KR100986555B1 - 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기버퍼링 시간 결정 방법 및 시스템 - Google Patents

프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기버퍼링 시간 결정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)를 위한 패킷을 수신하고, 수신된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하고, 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정된 값보다 큰 경우, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시간을 산출한다.
프로그레시브 멀티미디어 스트리밍, 패킷, 버퍼링

Description

프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법 및 시스템{INITIAL BUFFERING TIME DECISION METHOD AND SYSTEM FOR PROGRESSIVE MULTIMEDIA STREAMING SERVICE}
본 발명은 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 최소의 버퍼링 시간을 통해 끊김 없는 고품질의 프로그레시브 스트리밍 서비스를 제공할 수 있는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-103-03, 과제명: 통방융합 환경에서의 유비쿼터스 콘텐츠 서비스(UCA) 기술 개발].
프로그레시브 스트리밍 서비스는 전송 프로토콜로써 TCP(Transmission Control Protocol)를 이용한다는 측면에서 다운로드와 유사하지만, 다운로드 되는 도중에 수신된 미디어 데이터를 재생한다는 측면에서는 실시간 스트리밍과 유사한 개념의 서비스 기술이다.
실시간 스트리밍의 경우에는, 손실된 패킷을 재전송 받을 수 있는 환경이 되지 못하는 실시간 특성으로 인하여, 채널 오류에 의한 패킷 손실이 미디어 데이터 손실로 그대로 이어질 수 밖에 없다.
그러나, 프로그레시브 스트리밍의 경우에는, 손실된 패킷을 TCP의 순서번호 (sequence number) 또는 검사합(checksum) 기능 등을 통하여 검출할 수 있고, 재전송을 통해 손실된 패킷을 복원할 수 있다. 다만, 이러한 재전송 서비스 환경에서 가장 중요한 요구사항은, 재전송을 통해 손실된 패킷을 수신하기까지 걸리는 시간 동안, 사용자에게 끊김 없이 기존의 서비스를 제공할 수 있는 충분한 량의 데이터가 클라이언트 버퍼에 남아 있어야 한다는 것이다.
즉, 패킷 손실에 의한 패킷 재전송 환경에서 만족스러운 서비스를 제공하기 위한 충분한 량의 데이터를 수신 버퍼에 확보하기 위해 기다려야 하는 초기 버퍼링 시간을 정하는 문제는, 프로그레시브 스트리밍에서 해결되어야 할 중요한 문제이다. 기본적인 해결책은 클라이언트에 대용량의 버퍼를 설치하여 오랜 시간동안 미디어 데이터를 버퍼링한 후에 미디어 재생을 시작하는 것이다. 이 방법은 초기에 안정적인 미디어 재생이 가능하지만, 버퍼링 시간의 증가로 인한 초기 재생시간 지연으로 대기시간 (latency)이 크게 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 네트워크 혼잡으로 유실된 패킷을 TCP 재전송 (retransmission)을 통해 다시 전달할 경우, 최소의 버퍼링 시간을 통해 끊김 없는 고품질의 서비스를 제공할 수 있는 안정적인 버퍼 동작 구조를 설계하는 것은 매우 중요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 최소의 버퍼링 시간을 통해 끊김 없는 고품질의 프로그레시브 스트리밍 서비스를 제공할 수 있는 안정적인 버퍼 동작 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 인터넷 환경에서 빈번한 연속 패킷 손실로 인한 재전송에 의해 발생 가능한 수신 단말기의 버퍼 고갈 확률을 고려하여, 실시간으로 초기 버퍼링 시간을 결정 가능한 방법을 제공하여, 유무선 네트워크 환경에 적용이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 매우 낮은 버퍼고갈 확률로 프로그레시브 스트리밍에 의한 초기 서비스 지연시간을, 다운로드 방식에 비해 줄일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일측에 따른 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법은, 프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)를 위한 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정된 값보다 큰 경우, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 상기 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시 간을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 프로그레시브 스트리밍 서비스를 위한 패킷의 수신 중에 연속 패킷 손실이 발생하는 경우, 미디어의 재생 속도를 늦추어 상기 버퍼의 패킷 고갈의 방지를 실행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 단계는, 슬로우 팩터(slow factor)를 적용하여 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 산출하는 길버트 채널 모델(Gilbert channel model)을 적용하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 단계이다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 따른 데이터는, 비디오 데이터 및 오디오 데이터가 1개의 스트림으로 구성되는 경우, 상기 비디오 데이터 중에서 제1 비디오 프레임과, 상기 오디오 데이터 중에서 제1 오디오 프레임이, 상호 이웃하도록 구성된다.
본 발명의 일측에 따른 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 장치는, 프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)를 위한 패킷을 수신하는 패킷 전송부, 상기 수신된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 패킷 고갈 확률 계산부, 및 상기 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정된 값보다 큰 경우, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 상기 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시간을 산출하는 버퍼링 시간 산출부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 의한 패킷의 수신 중에 연속 패킷 손실이 발생하는 경우, 미디어의 재생 속도를 늦추어 상기 버퍼의 패킷 고갈의 방지를 실행하는 지연시간 모델링부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 패킷 고갈 확률 계산부는, 슬로우 팩터(slow factor)를 적용하여 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 산출하는 길버트 채널 모델(Gilbert channel model)을 적용하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산한다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 따른 데이터는, 비디오 데이터 및 오디오 데이터가 1개의 스트림으로 구성되는 경우, 상기 비디오 데이터 중에서 제1 비디오 프레임과, 상기 오디오 데이터 중에서 제1 오디오 프레임이, 상호 이웃하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 최소의 버퍼링 시간을 통해 끊김 없는 고품질의 프로그레시브 스트리밍 서비스를 제공할 수 있는 안정적인 버퍼 동작 구조를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인터넷 환경에서 빈번한 연속 패킷 손실로 인한 재전송에 의해 발생 가능한 수신 단말기의 버퍼 고갈 확률을 고려하여, 실시간으로 초기 버퍼링 시간을 결정 가능한 방법을 제공하여, 유무선 네트워크 환경에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 매우 낮은 버퍼고갈 확률로 프로그레시브 스트리밍 에 의한 초기 서비스 지연시간을, 다운로드 방식에 비해 크게 줄일 수 있다.
이하 첨부된 도면들 및 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른, 프로그레시브 스트리밍 시의 파일 포맷 구조를 도시한 도면이다.
프로그레시브 스트리밍(Progressive streaming)에서와 같이, 비디오 및 오디오 데이터가 각각 1개의 스트림으로 구성되는 경우에는, 초기 서비스 지연 시간을 최소화하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, MP4 파일의 mdat 부분을 액세스 유닛에 해당하는 비디오 프레임(120)과 이 비디오 프레임 구간에 해당되는 오디오 프레임(110)을 하나로 묶어서 이웃하도록 파일에 저장한다. 이와 같이 구성되는 경우에는, 버퍼고갈이 발생했을 때 버퍼가 목표량에 도달할 때까지 대기한 후 다시 재생하기까지 걸리는 시간을 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른, 프로그레시브 스트리밍의 패킷 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 구조를 갖는 MP4 파일포맷 기반의 프로그레시브 스트리밍의 패킷 전송 구조는 도 2에 도시된 바와 같다.
본 발명의 일례에서는 분석의 복잡도를 최소화하기 위하여 각 패킷의 길이가 모두 동일하다고 가정한다. 비디오 화면간 시간 간격(frame interval)은 ti(210)로 표시되고, 이 기간 동안 전송되는 패킷의 개수를 패킷 전송률 Rp로 표시한다. 하나의 패킷이 전송을 위해 패킷화 되는데 걸리는 시간을 tp(220)로 표시한다면, Rp=ti/tp로 표시할 수 있다.
도 2에서 tT(230)는 네트워크를 통한 전송에 걸리는 시간을 의미하고, 재생을 위해 버퍼에서 기다려야 하는 버퍼링 크기는 Bt(240)로 표시되며, 이때 도 2의 경우에는 Bt=4패킷이다.
한편, 첫 번째 패킷이 버퍼에 도착한 후 재생이 시작되기까지 버퍼에서 기다리는 시간 Tbuff는 다음의 수학식 1에서와 같이 계산된다.
Tbuff = Bt ·ti
(단, Bt는 버퍼링 크기, ti는 비디오 화면간 시간 간격임.)
또한, 상기와 같은 Tbuff 를 이용한 총 서비스 지연 시간 Dt는 다음의 수학식 2에 의하여 계산될 수 있다.
Dt = tp + tT + Tbuff
(단, tp는 하나의 패킷이 전송을 위해 패킷화 되는 시간, tT는 네트워크를 통한 전송에 걸리는 시간, Tbuff 는 패킷이 재생되기까지 버퍼에서 기다리는 시간임.)
TCP 기반의 패킷 전송 시스템에서 패킷이 전송 도중에 유실된다면, 패킷 재전송이 발생하게 된다. 만약 연속적으로 손실된 패킷의 개수가 차지하는 시간적인 크기가 클라이언트 버퍼에 쌓여 있는 패킷으로 재생 가능한 시간보다 크게 될 경우에는, 버퍼고갈이 발생하게 되고 미디어 재생이 중단된다. 이 경우 비디오의 재생을 멈추고 가장 최근에 재생된 비디오를 화면에 고정적으로 표시하면서, 버퍼가
Figure 112008026498348-pat00001
만큼 찰 때까지 기다리는 것이 일반적인 대처방법이다.
프로그레시브 스트리밍에서는 버퍼의 크기를 일정 수준까지 크게 설정할 수 있기 때문에, 패킷 한 두 개가 유실되는 환경에서는 버퍼고갈이 거의 발생하지 않는다. 그러나, 무선 환경에서와 같은 경우, 빈번한 연속 패킷 손실 (burst packet error)이 발생하면 버퍼고갈의 가능성이 커진다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 연속 패킷 손실의 길이가 패킷 재전송에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면으로서, 보다 상세하게는 도 3은 연속 패킷 손실의 길이 TB(310)가 왕복전송시간(round trip time) tRTT(320)를 갖는 패킷 재전송 성능 에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 tRTT(320)는 네트워크의 특성에 따라 정해지는 값이다. 도 3에서 패킷 P1이 연속 패킷 손실 TB(310)에 의해 손실될 경우, TB(310)의 크기가 TB≤tRTT(=4tp)이면, P1에 대한 1회의 재전송에 의해 패킷 전송이 성공될 수 있다.
예를 들어, 도 3에서는 P5를 전송할 시점에 P1을 재전송하게 되는데, TB=3tp인 경우에는, 재전송 시점에서 이미 네트워크에서의 연속 패킷 손실은 종료가 되었으므로 1회의 재전송으로 패킷 전달이 가능하다. 그러나, 만약, TB>tRTT인 경우에는 P1의 첫 번째 재전송 시점에도 연속 패킷 손실이 여전히 발생하고 있으므로, P1 패킷은 또 다시 손실이 된다.
패킷 손실에 의한 재전송 발생시, 버퍼에 충분한 패킷량이 남아 있다면 버퍼고갈을 방지할 수 있는데, 주어진 tRTT(320)와 TB(310)에 대해 다음의 수학식 2에서의 관계가 성립된다면, 연속 패킷 손실에 의한 버퍼고갈을 방지할 수 있다.
Figure 112008026498348-pat00002
(단, tRTT는 왕복전송시간, TB는 연속 패킷 손실, 연산자
Figure 112008026498348-pat00003
는
Figure 112008026498348-pat00004
를 넘지 않는 가장 큰 정수임.)
수학식 3에 의하면 도 3의 상황에서 버퍼고갈을 방지할 수 있는 최소 버퍼링 크기는 8개의 패킷이 된다.
한편 수학식 3을 만족시키는 Tbuff를 이용할 경우, 전체 서비스 지연 시간이 길어진다. 연속 패킷 손실이 단 한번도 발생하지 않는 경우에 수학식 3의 기준을 적용하는 것은 서비스 시간 지연 측면에서 큰 손실이다. 따라서, 연속 패킷 손실이 발생하는 확률을 고려하여, 보다 작은 값의 지연이 발생하도록 설계하는 것이 바람직하다.
버퍼가 Bt만큼 완전히 채워져 있는 상태에서 버퍼고갈이 발생하지 않는 최대의 TB값인,
Figure 112008026498348-pat00005
는 다음과 같이 유도된다.
Figure 112008026498348-pat00006
따라서, 수학식 4에 의해 연속 패킷 오류가 존재하는 경우, 패킷고갈이 발생할 확률은 다음의 수학식 5에서와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008026498348-pat00007
연속 패킷 손실의 길이(burst error length)에 대한 확률분포를 알 수 있는 경우에는, 상기 수학식 5에 의하여 버퍼고갈 확률을 도출해 낼 수 있으며, 이 버퍼고갈 확률을 만족시키는 적합한 크기의 버퍼 지연시간을 도출해 낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 적응적 재생에 의한 추가 지연시간 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 연속 패킷 손실이 발생할 경우 동시에 미디어 재생 속도를 늦추어 버퍼고갈 상황을 최대한 회피하도록 할 수 있다. 이처럼 재생 속도를 늦출 경우에는 추가적인 지연이 발생하게 되는데, 도 4는 추가 지연시간 △D에 관한 모델링을 나타내고 있다.
△D는 수학식 2의 총 서비스 지연 시간 Dt에 추가적으로 발생하게 되는 지연시간을 의미한다.
연속 패킷 손실이 발생하는 동안에는, 더 이상의 패킷이 도착하지 않고 버퍼 충만도는 감소하게 된다. 이러한 상황을 최대한 회피하기 위하여 미디어 재생 속도를 늦추게 되는데, 비디오 재생 간격을 원래의 ti값 보다 크게 할 경우, 각 패킷마다 추가적으로 발생하는 지연은 △D=(s-1)·ti (s≥1)가 된다. 여기서, s는 슬로우 팩터(slow factor)로서, s=1인 경우는 재생 속도에 변화가 없는 노멀 모드 (normal mode) 동작이며, s>1인 경우는 재생 속도가 느려지는 슬로우 모드(slow mode) 동작이 된다. 한편, TB(410)동안 재생되는 패킷의 개수는
Figure 112008026498348-pat00008
이므로, 연속 패킷 손실로 인한 지연 △DB(440)는 다음의 수학식 6에서와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008026498348-pat00009
연속 패킷 손실이 발생하는 동안에는 패킷이 도착하지 않으므로 버퍼 충만도는
Figure 112008026498348-pat00010
로 감소하게 된다. 연속 패킷 손실이 끝났더라도 감소된 버퍼 충만도를 Bt까지 보충하기 위하여 여전히 재생 속도를 늦추게 되는데, Bt만큼 채우는데 걸리 는 시간을 TS(420)로 표시한다. 연속 패킷 손실이 끝난 시점부터 도착하는 패킷의 개수는 TB(410)동안 재생된 패킷의 개수와, TS(420)동안 재생된 패킷의 개수의 총합과 같아져야 하는 관계를 통하여, 다음의 수학식 7에서와 같이 TS(420)를 유도할 수 있다.
Figure 112008026498348-pat00011
상기 수학식 7로부터 TS(420)는 다음의 수학식 8에서와 같이 계산된다.
Figure 112008026498348-pat00012
TS(420)동안 발생하는 추가적인 지연 △DS(430)는 상기 수학식 6과 유사한 방식을 통해 다음의 수학식 9에서와 같이 계산된다.
Figure 112008026498348-pat00013
최대 추가 지연 시간인 △Dmax는 △DB(440)와 △DS(430)의 합에 의해 다음의 수학식 10에서와 같이 표시된다.
Figure 112008026498348-pat00014
도 4에서 TG(450)는 다음 연속 패킷 손실이 발생하기 직전까지의 채널 상황이 양호한 시간 구간을 나타낸다. TB+TS동안 발생하는 지연시간의 평균은
Figure 112008026498348-pat00015
이며, TB+TG동안 발생하는 평균지연은 다음의 수학식 11과 같다.
Figure 112008026498348-pat00016
상기 수학식 11에 수학식 8을 대입하면, 다음의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008026498348-pat00017
본 발명의 목적인 초기 버퍼링 시간을 결정하는데 영향을 미치는 가장 중요한 파라미터는, 상기 수학식 5의 버퍼고갈확률과 수학식 2의 총 서비스 지연시간이다. 상기와 같은 값을 결정하기 위해서 길버트 (Gilbert)가 제안한 길버트 채널 모델을 이용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 채널에서의 연속 패킷 손실을 모델링하기 위 한 길버트 모델의 상태도이다.
길버트 모델은 G(good state: 510)와 B(bad state: 520)의 2가지 상태가 존재하며 4가지의 천이 확률을 갖고 있다. α(530)는 G(510) 에서 B(520)로 천이할 확률이고 β(540)는 반대로 B(520)에서 G(510)로 천이할 확률이다. 채널은 전송된 패킷이 성공적으로 도착하게 되는 G(510)상태와 패킷 손실이 발생하게 되는 B(520)상태 중 하나에 머물 수 있다.
B(520) 상태에서의 연속길이분포 (burst length distribution)는 도 4에서 TB(410)의 길이에 해당이 되며 길버트 모델로부터 다음의 수학식 13에서와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112008026498348-pat00018
(단, m은 B 상태의 연속된 패킷의 개수임.)
G(510) 상태에서의 연속길이분포는 TG(450)의 길이에 해당이 되며 다음의 수학식 14에서와 같이 계산된다.
Figure 112008026498348-pat00019
(단, n은 G 상태의 연속된 패킷의 개수임.)
연속패킷손실의 길이가 N개의 패킷보다 클 확률은 다음의 수학식 15에서와 같이 계산된다.
Figure 112008026498348-pat00020
한편, 수학식 5는 정상적인 재생 속도로 미디어를 재생했을 때 발생하는 버퍼고갈의 확률이므로, 상기 슬로우 팩터 s를 적용하여 재생 시간을 조절할 경우에는 식의 형태가 다음의 수학식 16에서와 같이 변하게 된다.
Figure 112008026498348-pat00021
수학식 15의 결과로부터 수학식 16은 다음의 수학식 17에서와 같이 표현된다.
Figure 112008026498348-pat00022
(단,
Figure 112008026498348-pat00023
임.)
한번의 연속패킷손실에 의한 추가 지연은 수학식 12에 의해 계산되는데, 전체의 연속패킷손실에 의한 평균적인 추가 지연은 다음의 수학식 18에서와 같이 계산이 된다.
Figure 112008026498348-pat00024
그런데, 상기 수학식 18에서 연속패킷손실의 길이가 L개의 패킷보다 클 경우에는 버퍼고갈이 발생하므로, 상기 수학식 18을 다음과 같이 표현한다.
Figure 112008026498348-pat00025
본 발명의 일례에 따른 방식의 성능은 s값의 변화에 따른 초기 서비스 지연시간 대비 버퍼고갈 확률을 비교함으로써 평가할 수 있다. s값을 1.0, 1.2, 1.5 등 세가지로 정하며, 초기 서비스 지연시간은 수학식 2의 Dt로 구하게 되고, 버퍼고갈 확률은 수학식 17을 이용하여 계산하게 된다.
실험을 위해 필요한 변수 값들은, tp=30ms, ti=40ms, tT=200ms, tRTT=500ms, α=0.1, β=0.05, Bt=50,60,70,......,250. 로 설정되었다.
위의 변수값 설정에서 ti는 초당 25 frames/s 를 가정하고, tRTT값은 500ms가 인터넷에서 측정되는 왕복지연 시간의 대부분의 크기 (약 80% 정도)를 포함한다는 연구결과에 바탕을 둔다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 초기 서비스 지연시간에 대한 버퍼고갈 확률을 비교하기 위할 그래프이다.
연속패킷손실 발생시 재생 속도를 조절하게 되면, 조절하지 않은 경우 (s=1.0)에 비하여 버퍼고갈 확률을 확연히 줄일 수 있다. 줄어드는 확률의 비율은 초기 서비스 지연 시간에 영향을 받는데, 초기 버퍼링 시간을 늘임에 따라 줄어드는 확률의 비율도 비례하여 커짐을 관찰할 수 있다. 도 6에 도시된 결과로부터 프로그레시브 스트리밍에서 버퍼고갈 확률을 만족시키는 초기 버퍼링 시간 Bt를 얻을 수 있다.
도 6에서 버퍼고갈 확률이 1 PPM(part per million) 이하가 되는 시점이 s=1.0인 경우 9초 정도의 초기 지연(Bt=230 packets)을 적용했을 때이고, s=1.2일 경우에는 7.4초 정도 (Bt=180 packets)를 적용했을 때이고, s=1.5의 경우 6.2초 정도 (Bt=150 packets)를 적용 했을 때이다. 재생 속도를 최대 50%까지 낮출 경우 3초 정도의 초기 서비스 지연 시간을 줄일 수 있다.
프로그레시브 스트리밍에서는 콘텐츠 파일 전체가 전송이 되기 때문에, 도 1에서 콘텐츠의 메타 정보를 포함하는 moov 헤더 부분이 먼저 전송되어야 한다. 따라서, 서비스를 받는 데까지 걸리는 전체 초기 지연시간은, moov 헤더 부분을 수신하는데 걸리는 시간을 도 6의 Dt값에 더하면 된다. moov 헤더를 수신하는데 걸리는 추가적인 지연이 3초라고 가정하고, 도 6의 결과에 의하여
Figure 112008026498348-pat00026
값을 6초로 적용하면, 전체 지연 시간은 9초로 기존의 실시간 스트리밍의 일반적 지연시간과 큰 차이가 없다.
따라서, 본 발명의 일례에 따르면, 인터넷 환경에서 빈번한 연속 패킷 손실로 인한 재전송에 의해 발생 가능한 버퍼고갈 문제를 고려하여 실제적으로 모델링이 가능한 유무선 네트워크 환경에 적용이 가능하다. 또한, 매우 낮은 버퍼고갈 확률로 프로그레시브 스트리밍에 의한 초기 서비스 지연시간을 다운로드 방식에 비해 크게 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일례에 따른 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)를 위한 패킷을 수신하고(S710), 수신된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산한다(S720).
이때, 슬로우 팩터(slow factor)를 적용하여 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 산출하는 길버트 채널 모델(Gilbert channel model)을 적용하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산할 수 있다.
이와 같이 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정된 값보다 큰 경우에는, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 상기 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시간을 산출할 수 있다(S730).
또한, 프로그레시브 스트리밍 서비스에 의한 패킷의 전송 중에 연속 패킷 손실이 발생하는 경우에는, 미디어의 재생 속도를 늦추어 상기 버퍼의 패킷 고갈의 방지가 가능하다.
상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 따른 데이터는, 비디오 데이터 및 오디오 데이터가 1개의 스트림으로 구성되는 경우, 상기 비디오 데이터 중에서 제1 비디오 프레임과, 상기 오디오 데이터 중에서 제1 오디오 프레임이, 상호 이웃하도록 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른, 초기 버퍼링 시간 결정 장치를 도시한 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 장치(800)는 패킷 수신부(805), 패킷 고갈 확률 계산부(810), 및 버퍼링 시간 산출부(820)를 포함하여 구성될 수 있다.
패킷 수신부(805)는 프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)에 의하여 패킷을 수신한다.
패킷 고갈 확률 계산부(810)는 전송된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산한다.
이때, 상기 패킷 고갈 확률 계산부(810)는, 슬로우 팩터(slow factor)를 적용하여 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 산출하는 길버트 채널 모델(Gilbert channel model)을 적용하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산할 수 있다.
버퍼링 시간 산출부(820)는 상기 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정 된 값보다 큰 경우에, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 상기 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시간을 산출한다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 초기 버퍼링 시간 결정 장치(800)은 프로그레시브 스트리밍 서비스에 의한 패킷의 전송 중에 연속 패킷 손실이 발생하는 경우, 미디어의 재생 속도를 늦추어 상기 버퍼의 패킷 고갈의 방지를 실행하는 지연시간 모델링부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 따른 데이터는, 비디오 데이터 및 오디오 데이터가 1개의 스트림으로 구성되는 경우, 상기 비디오 데이터 중에서 제1 비디오 프레임과, 상기 오디오 데이터 중에서 제1 오디오 프레임이, 상호 이웃하도록 구성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 프로그레시브 스트리밍 시의 파일 포맷 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 프로그레시브 스트리밍의 패킷 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 연속 패킷 손실의 길이가 패킷 재전송에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 적응적 재생에 의한 추가 지연시간 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 채널에서의 연속 패킷 손실을 모델링하기 위한 길버트 모델의 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 초기 서비스 지연시간에 대한 버퍼고갈 확률을 비교하기 위할 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일례에 따른 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른 초기 버퍼링 시간 결정 장치를 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
800: 초기 버퍼링 시간 결정 장치
810: 패킷 고갈 확률 계산부
820: 버퍼링 시간 산출부

Claims (8)

  1. 프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)에 의하여 패킷을 전송하는 단계;
    상기 전송된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정된 값보다 큰 경우, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 상기 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시간을 산출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 따른 데이터는,
    비디오 데이터 및 오디오 데이터가 1개의 스트림으로 구성되는 경우, 상기 비디오 데이터 중에서 제1 비디오 프레임과, 상기 오디오 데이터 중에서 제1 오디오 프레임이, 상호 이웃하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 의한 패킷의 수신 중에 연속 패킷 손실이 발생하는 경우, 미디어의 재생 속도를 늦추어 상기 버퍼의 패킷 고갈의 방지를 실행하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 단계는,
    슬로우 팩터(slow factor)를 적용하여 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 산출하는 길버트 채널 모델(Gilbert channel model)을 적용하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 방법.
  4. 삭제
  5. 프로그레시브 스트리밍 서비스(Progressive streaming service)에 의하여 패킷을 전송하는 패킷 전송부;
    상기 전송된 패킷이 버퍼에서 버퍼링되는 시간 값에 기초하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 패킷 고갈 확률 계산부; 및
    상기 계산된 패킷 고갈이 발생할 확률이 기 선정된 값보다 큰 경우, 연속 패킷 손실 시간 값 및 왕복 전송 시간 값을 이용하여 상기 버퍼의 패킷 고갈을 방지할 수 있는 버퍼링 시간을 산출하는 버퍼링 시간 산출부
    를 포함하고,
    상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 따른 데이터는,
    비디오 데이터 및 오디오 데이터가 1개의 스트림으로 구성되는 경우, 상기 비디오 데이터 중에서 제1 비디오 프레임과, 상기 오디오 데이터 중에서 제1 오디오 프레임이, 상호 이웃하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로그레시브 스트리밍 서비스에 의한 패킷의 수신 중에 연속 패킷 손실이 발생하는 경우, 미디어의 재생 속도를 늦추어 상기 버퍼의 패킷 고갈의 방지를 실행하는 지연시간 모델링부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 패킷 고갈 확률 계산부는,
    슬로우 팩터(slow factor)를 적용하여 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 산출하는 길버트 채널 모델(Gilbert channel model)을 적용하여, 상기 버퍼에서의 패킷 고갈이 발생할 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 프로그레시브 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 초기 버퍼링 시간 결정 장치.
  8. 삭제
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논문1:한국컴퓨터종합학술대회*
논문2:한국정보과학회

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