기; 상기 채널 복호기로부터 신호를 입력받아 영상을 복호하는 영상 복호기; 상기 네트워크를 통하여 전달된 패킷들로부터 네트워크의 상태를 분석하여 송신부측으로 피드백시키는 채널 상태 분석부; 상기 피드백되어 온 정보로부터 현재 시점에서 가용한 채널 대역폭, 패킷 손실 확률 등에 대한 정보를 추출 또는 추정하여 부호율 결정부로 전송하는 채널 상태 추정부; 를 포함하고, 상기 부호율 결정부는, 상기 채널 상태 추정부로부터 입력받은 정보로부터 소스 부호화와 채널 부호화에 할당할 부호율 Rs(t) 및 Rc(t)를 결정하는 것을 특징으로 하는 소스-채널 결합 부호화 영상 전송 시스템이 제공된다.A source-channel combined coded video transmission system using a code rate determination method of source-channel combined coding, comprising: an image encoder for encoding an input video at a source code rate R s (t) determined by a code rate determiner; Bit stream generated from the video encoder is cut into a predetermined size and packetized, and n packets are generated as one transmission frame by adding nk parity packets for every k video packets using RS (n, k) channel codes. A channel encoder; A network application protocol unit for transmitting the fixed length packets generated from the channel encoder to a network through a corresponding protocol process so as to be transmitted through a network; A channel decoder configured to correct the channel error introduced during the transmission process after the packets received through the network are subjected to protocol processing; An image decoder which receives a signal from the channel decoder and decodes the image; A channel state analyzer for analyzing a state of a network from the packets transmitted through the network and feeding back a signal to a transmitter; A channel state estimator for extracting or estimating information on channel bandwidth, packet loss probability, etc. available at the present time from the feedback information and transmitting the extracted information to a code rate determiner; And the code rate determining unit determines code rates R s (t) and R c (t) to be allocated to source coding and channel coding from information received from the channel state estimating unit. A channel-coupled coded video transmission system is provided.

또한, 영상 전송시 시간에 따라 변화하는 패킷 손실에 의하여 재생 화질이 급격하게 열화되는 것을 방지하기 위하여 종단간 영상의 평균 왜곡을 최소화시킬 수 있도록 하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 실행시킬 수 있는 컴 퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서, 사전에 주어진 네트워크의 손실율

Figure 112003005078850-pat00010
과 그 값에 인접하는 임의의 두 개의
Figure 112003005078850-pat00011
,
Figure 112003005078850-pat00012
에 대하여
Figure 112003005078850-pat00013
을 얻기 위하여 테스트-런을 수행하는 제 1 단계; 상기 테스트-런의 수행 결과로부터 최대 PSNR을 나타내는 부호율 r0와 평균 잔여 손실 확률
Figure 112003005078850-pat00014
를 계산하는 제 2 단계; 초기 소스 부호율 Rs, 초기 채널 부호율 Rc를 부호화하고 패킷화하여 채널을 통하여 전송하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계의 패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여 PL에 변화가 있다고 판단되면, 동일한
Figure 112003005078850-pat00015
에 대한 대응 부호율 r*를 찾는 제 4 단계; 를 포함하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 실행시킬 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.
In addition, in order to prevent a sudden degradation of the playback quality due to packet loss that varies with time during image transmission, a method of determining a code rate of source-channel joint coding to minimize the average distortion of the end-to-end image is performed. In a computer-readable recording medium, the loss rate of a given network in advance
Figure 112003005078850-pat00010
And any two adjacent to that value
Figure 112003005078850-pat00011
,
Figure 112003005078850-pat00012
about
Figure 112003005078850-pat00013
Performing a test-run to obtain a first step; The code rate r 0 representing the maximum PSNR and the average residual loss probability from the test-run result.
Figure 112003005078850-pat00014
Calculating a second step; A third step of encoding, packetizing, and transmitting an initial source code rate R s and an initial channel code rate R c through a channel; If it is determined that P L is changed by the feedback information during the packet transmission in the third step, the same
Figure 112003005078850-pat00015
A fourth step of finding a corresponding code rate r * for; There is provided a computer-readable recording medium capable of executing a method for determining a code rate of source-channel joint coding comprising a.

도 1은 본 발명에 적용되는 소스-채널 결합 부호화를 사용하는 영상 전송 시스템의 개략적인 구성도로서, 본 시스템의 송신측에서는 수신측 또는 네트워크의 노드로부터 네트워크에 대한 채널 상태 정보를 알 수 있다고 가정한다.1 is a schematic configuration diagram of a video transmission system using source-channel joint coding applied to the present invention, and it is assumed that a transmitting side of the system knows channel state information about a network from a receiving side or a node of a network. .

시간 t에서 종단간 총 왜곡을 D(t), 가용 총 채널 대역폭이 R(t) = Rs(t) + Rc(t)라고 하자. 그렇다면, 오류 정정을 위한 채널 부호화에 Rc(t)를 할당한 후 채널 오류에 의하여 야기되는 왜곡의 총량을 Dc(Rc(t))와, Rs(t)로 영상(소스) 부호화한 후에 발생된 소스 왜곡 Ds(Rs(t))가 서로 독립이라고 가정하면, D(t)는 아래의 [ 수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.Assume that the end-to-end total distortion at time t is D (t) and the total available channel bandwidth is R (t) = R s (t) + R c (t). If so, after assigning R c (t) to channel coding for error correction, the total amount of distortion caused by the channel error is encoded by D c (R c (t)) and R s (t). Assuming that the source distortions D s (R s (t)) generated afterwards are independent of each other, D (t) may be expressed as in Equation 1 below.

Figure 112003005078850-pat00016
Figure 112003005078850-pat00016

여기서, Dc(t)는 FEC에 의하여 정정되지 아니한 잔여 오류에 의하여 발생된 왜곡과 이 왜곡이 시공간 방향으로 연속 영상들에게 전파되는 오류를 포함한다.Here, D c (t) includes a distortion caused by a residual error not corrected by the FEC and an error in which the distortion propagates to successive images in the space-time direction.

한편, Ds(Rs(t))의 통계적 특성은 대부분 양자화 과정에 의하여 발생되는 왜곡이므로, 어느 정도 추정이 가능한 양이지만, Dc(Rc(t))는 확률 과정(Stochastic Process)에 의해서만 파악될 수 있으므로, 사전에 추정하는 것이 매우 어렵다.On the other hand, since the statistical characteristics of D s (R s (t)) are mostly distortions generated by the quantization process, the amount can be estimated to some extent, but D c (R c (t)) is a stochastic process. Since it can only be grasped by, it is very difficult to estimate in advance.

소스 부호화한 후에 비디오 비트 스트림은 채널 부호화를 위하여 고정 길이의 패킷으로 패킷화된다. 본 발명에서는 채널 부호화를 위하여 k 개의 정보(Information) 심볼 당 n-k 개의 패리티(Parity) 심볼을 덧붙여 n 개의 심볼로 만드는 RS(n,k) 부호를 사용한다. 이때, r=k/n을 부호율(Code Rate)이라 하고, n을 전송 프레임(Transmission Frame)의 크기라 한다. 전송되는 패킷에 순서 번호가 주어지는 경우, 이 부호는 n-k 개의 심볼 오류까지 정정할 수 있다. 본 발명에서는 하나의 패킷이 하나의 심볼을 구성한다고 가정한다.After source encoding, the video bit stream is packetized into fixed length packets for channel encoding. In the present invention, RS (n, k) codes are used to make n symbols by adding n-k parity symbols per k information symbols for channel coding. In this case, r = k / n is called a code rate, and n is called a size of a transmission frame. When a sequence number is given to a transmitted packet, this code can correct up to n-k symbol errors. In the present invention, it is assumed that one packet constitutes one symbol.

만일, n-k 개 이상의 오류가 발생하는 경우에는 그 전송 프레임은 복구될 수 없다. 그러나, 비디오 패킷의 경우 매 패킷마다 픽쳐 헤더 또는 슬라이스 헤더를 가지게 하면, 올바로 수신된 비디오 패킷은 재생에 사용될 수 있는 정보이므로 폐기할 필요가 없다. 따라서, 채널에서의 패킷 손실 확률보다 이 채널을 통과한 후 의 영상 패킷 손실 확률이 더 작거나 같게 된다. 픽쳐 헤더나 슬라이스 헤더는 영상 정보에 비하여 크기가 작기 때문에 적은 오버 헤드로 전송할 수 있으나, 이 경우 중복 사용으로 인한 약간의 오버 헤드는 감수해야 한다.If more than n-k errors occur, the transmission frame cannot be recovered. However, if a video packet has a picture header or a slice header for each packet, a correctly received video packet does not need to be discarded because it is information that can be used for reproduction. Therefore, the probability of video packet loss after passing through this channel is less than or equal to the packet loss probability in the channel. Since the picture header and the slice header are smaller in size than the image information, they can be transmitted with a small amount of overhead. However, in this case, some overhead due to overlapping usage must be taken.

전송 프레임의 크기가 n이고, 채널에서의 패킷 손실 확률이 PL로 주어지고, n 개의 패킷을 전달하였을 때, 채널에서 e 개의 패킷이 손실될 확률을

Figure 112003005078850-pat00017
라고 하면, 채널 부호화 이후의 잔여 손실 확률,
Figure 112003005078850-pat00018
은 아래의 [수학식 2]와 같이 된다.When the size of the transmission frame is n, the probability of packet loss in the channel is given by P L , and when n packets are delivered, the probability of e packets being lost in the channel is determined.
Figure 112003005078850-pat00017
, The residual loss probability after channel coding,
Figure 112003005078850-pat00018
Becomes as shown in [Equation 2] below.

Figure 112003005078850-pat00019
Figure 112003005078850-pat00019

여기서, r = k/n이다.Where r = k / n.

한편, 상기

Figure 112003005078850-pat00020
은 채널에서의 손실 특성이 독립적(Independent)인지, 군집적(Bursty)인지에 따라서 달라진다. 본 발명에서는 채널의 손실 특성이 독립적이라고 가정한다. 하지만 제안된 방법은 군집적인 경우에 대해서도 수정없이 적용이 가능하다.Meanwhile,
Figure 112003005078850-pat00020
Depends on whether the loss characteristics in the channel are independent or bursty. In the present invention, it is assumed that the loss characteristics of the channels are independent. However, the proposed method can be applied to clustered cases without modification.

도 1에 도시된 영상 부호기(소스 부호기)는 입력되는 영상을 부호율 결정부로부터 결정된 소스 부호율 Rs(t)로 부호화한다. 소스 부호화 과정으로부터 발생하는 왜곡의 양은 Ds(Rs(t))이다. 채널 부호기는 상기 영상 부호기로부터 생성된 비트 스트림을 일정한 크기로 잘라 패킷화하고, RS(n,k) 채널 부호를 사용하여 k 개 의 영상 패킷마다 n-k 개의 패리티 패킷을 부가하여 n 개의 패킷을 하나의 전송 프레임으로 생성한다. 네트워크 적용 프로토콜부는 상기 채널 부호기로부터 생성된 고정 길이의 패킷들을 네트워크를 통하여 전달할 수 있도록 해당 프로토콜 처리를 거쳐 네트워크로 전송한다.The video coder (source coder) shown in Fig. 1 encodes an input video with a source code rate R s (t) determined from the code rate determiner. The amount of distortion resulting from the source encoding process is D s (R s (t)). The channel encoder cuts and packetizes the bit stream generated from the video encoder into a predetermined size, and adds n packets by adding nk parity packets to each k video packets using an RS (n, k) channel code. Create as a transmission frame. The network application protocol unit transmits the fixed length packets generated from the channel encoder to the network through corresponding protocol processing so that the fixed length packets can be transmitted through the network.

수신측에서는 채널을 통하여 수신한 패킷들을 프로토콜 처리를 거친 후, 채널 복호기로 전달하여 전송 과정 중에 유입된 채널 오류를 정정한 후에 영상 복호기(소스 복호기)로 전송한다. 채널 상태 분석부는 네트워크를 통하여 전달된 패킷들로부터 네트워크의 상태를 분석하여 송신부측으로 피드백시킨다. 네트워크의 상태에 관한 정보로는 전송 지연, 지연 지터, 패킷 손실율 등이 포함된다.After receiving the protocol through the channel, the receiving side passes the protocol to the channel decoder, corrects the channel error introduced during the transmission process, and transmits the packet to the video decoder (source decoder). The channel state analyzer analyzes the state of the network from the packets transmitted through the network and feeds it back to the transmitter. Information about the state of the network includes transmission delay, delay jitter, and packet loss rate.

한편, 송신부측의 채널 특성 추정부는 상기 수신부측으로부터 피드백되어 온 정보로부터 현재 시점에서 가용한 채널 대역폭, 패킷 손실 확률 등에 대한 정보를 추출 또는 추정하여 부호율 결정부로 전송한다. 부호율 결정부는 상기 채널 상태 추정부로부터 입력받은 정보로부터 본 발명에서 제안한 방법에 의하여 소스 부호화와 채널 부호화에 할당할 부호율 Rs(t) 및 Rc(t)를 결정한다.
On the other hand, the channel characteristic estimator on the transmitter side extracts or estimates information on the available channel bandwidth, packet loss probability, etc. from the information fed back from the receiver side to the code rate determiner. The code rate determiner determines the code rates R s (t) and R c (t) to be allocated to source coding and channel coding by the method proposed by the present invention from the information received from the channel state estimating unit.

도 2는 결합 왜곡과 결합 PSNR(Peak - Signal - to - Noise Ration)의 일반적인 형상을 나타낸 그래프로서, 사용자에게 주어진 총 가용 채널 비트율,

Figure 112003005078850-pat00021
와 채널에서의 패킷 손실율이 고정되어 있는 경우, 손실 채널을 통하여 영상을 전송할 때, 종단간 결합 왜곡 D와 결합 PSNR = 10 log102552 /D 의 모습을 보 여 주고 있다.2 is a graph showing the general shape of the combined distortion and combined peak-signal-to-noise ratio (PSNR), the total available channel bit rate given to the user,
Figure 112003005078850-pat00021
When the packet loss rate is fixed in the channel and the channel, when the video is transmitted through the loss channel, the end-to-end joint distortion D and the combined PSNR = 10 log 10 255 2 / D.

도 2에서 가장 작은 종단간 왜곡을 나타내는 소스 부호율 R0가 최적 소스 부호율이라 할 수 있다. R0를 기준으로 왼쪽 부분은 손실된 대부분의 패킷을 채널 부호에 의하여 복구함으로써, 종단간 왜곡은 소스 부호율이 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. R0의 오른쪽 부분은 해당 채널 부호의 오류 정정 능력으로는 채널에서 발생하는 채널 오류에 효과적으로 대응할 수 없어 소스 부호율이 증가할수록 왜곡량이 증가함을 나타낸다. 즉, 소스 부호율이 증가할수록 더 많은 영상 패킷이 생성되고, 더 많은 영상 패킷이 손실되어 왜곡량이 급격하게 증가하는 것이다.
In FIG. 2, the source code rate R 0 representing the smallest end-to-end distortion may be referred to as an optimal source code rate. It can be seen that the left portion of R 0 is recovered by the channel code for most of the lost packets, so that the end-to-end distortion decreases as the source code rate increases. The right part of R 0 indicates that the error correction capability of the corresponding channel code cannot effectively cope with channel errors occurring in the channel, so that the amount of distortion increases as the source code rate increases. That is, as the source code rate increases, more video packets are generated, and more video packets are lost, and the amount of distortion rapidly increases.

도 3은 패킷 손실 및 총 채널 가용 대역폭에 따른 결합 PSNR(dB)의 측정치를 나타낸 그래프로서, 소스 부호화율로

Figure 112003005078850-pat00022
, 채널 부호율로
Figure 112003005078850-pat00023
, 채널 부호로 RS(20,k), 패킷 크기는 300 바이트, 영상 부호화는 H.263, 총 가용 대역폭을 각각 1, 2 Mbps로 하고, 소스 - 채널 결합 부호화를 적용한 경우, 측정된 평균 결합 PSNR 값을 보여주고 있다. 측정된 평균 결합 PSNR 값은 시험 영상 Foreman 300 프레임에 대한 평균 결합 PSNR이다.3 is a graph showing the measurement of combined PSNR (dB) according to packet loss and total channel available bandwidth.
Figure 112003005078850-pat00022
At the channel code rate
Figure 112003005078850-pat00023
RS (20, k) as the channel code, packet size is 300 bytes, H.263 for video coding, 1 and 2 Mbps for total available bandwidth, respectively. It is showing the value. The average combined PSNR value measured is the average combined PSNR for the test image Foreman 300 frames.

채널 복호를 한 후, 잔여 패킷 오류에 의하여 오류가 발생한 영상 블록은 평균 영상의 밝기 128로 치환하였다.After channel decoding, the video block in which the error occurred due to the residual packet error was replaced with 128 of the average video brightness.

도 3에서, 임의의 PL과 총 가용 채널 대역폭 R에 대한 평균 결합 PSNR 그래 프는 최적 부호율 r0인 최대 결합 PSNR(r0, PL) 값을 가지고 있다. r 0를 초과하는 부호율에서 평균 결합 PSNR은 채널 부호화의 오류 정정 능력을 벗어나기 때문에 급격하게 감소함을 알 수 있다.In Fig. 3, the average combined PSNR graph for any P L and total available channel bandwidth R has the maximum combined PSNR (r 0 , P L ) value with an optimal code rate r 0 . It can be seen that at a code rate exceeding r 0 , the average combined PSNR decreases drastically because it is beyond the error correction capability of channel coding.

이러한 관찰로부터 주어진 R과 PL에 대하여 결합 PSNR 그래프를 이용하면, 아래의 [수학식 3]처럼 최대의 평균 결합 PSNR에 대응하는 부호율 r0를 구함으로써, 최적의 부호율을 할당할 수 있다.Using the combined PSNR graph for the given R and P L from this observation, the optimal code rate can be assigned by obtaining the code rate r 0 corresponding to the maximum average combined PSNR as shown in Equation 3 below. .

Figure 112003005078850-pat00024
Figure 112003005078850-pat00024

도 4는 최적 부호율에서의 잔여 패킷 손실 확률을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the residual packet loss probability at the optimal code rate.

일반적으로 모든 R과 PL에 대하여 결합 PSNR 그래프를 얻는 과정은 대단히 많은 계산량을 필요로 하므로 비현실적이다. 그런데, 도 4와 같이 도 3의 r0에서의 잔여 손실 확률

Figure 112003005078850-pat00025
값들이 그들의 평균값
Figure 112003005078850-pat00026
를 기준으로 집중된다는 사실에 주목하자.
Figure 112003005078850-pat00027
는 주로 주어진 R에 대한 영상의 특성, 채널 손실 모델 및 사용된 채널 부호의 구조 (n,k)에 의하여 결정되고, PL에는 별로 민감하지 않다.In general, the process of obtaining a combined PSNR graph for all R and P L is unrealistic because it requires a great deal of computation. However, as shown in FIG. 4, the residual loss probability at r 0 in FIG. 3.
Figure 112003005078850-pat00025
Values are their average
Figure 112003005078850-pat00026
Note that the focus is based on
Figure 112003005078850-pat00027
Is mainly determined by the characteristics of the image for a given R, the channel loss model and the structure (n, k) of the channel code used, and is insensitive to P L.

Figure 112003005078850-pat00028
값은 PL과 r0에 비례한다. 도 3에서 총 가용 채널 대역폭에 대하여 PL이 커질 때에는 r0는 작아지고, PL이 작아지면 r0가 커지기 때문에
Figure 112003005078850-pat00029
은 거 의 일정한 값에 머무르게 된다. 이러한 관찰은 임의의 n(=k/r)에 대하여 계산된
Figure 112003005078850-pat00030
그래프와 도 3의
Figure 112003005078850-pat00031
로 측정된
Figure 112003005078850-pat00032
쌍의 그래프를 비교해 보면 입증된다.
Figure 112003005078850-pat00028
The value is proportional to P L and r 0 . In FIG. 3, when P L increases with respect to the total available channel bandwidth, r 0 decreases, and when P L decreases, r 0 increases.
Figure 112003005078850-pat00029
Is almost constant. This observation was calculated for any n (= k / r)
Figure 112003005078850-pat00030
3 of the graph and
Figure 112003005078850-pat00031
Measured by
Figure 112003005078850-pat00032
Comparing pairs of graphs proves that.

도 5는 임의의 n(=k/r)에 대하여 계산된

Figure 112003005078850-pat00033
그래프와 도 3의
Figure 112003005078850-pat00034
로 측정된
Figure 112003005078850-pat00035
쌍을 비교한 그래프로서, 고정된
Figure 112003005078850-pat00036
에 대하여 측정된 값들이 아주 근사적으로 계산된 값을 추정해 냄을 알 수 있다. 이로부터 최대 결합 PSNR 들에서의 잔여 손실 확률값이 그들의 평균값을 중심으로 밀집함이 검증된다.5 is calculated for any n (= k / r)
Figure 112003005078850-pat00033
3 of the graph and
Figure 112003005078850-pat00034
Measured by
Figure 112003005078850-pat00035
Graph comparing pairs, fixed
Figure 112003005078850-pat00036
It can be seen that the measured values for E estimate the approximate calculated values. From this it is verified that the residual loss probability values in the maximum combined PSNRs are concentrated around their mean values.

이러한 관찰을 이용하면 주어진 패킷 손실 확률에 대하여 모든 R과 PL에 대한 결합 PSNR 값을 구하거나,

Figure 112003005078850-pat00037
를 해석적으로 구하지 않아도 부호율 r을 결정할 수 있다. 본 발명에서는 상술한 분석 결과를 이용하여 실용적인 부호율 결정 방법을 제안한다.This observation can be used to find the combined PSNR values for all R and P L for a given packet loss probability,
Figure 112003005078850-pat00037
The code rate r can be determined even if is not obtained analytically. The present invention proposes a practical code rate determination method using the above-described analysis results.

제안하는 방법의 기본 아이디어는 최대 결합 PSNR 점에서의 잔여 오류 확률들이 그들의 평균값을 중심으로 매우 밀접하게 위치한다는 결합 PSNR 그래프의 특성으로부터 사전에 몇 개의 PL에 대하여 시험적으로

Figure 112003005078850-pat00038
을 구한 다음, 이를 기준으로 임의의 PL에 대하여
Figure 112003005078850-pat00039
Figure 112003005078850-pat00040
에 근접하는 부호율 r0를 결정하면, 고려 되는 모든 PL에 대하여 최대 결합 PSNR을 계산하는 전체 계산(Full Search) 방식이 나타내는 최적의 부호율을 근사적으로 추정할 수 있다는 것이다.The basic idea of the proposed method is to test experimentally several P L in advance from the characteristics of the combined PSNR graph that the residual error probabilities at the maximum combined PSNR points are very closely centered around their mean values.
Figure 112003005078850-pat00038
And then for any P L
Figure 112003005078850-pat00039
this
Figure 112003005078850-pat00040
By determining the code rate r 0 close to, we can approximate the optimal code rate represented by the full search method for calculating the maximum combined PSNR for all P L considered.

이러한 방식의 동작 절차는 다음과 같다.The operation procedure in this manner is as follows.

먼저, 초기 단계로서, 사전에 주어진 네트워크의 손실율

Figure 112003005078850-pat00041
과 그 값에 인접하는 임의의 두 개의
Figure 112003005078850-pat00042
,
Figure 112003005078850-pat00043
에 대하여
Figure 112003005078850-pat00044
을 얻기 위하여 테스트-런을 수행한다. 그리고, 최대 PSNR을 나타내는 부호율 r0와 평균 잔여 손실 확률
Figure 112003005078850-pat00045
를 각각, 아래의 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 통하여 구한다.First, as an initial step, the loss rate of a given network in advance
Figure 112003005078850-pat00041
And any two adjacent to that value
Figure 112003005078850-pat00042
,
Figure 112003005078850-pat00043
about
Figure 112003005078850-pat00044
Perform a test-run to get And, the code rate r 0 representing the maximum PSNR and the average residual loss probability
Figure 112003005078850-pat00045
Are obtained through Equation 4 and Equation 5 below.

Figure 112003005078850-pat00046
Figure 112003005078850-pat00046

Figure 112003005078850-pat00047
Figure 112003005078850-pat00047

여기서,

Figure 112003005078850-pat00048
는 상기 [수학식 2]로부터 주어진다.here,
Figure 112003005078850-pat00048
Is given from Equation 2 above.

그 다음, 주어진

Figure 112003005078850-pat00049
에 대하여 초기 부호율은
Figure 112003005078850-pat00050
이므로, 초기 소스 부호율 Rs, 초기 채널 부호율 Rc
Figure 112003005078850-pat00051
,
Figure 112003005078850-pat00052
로 부호화하고 패킷화하여 채널을 통하여 전송한다.Then, given
Figure 112003005078850-pat00049
The initial code rate for
Figure 112003005078850-pat00050
Since the initial source code rate R s , the initial channel code rate R c
Figure 112003005078850-pat00051
,
Figure 112003005078850-pat00052
Encode and packetize and transmit over the channel.

패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여 PL에 변화가 있다고 판단되면, 아래의 [수학식 6]과 같이 동일한

Figure 112003005078850-pat00053
에 대한 대응 부호율 r*를 찾는다. If it is determined that P L is changed by feedback information during packet transmission, the same equation as in Equation 6 below is used.
Figure 112003005078850-pat00053
Find the corresponding code rate r * for.

Figure 112003005078850-pat00054
Figure 112003005078850-pat00054

상술한 방법의 성능을 평가하기 위하여 다음과 같은 모의 실험을 수행하였다. 실험 환경은 다음과 같다.In order to evaluate the performance of the above method, the following simulations were performed. The experimental environment is as follows.

- 시험 영상 : Foreman(CIF 규격) 300 프레임-Test video: Foreman (CIF standard) 300 frames

- 부호화 알고리즘 : H.263 TMN-8-Coding Algorithm: H.263 TMN-8

- 총 가용 채널 대역폭 : 1 MbpsTotal Available Channel Bandwidth: 1 Mbps

- 사용된 채널 부호 : RS(n,k) 부호, n=20Channel code used: RS (n, k) code, n = 20

- 슬라이스 구조 : 3 slices/frame-Slice structure: 3 slices / frame

- 강제 INTRA MB(Macro-Block)갱신율 : 1/60 (frame-1)-Forced INTRA MB (Macro-Block) Renewal Rate: 1/60 (frame -1 )

- 영상 패킷의 유료 부하 크기 : 300 바이트-Payload size of video packets: 300 bytes

- 하위 프로토콜 오버헤드 고려하지 아니함.-Does not consider lower protocol overhead.

- 픽쳐 헤더(Picture Header)와 슬라이스 헤더(Slice Header)는 손실되지 않는다고 가정.Assume that Picture Header and Slice Header are not lost.

- 영상 복호기에서 패킷 손실로 재생이 안 되는 프레임은 이전 프레임을 반복 재생함.-A frame that cannot be played due to packet loss in the video decoder repeatedly plays the previous frame.

- 영상 복호기에서 오류 감춤(Error Concealment) 사용 안 함.
-No error concealment in the video decoder.

도 6은 모든 PL에 대하여 최대 PSNR을 나타내는 최적의 부호율 r0들과 본 발 명에서 제안하는 방법에 의하여 얻어진 부호율을 비교한 그래프이다.6 is a graph comparing code rates obtained by the method proposed in the present invention with optimal code rates r 0 representing the maximum PSNR for all P L.

제안한 방법에 의하여 첫 패킷 손실 확률인 PL = 1, 2, 3 %에 대하여 평균 잔여 손실 확률은 1.9x10-4이었다. 두 방법에 의하여 얻어진 부호율이 매우 유사함을 알 수 있으며, 부호율의 차이는 0.05 이하에 불과하였다.
By the proposed method, the average residual loss probability was 1.9x10 -4 for P L = 1, 2, 3%. It can be seen that the code rates obtained by the two methods are very similar, and the difference in code rates is only 0.05 or less.

도 7은 전체 계산 방법과 본 발명에서 제안하는 방법, 고정 부호율(Fixed Code Rate) 방법의 평균 결합 PSNR을 비교한 그래프로서, 부호율에 따른 평균 결합 PSNR은 그 차이가 매우 근소함을 알 수 있다.7 is a graph comparing the average combined PSNR of the entire calculation method, the method proposed in the present invention, and the fixed code rate method, and the average combined PSNR according to the code rate is very small. have.

반면 고정된 부호율 값을 사용하는 경우의 평균 결합 PSNR 값은 부호율을 적응적으로 변화시킨 본 발명에 비하여 훨씬 떨어짐을 확인할 수 있다. 이는 채널의 상태가 변화하는 경우 적응적으로 부호율을 변화시켜야 더 좋은 성능을 얻음을 입증하는 결과이다.
On the other hand, it can be seen that the average combined PSNR value in the case of using a fixed code rate value is much lower than the present invention in which the code rate is adaptively changed. This proves that better performance can be obtained by adaptively changing the code rate when the state of the channel changes.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호율 결정 방법을 개괄적으로 나타낸 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.8 is a flowchart schematically illustrating a code rate determining method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 스텝 S801에서, 사전에 주어진 네트워크의 손실율

Figure 112003005078850-pat00055
과 그 값에 인접하는 임의의 두 개의
Figure 112003005078850-pat00056
Figure 112003005078850-pat00057
을 입력받아, 스텝 S802에서, 상기 입력값에 대하여
Figure 112003005078850-pat00058
을 얻기 위해 테스트-런을 수행한다. 그 후, 스텝 S803 및 스텝 S804에서, 최대 PSNR을 나타내는 부호율
Figure 112003005078850-pat00059
및 평균 잔여 손실 확률
Figure 112003005078850-pat00060
를 상기 [수학식 4] 및 [수학식 5]에 의하여 계산한다.First, in step S801, the loss rate of a given network in advance
Figure 112003005078850-pat00055
And any two adjacent to that value
Figure 112003005078850-pat00056
And
Figure 112003005078850-pat00057
Is inputted, and in step S802, the input value is
Figure 112003005078850-pat00058
Perform a test-run to get After that, in step S803 and step S804, the code rate indicating the maximum PSNR
Figure 112003005078850-pat00059
And mean residual loss probability
Figure 112003005078850-pat00060
Is calculated by the above [Equation 4] and [Equation 5].

그리고, 스텝 S805에서, 주어진

Figure 112003005078850-pat00061
에 대하여 초기 부호율은
Figure 112003005078850-pat00062
이므로, 초기 소스 부호율
Figure 112003005078850-pat00063
및 초기 채널 부호율
Figure 112003005078850-pat00064
를 부호화하고, 패킷화하여 채널을 통해 전송한다.And, in step S805, given
Figure 112003005078850-pat00061
The initial code rate for
Figure 112003005078850-pat00062
Initial source code rate
Figure 112003005078850-pat00063
And initial channel code rate
Figure 112003005078850-pat00064
It is encoded, packetized and transmitted through the channel.

이어서, 스텝 S806에서, 패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여

Figure 112003005078850-pat00065
에 변화가 있는지 여부를 판단한다.Subsequently, in step S806, feedback information is used during packet transmission.
Figure 112003005078850-pat00065
Determine whether there is a change.

상기 스텝 S806에서의 판단 결과, 변화가 있으면, 스텝 S807에서, 상기 [수학식 6]에 의하여 동일한

Figure 112003005078850-pat00066
에 대한 대응 부호율
Figure 112003005078850-pat00067
를 찾는다.If there is a change as a result of the determination in step S806, the same expression is obtained by the above [Equation 6] in step S807.
Figure 112003005078850-pat00066
Corresponding code rate for
Figure 112003005078850-pat00067
Find it.

마지막으로, 스텝 S808에서, 소스 부호율

Figure 112003005078850-pat00068
및 초기 채널 부호율
Figure 112003005078850-pat00069
를 부호화하고, 패킷화하여 소스 부호기와 채널 부호기로 전송한다.
Finally, in step S808, the source code rate
Figure 112003005078850-pat00068
And initial channel code rate
Figure 112003005078850-pat00069
Is encoded, packetized, and transmitted to the source encoder and the channel encoder.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
Although the technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it is intended to exemplarily describe the best embodiment of the present invention, but not to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

이상과 같이 본 발명에 의할 때의 효과를 정리해 보면, 다음과 같다. In summary, the effects of the present invention are as follows.

첫째, 가능한 모든 R과 PL에 대하여 일일이 평균 결합 PSNR 그래프를 얻지 않아도 된다.First, it is not necessary to obtain the average combined PSNR graph for every possible R and P L.

둘째, 채널 오류에 의한 영상의 종단간 왜곡에 대한 모델링이 필요없다.Second, there is no need to model the end-to-end distortion of the image due to channel error.

셋째, 채널의 상태가 변화하더라도, 간단한 계산만으로 최적 부호율에 근접하는 부호율을 선택함으로써, 종단간에 최대 평균 결합 PSNR에 접근하는 화질을 제공할 수 있다.Third, even if the state of the channel changes, by selecting a code rate close to the optimum code rate by simple calculation, it is possible to provide an image quality approaching the maximum average combined PSNR end-to-end.

넷째, 패킷 손실이 군집적(Bursty Loss)으로 발생하는 인터넷 채널에서도 수정없이 적용 가능하다.Fourth, the packet loss can be applied without modification to the Internet channel caused by burst loss.

다섯째, 비트 오류가 독립적, 군집적으로 발생하는 무선 채널에 대해서도 수정없이 적용 가능하다.Fifth, it can be applied without modification to a wireless channel in which bit errors occur independently and collectively.

Claims (7)

영상 전송시 시간에 따라 변화하는 패킷 손실에 의하여 재생 화질이 급격하게 열화되는 것을 방지하기 위하여 종단간 영상의 평균 왜곡을 최소화시킬 수 있도록 하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법에 있어서,In the method of determining the code rate of the source-channel joint coding to minimize the average distortion of the end-to-end video in order to prevent the degradation of the playback quality due to the packet loss that changes with time during video transmission, 사전에 주어진 네트워크의 손실율
Figure 112009073856215-pat00070
과 그 값에 인접하는 임의의 두 개의
Figure 112009073856215-pat00071
,
Figure 112009073856215-pat00072
에 대하여, 소스왜곡과 채널왜곡의 합으로 표현되는 종단 간 총 왜곡량을 PSNR로 환산한 결합 PSNR의 평균값인 평균 결합 PSNR(
Figure 112009073856215-pat00073
)을 얻기 위하여 테스트-런을 수행하는 제 1 단계;
Loss rate of a given network in advance
Figure 112009073856215-pat00070
And any two adjacent to that value
Figure 112009073856215-pat00071
,
Figure 112009073856215-pat00072
The mean combined PSNR, which is an average value of the combined PSNRs in terms of PSNRs, is expressed as a sum of source distortion and channel distortion.
Figure 112009073856215-pat00073
A first step of performing a test-run to obtain;
상기 테스트-런의 수행 결과로부터 최대 PSNR을 나타내는 부호율 r0와 평균 잔여 손실 확률
Figure 112009073856215-pat00074
를 계산하는 제 2 단계;
The code rate r 0 representing the maximum PSNR and the average residual loss probability from the test-run result.
Figure 112009073856215-pat00074
Calculating a second step;
초기 소스 부호율 Rs, 초기 채널 부호율 Rc를 부호화하고 패킷화하여 채널을 통하여 전송하는 제 3 단계; 및A third step of encoding, packetizing, and transmitting an initial source code rate R s and an initial channel code rate R c through a channel; And 상기 제 3 단계의 패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여 PL에 변화가 있다고 판단되면, 동일한
Figure 112009073856215-pat00075
에 대한 대응 부호율 r*를 찾는 제 4 단계;
If it is determined that P L is changed by the feedback information during the packet transmission in the third step, the same
Figure 112009073856215-pat00075
A fourth step of finding a corresponding code rate r * for;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법.The code rate determination method of the source-channel joint coding in the image transmission comprising a.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 단계에서, 최대 PSNR을 나타내는 r0는 아래의 [식 1]에 의하여 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법.In the second step, r 0 representing the maximum PSNR is determined by Equation 1 below. [식 1][Equation 1]
Figure 112003005078850-pat00076
Figure 112003005078850-pat00076
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 2 단계에서, 평균 잔여 손실 확률
Figure 112003005078850-pat00077
는 아래의 [식 2]에 의하여 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법.
In the second step, the average residual loss probability
Figure 112003005078850-pat00077
The code rate determination method of the source-channel joint coding in image transmission, characterized in that determined by the following [Equation 2].
[식 2][Equation 2]
Figure 112003005078850-pat00078
Figure 112003005078850-pat00078
여기서,
Figure 112003005078850-pat00079
의 수식이 성립하고, r = k/n이다.
here,
Figure 112003005078850-pat00079
The formula of is satisfied and r = k / n.
제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 3 단계에서, 초기 소스 부호율 Rs, 초기 채널 부호율 Rc를 부호화하 고 패킷화하는 것은 아래의 [식 3]에 의하여 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법.In the third step, encoding and packetizing the initial source code rate R s and the initial channel code rate R c is determined by Equation 3 below. Code rate determination method. [식 3][Equation 3]
Figure 112003005078850-pat00080
,
Figure 112003005078850-pat00081
Figure 112003005078850-pat00080
,
Figure 112003005078850-pat00081
제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 4 단계에서, 대응 부호율 r*를 찾는 것은 아래의 [식 4]에 의하는 것을 특징으로 하는 영상 전송시 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법.In the fourth step, the code rate determination method of the source-channel joint coding in image transmission, characterized in that to find the corresponding code rate r * according to the following [Equation 4]. [식 4][Equation 4]
Figure 112003005078850-pat00082
Figure 112003005078850-pat00082
소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 이용한 소스-채널 결합 부호화 영상 전송 시스템에 있어서,A source-channel combined coded video transmission system using a method of determining a code rate of source-channel combined coding, 입력되는 영상을 부호율 결정부로부터 결정된 소스 부호율 Rs(t)로 부호화하는 영상 부호기;An image encoder for encoding the input image into the source code rate R s (t) determined by the code rate determiner; 상기 영상 부호기로부터 생성된 비트 스트림을 일정한 크기로 잘라 패킷화하고, RS(n,k) 채널 부호를 사용하여 k 개의 영상 패킷마다 n-k 개의 패리티 패킷을 부가하여 n 개의 패킷을 하나의 전송 프레임으로 생성하는 채널 부호기;Bit stream generated from the video encoder is cut into a predetermined size and packetized, and n packets are generated as one transmission frame by adding nk parity packets for every k video packets using RS (n, k) channel codes. A channel encoder; 상기 채널 부호기로부터 생성된 고정 길이의 패킷들을 네트워크를 통하여 전달할 수 있도록 해당 프로토콜 처리를 거쳐 네트워크로 전송하는 네트워크 적용 프로토콜부;A network application protocol unit for transmitting the fixed length packets generated from the channel encoder to a network through a corresponding protocol process so as to be transmitted through a network; 상기 네트워크를 통하여 수신한 패킷들을 프로토콜 처리를 거친 후, 전송 과정 중에 유입된 채널 오류를 정정하는 채널 복호기;A channel decoder configured to correct the channel error introduced during the transmission process after the packets received through the network are subjected to protocol processing; 상기 채널 복호기로부터 신호를 입력받아 영상을 복호하는 영상 복호기;An image decoder which receives a signal from the channel decoder and decodes the image; 상기 네트워크를 통하여 전달된 패킷들로부터 네트워크의 상태를 분석하여 송신부측으로 피드백시키는 채널 상태 분석부; 및A channel state analyzer for analyzing a state of a network from the packets transmitted through the network and feeding back a signal to a transmitter; And 상기 피드백되어 온 정보로부터 현재 시점에서 가용한 채널 대역폭, 패킷 손실 확률 등에 대한 정보를 추출 또는 추정하여 부호율 결정부로 전송하는 채널 상태 추정부; 를 포함하고,A channel state estimator for extracting or estimating information on channel bandwidth, packet loss probability, etc. available at the present time from the feedback information and transmitting the extracted information to a code rate determiner; Including, 상기 부호율 결정부는, 상기 채널 상태 추정부로부터 입력받은 정보로부터 소스 부호화와 채널 부호화에 할당할 부호율 Rs(t) 및 Rc(t)를 결정하는 것을 특징으로 하는 소스-채널 결합 부호화 영상 전송 시스템.The code rate determining unit determines a code rate R s (t) and R c (t) to be allocated to source coding and channel coding from information received from the channel state estimating unit. Transmission system. 영상 전송시 시간에 따라 변화하는 패킷 손실에 의하여 재생 화질이 급격하게 열화되는 것을 방지하기 위하여 종단간 영상의 평균 왜곡을 최소화시킬 수 있도록 하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 실행시키는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,A computer program for performing a code rate determination method of source-channel joint coding for minimizing the average distortion of an end-to-end image in order to prevent a sudden degradation of reproduction quality due to packet loss that varies with time during image transmission. In the recording medium readable by 사전에 주어진 네트워크의 손실율
Figure 112009073856215-pat00083
과 그 값에 인접하는 임의의 두 개의
Figure 112009073856215-pat00084
,
Figure 112009073856215-pat00085
에 대하여 소스왜곡과 채널왜곡의 합으로 표현되는 종단 간 총 왜곡량을 PSNR로 환산한 결합 PSNR의 평균값인 평균 결합 PSNR(
Figure 112009073856215-pat00086
)을 얻기 위하여 테스트-런을 수행하는 제 1 단계;
Loss rate of a given network in advance
Figure 112009073856215-pat00083
And any two adjacent to that value
Figure 112009073856215-pat00084
,
Figure 112009073856215-pat00085
The average combined PSNR, which is an average value of the combined PSNRs in terms of PSNRs, is expressed as the sum of source distortion and channel distortion.
Figure 112009073856215-pat00086
A first step of performing a test-run to obtain;
상기 테스트-런의 수행 결과로부터 최대 PSNR을 나타내는 부호율 r0와 평균 잔여 손실 확률
Figure 112009073856215-pat00087
를 계산하는 제 2 단계;
The code rate r 0 representing the maximum PSNR and the average residual loss probability from the test-run result.
Figure 112009073856215-pat00087
Calculating a second step;
초기 소스 부호율 Rs, 초기 채널 부호율 Rc를 부호화하고 패킷화하여 채널을 통하여 전송하는 제 3 단계; 및A third step of encoding, packetizing, and transmitting an initial source code rate R s and an initial channel code rate R c through a channel; And 상기 제 3 단계의 패킷 전송 중에 피드백 정보에 의하여 PL에 변화가 있다고 판단되면, 동일한
Figure 112009073856215-pat00088
에 대한 대응 부호율 r*를 찾는 제 4 단계;
If it is determined that P L is changed by the feedback information during the packet transmission in the third step, the same
Figure 112009073856215-pat00088
A fourth step of finding a corresponding code rate r * for;
를 포함하는 소스-채널 결합 부호화의 부호율 결정 방법을 실행시키는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.And executing a method of determining a code rate of source-channel joint coding comprising a.
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