KR101028956B1

KR101028956B1 - 모바일 ｉｐｔｖ 서비스를 제공하는 방법 및 이를 위한 시스템

Info

Publication number: KR101028956B1
Application number: KR1020090070337A
Authority: KR
Inventors: 주현철; 이대붕; 김완; 송황준; 오형래
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-04-12
Also published as: JP5006917B2; US20110026470A1; US8223665B2; KR20110012564A; JP2011035889A

Abstract

본 발명은 모바일 IPTV 시스템에 있어서, IPTV 스트림을 위한 데이터를 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩하여 출력하는 IPTV 헤드엔드와, 상기 IPTV 헤드엔드로부터 IPTV 스트림을 수신하고 미리 결정된 변조 기법과 부호화율의 조합에 따라 IPTV 스트림의 향상 계층을 부분적으로 절삭하여 전송 IPTV 스트림을 출력하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 상기 전송 IPTV 스트림을 수신하는 이동 단말을 포함한다. 이러한 본 발명에 따라 망 내의 사용자 분포의 특성을 고려하여 IPTV 서비스 제공시 가장 효율적으로 사용자들의 QoS를 만족 시켜 줄 수 있다.

IPTV, H.264/AVC SVC코딩

Description

모바일 ＩＰＴＶ 서비스를 제공하는 방법 및 이를 위한 시스템{Method and system for providing mobile IPTV service}

본 발명은 모바일 IPTV 서비스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모바일 IPTV 서비스를 제공하는 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.

디지털 TV에서 Take-Out TV인 모바일 TV (DMB, DVB, MediaFLO 등)로 TV는 계속 진화하고 있다. 또한 2006년부터는 국제 표준화 단체인 ITU-T에서 새로이 IPTV Focus Group (이하 FG IPTV)이 설립되고 TV는 또 다시 IPTV라는 새로운 형태로 빠르게 이동하고 있다.

기존 IPTV는 IP 기반의 다양한 컨텐츠를 IP 망을 통해 사용자에게 전송하는 방식이므로 이를 모바일 IPTV로 확장하기 위해서는 사용자가 사용하는 환경이 무선이어야 한다. 무선 기술들은 특정 기술에 국한되지 않지만 최근에는 광대역 무선 접속 기술인 WiMAX (한국에서는 WiBro)를 이용하여 IPTV 서비스를 제공하는 초기 형태의 모바일 IPTV 기술이 개발되고 있다. 또한 IPTV 서비스와 같은 멀티미디어 컨텐츠를 해당 무선 기술상에서 보다 효율적으로 전달하기 위해 무선 기술을 확장하고 있다.

최근 들어 영상 코딩 기법의 발전 및 광대역 망의 보급으로 인해 사용자들은 인터넷을 통한 다양한 멀티미디어 서비스에 상당한 관심과 수요를 보이고 있다. 특히 IPTV 서비스는 IT 시장에서 주요 응용으로 자리매김하고 있으며, 무선기기 및 무선 네트워크의 성장과 더불어 가까운 시일 내에 모바일 IPTV 서비스로 확장될 것이라 전망되고 있다. 모바일 IPTV 서비스를 제공할 수 있는 대표적인 무선망으로 높은 데이터 전송율, 서비스별 차등화된 QoS (Quality of Service) 지원, 그리고 MBS (Multicast and Broadcast Service)를 제공할 수 있는 WiMAX 망이 각광받고 있다.

WiMAX 망 내 모바일 IPTV 서비스 보급에 있어, 효율적인 무선 자원 활용 및 사용자에게 원활한 QoE (Quality of Experience)를 제공하는 것은 중요한 문제이며, 현재 많은 연구가 진행되고 있다.

따라서, 본 발명은, WiMAX 망에서 H.264 MGS 기법을 통해 인코딩된 영상을 효율적으로 전송하기 위한 방법과 이를 위한 모바일 IPTV 시스템을 제공한다. 본 발명은 한정된 무선 자원 내에서, 가능한 많은 사용자에게 고화질의 영상 서비스 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 모바일 IPTV 시스템은 IPTV 스트림을 위한 데이터를 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩하여 출력하는 IPTV 헤드엔드와, 상기 IPTV 헤드엔드로부터 IPTV 스트림을 수신하고 미리 결정된 변조 기법과 부호화율의 조합에 따라 IPTV 스트림의 향상 계층을 부분적으로 절삭하여 전송 IPTV 스트림을 출력하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 상기 전송 IPTV 스트림을 수신하는 이동 단말을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 IPTV 헤드엔드와, 액세스망의 기지국을 포함하는 모바일 IPTV 시스템에 있어서 이동 단말에게 모바일 IPTV 서비스를 제공하는 방법은 상기 IPTV 헤드엔드에서IPTV 스트림을 위한 데이터를 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩하여 출력하는 단계와, 상기 기지국에서 상기 IPTV 헤드엔드로부터 IPTV 스트림을 수신하고 미리 결정된 변조 기법과 부호화율의 조합에 따라 IPTV 스트림의 향상 계층을 부분적으로 절삭하여 전송 IPTV 스트림을 이동 단말에게 전송하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따라 기지국은 셀 내에 향상 계층을 제공받는 사용자의 수와 그들의 영상 화질사이의 상관관계를 고려하여, 사용자들의 링크 상태를 기반으로 향상 계층에 대한 물리 계층상의 변조 기법 및 부호화율을 결정하고 향상 계층의 일부 스트림만을 전송한다. 이에 따라 국내에서 서비스 되고 있는 WiBro와 3GPP 기반의 LTE (Long Term Evolution) 망의 MBS (Multicast Broadcast Service)를 통해 사용자에게 다양한 형태의 비디오 컨텐츠 서비스를 제공 할 수 있다. 특히 망 내의 사용자 분포의 특성을 고려하여 가장 효율적으로 사용자들의 QoS를 만족 시켜 줄 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

제 1, 제 2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 블록 구성도이다.

본 발명은 가능한 많은 사용자에게 고화질의 영상 서비스를 제공하고자 하며, 이를 위해 BS는 사용자들의 링크 상태를 기반으로 수신된 IPTV 스트림중 일부를 절삭하고, 이를 사용자에게 MBS 존을 통해 전송한다.

도 1은 본 발명에 따른 모바일 IPTV 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 모바일 IPTV 시스템은 IPTV 헤드엔드(100), IP 망(12), 액세스망으로서 WiMAX 망(200) 및 이동 단말(300)을 포함한다.

IPTV 헤드엔드(100)는 방송 채널을 케이블, 위성, 지상파 방송과 같은 기존의 방송 시스템으로부터 수신하고, 이를 전송에 적합한 형태로 인코딩하며, 망의 효율성을 높이기 위해 IP 멀티캐스트 기술을 이용하여 수신된 방송 채널을 WiMAX 망(200)으로 전송한다.

여기에서, IPTV 헤드엔드(100)는 스케일러블 비디오 코딩(SVC: Scalable Video Coding) 방식에 따라 방송 채널을 코팅한다.

구체적으로, IPTV 헤드엔드(100)는 기존 비디오 코딩 표준인 H.264/AVC의 확장인 H.264/AVC SVC방식을 사용한다. H.264/AVC SVC는 계층 구조를 통해 영상을 이용 가능한 대역폭 변동에 동적으로 적응할 수 있도록 해준다. H.264/AVC SVC는 하나의 스트림으로 공간 확장성(Spatial scalability), 시간 확장성(Temporalscalability), 화질 확장성(Quality scalability)을 나타낼 수 있는 방법을 제안한다. 시간 확장성은 계층적 B구조(Hierarchical B structure)를 이용하여 부호화된 하나의 스트림으로부터 다양한 프레임율을 추출할 수 있도록 구현된다. 공간 확장성과 화질 확장성은 하나의 기본 계층(Base Layer)과 다수의 향상 계층(Enhancement layer)으로 구성된다. 기본 계층의 프레임은 최소의 해상도 또는 최소의 화질을 포함하며 H.264/AVC와 같은 방법으로 구현되어 H.264/AVC와 호환을 유지한다. 향상 계층은 증가된 해상도와 화질을 제공하며 상위 향상 계층일수록 하위 향상 계층에 비해 더 나은 해상도와 화질을 가진다.

일 실시예에 따라, IPTV 헤드엔드(100)는 IPTV 스트림을 위한 데이터를 H.264/AVC SVC코딩 기법에 따라 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩한다. 기본 계층은 최소한의 화질 재생에 필요한 정보만을 포함한다. 향상 계층은 약간의 화질 개선 패킷 손실을 허용하며, 기본 계층의 영상 화질을 높이기 위해 사용된다.

도 2는 본 발명에 따라 H.264/AVC SVC 방식에 따라 코딩된 IPTV 스트림의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, H.264/AVC SVC코딩은 GOP(Group Of Pictures) 단 위로 수행된다. 기본 계층은 고정 비트율로 인코딩되며, Sparse 변조 기법과 낮은 부호화율을 적용한다.

WiMAX 망(200)은 인터넷 백본망, 즉 IP 네트워크(12)에 접속되어 IPTV 헤드엔드(100)로부터 IPTV 스트림을 수신하여 단말로 전달한다. 이를 위해 WiMAX 망(200)은 액세스 라우터(AR)(210) 및 기지국(Base Station: BS)(220)을 포함한다. 액세스 라우터(210)는 IP 네트워크(12)로부터의 IP 패킷을 기지국(220)으로 라우팅한다. 기지국(220)은 무선 인터페이스를 통해 이동 단말과 통신을 수행한다.

본 발명에 따라 기지국(220)은 전술한 바와 같이, H.264/AVC SVC코딩 기법에 따라 기본 계층 및 향상 계층으로 코딩된 IPTV 스트림을 수신하고, 기본 계층을 이동 단말(300)에게 전송하고 향상 계층을 미리 결정된 변조 기법과 부호화율에 따라 부분적으로 이동 단말(300)에게 전송한다.

다시 말해, 기지국(220)은 기본 계층을 통해 셀 내에 가능한 많은 사용자에게 기본적인 영상 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 기지국(220)은 향상 계층을 이용하여 가변적인 부호화율에 적응적으로 IPTV 스트림을 이동 단말(300)로 전송할 수 있다. 이동 단말(230)은 WiMAX를 지원하며, WiMAX 망(200)에 연결되어 WiMAX 망(200)으로부터 전송되는 IPTV 채널 스트림을 수신한다.

도 3(a) 내지 도 3(c)은 IPTV 채널 스트림의 전송 과정을 나타낸 도면이다.

도 3(a)는 IPTV 헤드엔드로부터 나오는 IPTV 채널 스트림을 나타내고, 도 3(b)는 와이맥스 망의 기지국으로부터 나오는 IPTV 채널 스트림을 나타내며, 도 3(c)는 이동 단말로 들어가는 IPTV 채널 스트림을 나타낸다.

도 3(a)에 도시된 IP 채널 스트림은 기본 계층과 향상 계층으로 코딩되어 있다. IPTV 헤드엔드로부터 나오는 IPTV 채널 스트림이 와이맥스 망의 기지국(220)에 의해 수신되면, 기지국(220)은 미리 결정된 변조 기법과 부호화율에 따라 IPTV 채널 스트림의 향상 계층을 부분적으로 예컨대, 도 3(b)에서 빗금친 부분을 절삭한다. 그에 따라, 이동 단말(300)에 의해 수신되는 IPTV 채널 스트림은 도 3(c)에 도시된 바와 같다.

즉, 기본 계층은 고정 비트율로 인코딩되며, Sparse 변조 기법과 낮은 부호화율을 적용하여 셀 내에 가능한 많은 사용자에게 기본적인 영상 서비스를 제공한다. 반면, 향상 계층은 도 3와 같이 절삭된 스트림이 기지국(220)에서 선택된 변조 기법과 부호화율로 사용자에게 전송된다.

본 실시예에서는 하나의 향상 계층에 대해 절삭이 행해진 경우 즉, 해당 향상 계층에 MGS 코딩이 적용된 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

다른 실시예에서, 기본 계층과 다수의 향상 계층에 대해 절삭이 행해질 수 있다. 이 경우 기지국(220)은 향상 계층들 중 몇 개의 향상 계층이 전송되는 지를 결정할 수 있다.

기지국(220)은 IPTV 스트림 전송을 위해 가능한 변조 기법과 부호화율에 대한 몇 가지 조합들을 사용한다. 변조 기법과 부호화율의 조합들은 무선 채널에러에 강인한 순으로 1 부터

까지 넘버링되고, 이 후

로서 명명된다. 이러한 mc의 예가 이하 표 1에 나타나 있다.

는 물리 계층상의 슬롯(slot) 당 전송할 수 있는 데이터 비트 수를 나타내며, 다음 수학식 1과 같이 계산된다.

상기 수학식 1에서

와

는

에 해당하는 심볼당 비트 수 및 부호화율을 각각 나타낸다. 예를 들어, 변조 기법은 QPSK를 사용하고 부호화율이 3/4일 때, 슬롯당 전송할 수 있는 데이터 비트 수 즉,

는 72가 된다.

는 각 사용자의 링크 상태에 해당하는 변조 기법 및 부호화율을 나타내는 벡터로서, 수학식 2에 나타나 있다.

상기 수학식2에서 N은 셀 내에 총 사용자의 수를 나타내며,

는 i 번째 사용자를 원활히 지원할 수 있는

들 중에서 가장 작은 값을 의미한다. 기지국(220)은 향상 계층을 특정

(

)로 전송 시, 각 사용자가 향상 계층을 원활히 수신할 수 있는지를 나타내는

는 아래 수학식 3과 같이 정의된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기지국(220)은 한정된 자원 내에서 셀 내에 향상 계층을 제공받는 사용자의 수와 그들의 영상 화질 사이의 상관관계를 고려하며, 이를 수식으로 표현하면 다음 수학식 4와 같다. 본 발명에 따른 기지국(220)은 하기 수학식 4를 최대화하는

및

를 구한다.

상기 수학식 4의 첫번째 항은 전체 사용자 중 절삭 수행여부와 상관없이 향상 계층 스트림을 수신하는 사용자의 수를 의미하고, 두 번째 항은 향상 계층 스트림 절삭을 수행하지 않는 영상 PSNR 값과 향상 계층 스트림 절삭을 수행하는 영상 PSNR 값 사이의 비율을 의미한다.

는 두 항 사이의 가중치 값을 의미하고 상수이다(

).

은 기본 계층 전송을 위한 고정된

를 나타낸다.

과

은 각각 GOP 간격 동안 상위 계층에서 유입된 기본 계층과 향상 계층의 비트량을 나타내며,

은 GOP 간격 동안 상위 계층에서 유입된 향상 계층의 비트량(

) 중 기지국에서 전송될 절삭이 행해진 향상 계층의 비트량을 의미한다.

이와 같이, 본 발명은 수학식 4를 최대화하는

및

를 구하는데, 이 경우 하기 수학식 5의 제약 사항을 가진다. 즉, GOP 간격 동안 IPTV 스트림을 위해 할당된 슬롯들의 개수 내에서 기본 계층과 절삭된 향상 계층을 전송할 수 있어야 하는데, 이를 수식으로 나타내면 수학식 5와 같다.

는

보다 큰 가장 작은 정수 값을 나타내며,

은 상위 계층으로부터 내려온 R 비트를 전송하기 위해 MAC 계층에서 추가된 MAC 헤더와 CRC(Cyclic Redundancy Check) 관련 비트를 의미하며,

는 GOP 간격 동안 IPTV 스트림 전송을 위해 물리 계층에서 할당된 최대 슬롯 수이다.

은 GOP 간격 동안 비트율이 R일 경우 해당되는 예측된 PSNR 값이며 아래 수학식 6과 같이 정의할 수 있다.

상기 수학식 6에서

와

는 모델 파라미터이다.

요악하면, 본 발명에 따른 기지국(220)은 이동 단말(300)로부터 전송되는 CQI에 기초하여 변조 기법과 부호화율을 결정하고, 결정된 변조 기법과 부호화율에 따라 IPTV 채널 스트림의 향상 계층을 부분적으로 절삭하고 그 결과의 IPTV 채널 스트림을 이동 단말(300)로 전송한다.

이하 기지국(220)의 구성 및 동작을 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 블록 구성도이다.

도 4를 참조하면, 기지국(220)은 분류기(221), 기본 계층 버퍼(222), 향상 계층 버퍼(223), 자원 관리자(224), 스케줄러(225) 및 PHY 모듈(226)를 포함한다.

분류기(221)는IPTV 헤드엔드(100)로부터 IP 망(12)를 통해 제공받은 IPTV 채널 스트림을 수신한다. 여기에서, IPTV 채널 스트림은 H.264/AVC SVC코딩 방식에 따라 기본 계층과 향상 계층으로 코딩되어 있다. 분류기(221)는 수신한 IPTV 채널 스트림의 패킷들을 기본 계층을 위한 패킷들과 향상 계층을 위한 패킷들로 분류하여 기본 계층을 위한 패킷들은 기본 계층 버퍼(222)로 출력하고 향상 계층을 위한 패킷들은 향상 계층 버퍼(223)으로 출력한다. 이 때, 분류기(221)는 기본 계층을 위한 패킷들과 향상 계층을 위한 패킷들에 MCID(Multicast Connection ID)를 할당한다. 기지국이 기본 계층 및 절삭이 수행된 향상 계층을 전송할 때, 브로드캐스 트 방식으로 향상 계층을 전송하므로, 단말이 이러한 향상 계층을 식별하기 위해서 향상 계층을 위한 패킷들에 CID가 할당되어야 한다.

자원 관리자(224)는 이동 단말(300)로부터 전송되는 상향 서브프레임 내의 CQI를 제공받는다. 자원 관리자(224)는 CQI에 기초하여 셀 내에 사용자들의 링크 상태를 알 수 있으며, 그에 따라

를 갱신한다.

자원 관리자(224)는

를 기반으로 하여 슬롯 관련 제약사항을 만족시키면서 수학식 4를 최대화하는 (

,

) 조합을 결정하고, (

,

) 조합에 기반하여 향상 계층에 대해 스트림 절삭을 수행한다.

는 향상 계층 스트림에 대해 스트림 절삭이 행해진 결과의 향상 계층 전송 비트량(the amount of transmission bits) 이다.자원 관리자(224)는 스트림 절삭이 행해진 IPTV 스트림을 스케줄러(225)로 출력한다. 즉, 향상 계층(EL) 스트림의 나머지(

)는 해당 버퍼 즉, 제2 버퍼(223)에서 제거된다.

스케줄러(225)는 자원 관리자(224)로부터 스트림 절삭이 행해진 IPTV 스트림을 제공받으면,

에 해당하는 변조기법 및 부호화율에 따라 IPTV 스트림(

)을 MBS 존을 통해 사용자에게 전송한다.

이어서, 도 5을 참조하여, 본 발명에 따라 기지국에 의해 단말들에게 IPTV 서비스를 제공하는 방법을 설명한다.

도 5을 참조하면, 먼저 기지국은 단계 410에서 IPTV 헨드엔드로부터 IPTV 스트림을 수신하는 지를 판단한다. 기지국은 IPTV 헨드엔드로부터 수신된 IPTV 스트 림을 단말로 전송한다. 이 때, IPTV 스트림은 본 발명에 따라 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩되어 있다. 전술한 바와 같이, 기본 계층의 프레임은 최소의 해상도 또는 최소의 화질을 포함하며 H.264/AVC와 같은 방법으로 구현되어 H.264/AVC와 호환을 유지한다. 향상 계층은 증가된 해상도와 화질을 제공하며 상위 향상 계층일수록 하위 향상 계층에 비해 더 나은 해상도와 화질을 가진다.

기지국은 IPTV 헨드엔드로부터 IPTV 스트림을 멀티캐스트로 수신한다. 그런 다음 기지국은 단계 420에서 IPTV 헨드엔드로부터 수신한 IPTV 스트림을 기본 계층과 향상 계층에 각각 제1 버퍼 및 제2 버퍼를 할당한다. 이 경우 기지국은 기본 계층 및 향상 계층을 위한 각 제1 버퍼 및 제2 버퍼에 MCID(Multicast Connection ID)를 할당할 수 있다. 이어서, 기지국은 수신된IPTV 스트림의 제1 계층을 제1 버퍼에 저장하고, 수신된 IPTV의 제2 계층을 제2 버퍼에 저장한다.

다른 실시예에서, 이 버퍼들은 기본 계층을 위한 스트림과 향상 계층을 위한 스트림에 미리 할당되었을 수도 있다.

이어서, 기지국은 단계 430에서 CQI(Channel Quality Indicator)에 기초하여 향상 계층에 적합한 변조 기법 및 부호화율(

)을 결정한다. 전술한 바와 같이, 기지국은 상향 서브프레임 내의 CQI를 통해 셀 내에 사용자들의 링크 상태를 주기적으로 보고 받는다. 또한, 기지국은 사용자들의 링크 상태에 해당하는 변조 기법 및 부호화율을 나타내는 벡터

를 갱신할 수 있다.

기지국은 단계 440에서

에 따라 향상 계층의 전송 비트량

을 계 산한다. 이 전송 비트량은 슬롯 제약 사항을 만족시키면서 상기 수학식 4를 최대화하도록 결정된다.

구체적으로 향상 계층 전송 비트량

은 다음 단계들을 통해 계산된다.

Step 1: 기지국은 가능한 모든

들에 대해 (

), 아래의 수학식 7을 통해 해당하는

을 계산한다. 여기서

가 증가함에 따라, 해당하는

은 감소하게 된다. (

이면

).

여기에서,

이고,

.

Step 2: 기지국은 아래 수학식 8과 같은 평가 함수에 대해 최대값을 제공해주는

조합을 선택한다.

기지국은 절삭 비트량이 결정되면, 단계 450에서 결정된 절삭 비트량에 따라 향상 계층에 대해 스트림 절삭을 수행한다. 이어서, 기지국은 단계 460에서 물리 계층 상으로

에 해당하는 변조 기법 및 부호화율로

만큼 절삭된 스트림을 단말로 전송한다.

상기 설명한 본 발명에 따라 기지국은 셀 내에 향상 계층을 제공받는 사용자의 수와 그들의 영상 화질사이의 상관관계를 고려하여, 사용자들의 링크 상태를 기반으로 향상 계층에 대한 물리 계층상의 변조 기법 및 부호화율을 결정하고 향상 계층의 일부 스트림만을 전송한다.

이러한 본 발명에 따른 모바일 IPTV 시스템의 성능을 평가한 결과를 이하 기술한다. 첫 번째 실험에서는

변화에 따른 제안한 알고리즘의 성능에 대해 기술하며, 두 번째 실험에서는 본 발명의 모바일 IPTV시스템 상에서 사용자의 성능을 비교 및 분석한다.

실험 환경은 OPNET을 사용하여 구현하였고,

과

이 제안하는 알고리즘의 성능을 나타내는 척도로서 사용되었다. 실험에서 헤드엔드에서 BS사이의 유선 링크 대역폭은 1 Gbps로 설정하였고, IP 멀티캐스팅을 지 원한다. 셀 내의 사용자 수는 20 명으로 설정하였고, 도 6과 같이 3가지 형태로 배치하였다.

도 6은 다양한 이동 단말들의 배치를 나타낸 도면이다.

도 6(a)는 사용자들의 대부분이 BS에서 멀리 떨어진 경우를 나타내며, 도 6(b)는 사용자들의 대부분이 BS 근처에 있는 경우를 나타내며, 도 6 (c)는 사용자들이 셀 내에 임의적으로 분포한 경우를 나타낸다.

IPTV 스트림은 H.264 MGS 코딩 기법을 사용하여 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩되며, GOP 간격은 0.5333 초로 설정하였다. 그리고 기본 계층과 향상 계층은 각각 GOP 간격 당 10개와 20개의 RTP 패킷을 주기적으로 발생시키며, 패킷 사이즈는 1472 byte로 고정하였다.

는 3700이며,

과

은 각각 120 kbits와 240 kbits로 설정하였고,

는 R/150 이다. 실험 동안 사용된 변조 기법 및 부호화율 파라미터 설정은 전술한 표 1과 같으며,

은 6 (QPSK, 1/2)으로 고정하였다. 물리 계층 파라미터 설정은 이하 표 2와 같으며, Erceg-Greenstein 경로 손실 모델이 사용되었다.

먼저, 표 3은

의 변화에 따른 본 발명의 성능을 기술하였다.

가 작아짐에 따라 슬롯 제약사항 하에서 수학식 4를 계산함에 있어 두 번째 항의 중요도가 증가하므로,

은 감소하나

은 증가함을 알 수 있다.

은 향상 계층을 수신하는 사용자의 수를 나타내고,

은 기본 계층과 절삭이 행해진 향상 계층을 수신할 경우 해당하는 영상 PSNR 값을 나타낸다.

다시 말해,

가 0에 가까워짐에 따라 본 발명은 Dense 변조 기법과 높은 부호화율로 향상 계층을 전송하므로, 링크 상태가 비교적 좋은 일부 사용자만이 고화질의 영상을 시청할 수 있다.

도 7은 본 발명의 수학식 4에서

가 변화함에 따른 향상 계층을 수신하는 사용자의 수와 영상 PSNR의 변화를 나타낸 도면이다. 도 7(a)는

가 변화함에 따른 영상 PSNR 값의 변화를 나타낸 도면이다. 도 7(b)는

가 변화함에 따른 향상 계층을 수신하는 사용자의 수의 변화를 나타낸 도면이다.

그리고

이 가질 수 있는 값의 범위가 불연속적이므로, 도 7(a) 및 7(b)과 같이, 향상 계층을 수신하는 사용자의 수와 영상 PSNR 값이 계단 함수 형태로 나타나고 있다.

도 8은 본 발명의 모바일 IPTV시스템 상에서 사용자의 성능을 나타낸 도면이다.

도 8(a)는 시간에 따른 사용자의 채널 상태를 나타내며, 도 8(b)는 시간에 따른 수신된 향상 계층 패킷 수를 나타낸다.

도 8을 참조하여 본 발명의 모바일 IPTV시스템 상에서 사용자의 성능을 기술한다. 본 발명은 QPSK 변조 기법과 1/2 부호화율을 통해 기본 계층을 전송함으로써, 셀 내에 모든 사용자에게 최소한의 화질을 보장해준다. 그러나 향상 계층의 경우, 물리 계층상의

이 결정되고, 이보다 작은

를 유지하는 일부 사용자들에게만 도 8과 같이 향상 계층의 일정 비트스트림이 수신된다.

실험 결과에서 본 발명의 모바일IPTV 시스템이 효과적으로 모바일 IPTV 서비스를 제공할 있음이 증명되었다. 그에 따라 본 발명은 한국에서 서비스되고 있는 WiBro와 3GPP 기반의 LTE (Long Term Evolution) 망의 MBS (Multicast Broadcast Service)를 통해 사용자에게 다양한 형태의 비디오 컨텐츠 서비스를 제공 할 수 있다. 또한 본 발명은 특히 망 내의 사용자 분포의 특성을 고려하여 가장 효율적으로 사용자들의 QoS를 만족 시켜 줄 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 블록 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따라 기지국에 의해 단말들에게 IPTV 서비스를 제공하는 방법을 나타낸 플로챠트이다.

도 6은 다양한 이동 단말들의 배치를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 수학식 4에서

가 변화함에 따른 향상 계층을 수신하는 사용자의 수와 영상 PSNR 값의 변화를 나타낸 도면이다.

Claims

모바일 IPTV 시스템에 있어서,

IPTV 스트림을 위한 데이터를 기본 계층과 향상 계층으로 인코딩하여 출력하는 IPTV 헤드엔드와,

상기 IPTV 헤드엔드로부터 IPTV 스트림을 수신하고 미리 결정된 변조 기법과 부호화율의 조합에 따라 IPTV 스트림의 향상 계층을 부분적으로 절삭하여 전송 IPTV 스트림을 출력하는 기지국과,

상기 기지국으로부터 상기 전송 IPTV 스트림을 수신하는 이동 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 시스템.
제1항에 있어서, 상기 IPTV 헤드엔드는 H.264/AVC SVC코딩 기법에 따라 IPTV 스트림을 위한 데이터를 인코딩하는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기지국은

제1 버퍼 및 제2 버퍼와,

수신한 IPTV 채널 스트림의 패킷들을 기본 계층을 위한 패킷들과 향상 계층을 위한 패킷들로 분류하여 기본 계층을 위한 패킷들을 제1 버퍼로 출력하고 향상 계층을 위한 패킷들을 제2 버퍼로 출력하는 분류기와,

상기 이동 단말로부터 자신의 링크 상태를 제공받으며 상기 이동 단말의 링 크 상태에 기초하여 상기 향상 계층에 적용될 변조 기법 및 부호화율의 조합을 결정하고 상기 변조 기법 및 부호화율의 조합에 따라 향상 계층의 전송 비트량을 계산하고 상기 전송 비트량에 따라 상기 향상 계층의 스트림에 대해 스트림 절삭을 수행하는 자원 관리자와,

상기 자원 관리자로부터 상기 스트림 절삭이 행해진 IPTV 스트림을 제공받으면, 상기 변조기법 및 부호화율의 조합에 따라 상기 스트림 절삭이 행해진 IPTV 스트림을 상기 이동 단말에게 전송하는 스케줄러를 포함하는 모바일 IPTV 시스템.
제3항에 있어서, 상기 분류기는 기본 계층을 위한 패킷들과 향상 계층을 위한 패킷들에MCID(Multicast Connection ID)를 할당하는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 시스템.
제3항에 있어서, 상기 자원 관리자는 이하의 수식을 최대화하도록 상기 향상 계층에 적용될 변조 기법 및 부호화율의 조합 및 상기 향상 계층의 전송 비트량을 계산하는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 시스템.

상기 수식에서
는 상수이고 (
),
는 향상 계층 전송을 위한 고정된
를 나타내며,
과
은 각각 GOP 간격 동안 상위 계층에서 유입된 기본 계층과 향상 계층의 비트량을 나타내며,
은 절삭이 행해진 향상 계층의 전송할 비트량을 의미하고,
은 GOP 간격 동안 비트율이 R일 경우 해당되는 예측된 PSNR 값이다. 또한,
은 향상 계층을 수신하는 사용자의 수를 나타내고,
은 기본 계층과 절삭이 행해진 향상 계층을 수신할 경우 해당하는 영상 PSNR 값을 나타낸다.
제3항에 있어서, 상기 단말의 링크 상태는 CQI(Channel Quality Indicator)를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 시스템.
제3항에 있어서, 상기 향상 계층의 전송 비트량은 상기 IPTV 스트림을 위해 할당된 슬롯들의 개수 내에서 기본 계층과 절삭된 향상 계층을 전송하여야 한다는 슬롯 제약사항에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 시스템.
IPTV 헤드엔드와, 액세스망의 기지국을 포함하는 모바일 IPTV 시스템에 있어서, 이동 단말에게 모바일 IPTV 서비스를 제공하는 방법에 있어서,

상기 IPTV 헤드엔드에서IPTV 스트림을 위한 데이터를 기본 계층과 향상 계층 으로 인코딩하여 출력하는 단계와,

상기 기지국에서 상기 IPTV 헤드엔드로부터 IPTV 스트림을 수신하고 미리 결정된 변조 기법과 부호화율의 조합에 따라 IPTV 스트림의 향상 계층을 부분적으로 절삭하여 전송 IPTV 스트림을 이동 단말에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.
제8항에 있어서, 상기 IPTV 스트림을 위한 데이터는 H.264/AVC SVC코딩 기법에 따라 기본 계층 및 향상 계층으로 인코딩되는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.
제8항에 있어서, 상기 기지국에서 전송 IPTV 스트림을 이동 단말에게 전송하는 단계는

수신한 IPTV 채널 스트림의 패킷들을 기본 계층을 위한 패킷들과 향상 계층을 위한 패킷들로 분류하고, 기본 계층을 위한 패킷들을 제1 버퍼로 출력하고 향상 계층을 위한 패킷들을제2 버퍼로 출력하는 단계와,

상기 이동 단말로부터 자신의 링크 상태를 제공받으면, 상기 이동 단말의 링크 상태에 기초하여 상기 향상 계층에 적용될 변조 기법 및 부호화율의 조합을 결정하는 단계와,

상기 변조 기법 및 부호화율의 조합에 따라 향상 계층의 전송 비트량을 계산하는 단계와,

상기 전송 비트량에 따라 상기 향상 계층의 스트림에 대해 스트림 절삭을 수행하는 단계와,

상기 변조기법 및 부호화율의 조합에 따라 상기 스트림 절삭이 행해진 IPTV 스트림을 상기 이동 단말에게 전송하는 단계를 포함하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.
제10항에 있어서, 상기 기본 계층을 위한 패킷들과 향상 계층을 위한 패킷들에 MCID(Multicast Connection ID)를 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.
제10항에 있어서, 상기 향상 계층의 전송 비트량 및 상기 향상 계층에 적용될 변조 기법 및 부호화율의 조합은 이하의 수식을 최대화하도록 계산되는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.

상기 수식에서
는 상수이고 (
),
는 향상 계층 전송을 위한 고정된
를 나타내며,
과
은 각각 GOP 간격 동안 상위 계층에서 유입된 기본 계층과 향상 계층의 비트량을 나타내며,
은 절삭이 행해진 향상 계층의 전송할 비트량을 의미하고,
은 GOP 간격 동안 비트율이 R일 경우 해당되는 예측된 PSNR 값이다. 또한,
은 향상 계층을 수신하는 사용자의 수를 나타내고,
은 기본 계층과 절삭이 행해진 향상 계층을 수신할 경우 해당하는 영상 PSNR 값을 나타낸다.
제10항에 있어서, 상기 단말의 링크 상태는 CQI(Channel Quality Indicator)를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.
제10항에 있어서, 상기 향상 계층의 전송 비트량은 상기 IPTV 스트림을 위해 할당된 슬롯들의 개수 내에서 기본 계층과 절삭된 향상 계층을 전송하여야 한다는 슬롯 제약사항에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 모바일 IPTV 서비스 제공 방법.