KR101152953B1 - 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

비디오 데이터 전송 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 비디오 데이터 패킷에 시뮬레이션 정보를 삽입하기 위한 입력 패킷 처리부; 상기 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷을 전송망을 통해 클라이언트 객체로 전송하는 과정을 시뮬레이션 수행하는 시뮬레이션부; 및 상기 시뮬레이션부의 클라이언트 객체에 도달한 비디오 데이터 패킷에서 시뮬레이션 정보를 제거하고 실제 비디오 데이터 패킷을 재생 출력하는 출력 패킷 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치에 의해 시뮬레이션 헤더, 시뮬레이션 객체 구성, 시뮬레이션 패킷 입력 처리 장치 및 패킷 출력 처리 장치를 통해 실시간 재생 기능을 갖는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 방식을 제안할 수 있다.

Description

디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치 및 방법{Apparatus and Method for simulation of Digital Video Data Transmission}
본 발명은 비디오 데이터 전송 기술에 관한 것으로, 특히 비디오 데이터 전송 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호 : 2008-S-005-01, 과제명 : HFC 망에서의 IP기반 초고속 멀티미디어 전송기술 개발]
최근 네트워크 기술의 발달로, 데이터 전송 기술의 고속화가 더 요구되고 있다. 디지털 방식으로 인코딩된 비디오 데이터 스트림을 인터넷 프로토콜(IP)에 기반한 기반망과 가입자 망을 거쳐 비디오 서비스 클라이언트에게 제공하는 비디오 데이터 전송 방식도 여러 형태의 서비스로 제안되고 있다.
비디오 데이터 스트림은 통상적으로 비디오 서버로부터 서비스 사업자 망인 IP기반 고속망을 거쳐 서비스 분배망의 해드엔드 장치에 도달한 후 가입자에게까지 전송된다. 전송 서비스 형태에 따라 비디오 데이터는 방송형 또는 점대점 및 특정 가입자 그룹에만 도달하는 교환형(switched video)등 다양한 형태의 비디오 전송 서비스로 나뉠 수 있다.
본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 비디오 데이터 스트림이 망 구성 시나리오에 따라 가입자에게 전송되기까지 발생 될 수 있는 패킷 전송 지연, 처리율 패킷 유실률 및 각 전송 장치의 큐잉 특성을 파악할 수 있는 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 시뮬레이션 수행과 동시에 전송된 비디오 데이터를 디코딩하여 재생할 수 있는 실시간 재생형 시뮬레이션 방식을 통해 비디오 데이터에 대한 실시간 처리 특성을 가입자가 가시적으로 확인할 수 있도록 한 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 비디오 데이터 패킷에 시뮬레이션 정보를 삽입하기 위한 입력 패킷 처리부; 상기 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷을 전송망을 통해 클라이언트 객체로 전송하는 과정을 시뮬레이션 수행하는 시뮬레이션부; 및 상기 시뮬레이션부의 클라이언트 객체에 도달한 비디오 데이터 패킷에서 시뮬레이션 정보를 제거하고 실제 비디오 데이터 패킷을 재생 출력하는 출력 패킷 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 시뮬레이션부는 비디오 데이터 패킷 전송망 에뮬레이션을 수행하는 네트워크 인터리버; 상기 네트워크 인터리버를 통해 입력된 비디오 데이터에 대해 가 입자망의 전송 매체 특성에 따라 적합한 물리적 전송 방식을 선택하는 디지털 비디오 송신부; 및 상기 선택된 물리적 전송 방식에 따라 상기 클라이언트 객체로 비디오 데이터 전송을 수행하는 물리적 송신부;를 포함한다.
한편, 상기 기술적 과제는 비디오 데이터 패킷에 시뮬레이션 정보를 삽입하는 단계; 상기 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷을 전송망을 통해 클라이언트 객체로 전송하는 과정을 시뮬레이션 수행하는 단계; 및 상기 시뮬레이션 완료된 비디오 데이터 패킷에서 시뮬레이션 정보를 제거하고 실제 비디오 데이터 패킷을 재생 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명의 일 실시예에 다르면, 시뮬레이션 헤더, 시뮬레이션 객체 구성, 시뮬레이션 패킷 입력 처리 장치 및 패킷 출력 처리 장치를 통해 실시간 재생 기능을 갖는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 방식을 제시한다.
이에 따라 시뮬레이션 동작 완료 후 결과 데이터를 분석하는 기존의 시뮬레이션 방식과는 달리, 시뮬레이션 진행과 동시에, 연산된 전송 특성을 고려한 전송 처리 완료된 비디오 데이터를 실시간 사용자에게 재생하는 것이 가능하다. 따라서 통계 처리 결과와 함께 실제 망을 통한 비디오 전송 서비스 효과를 시각적으로 확인하는 것이 가능하여 전송 시스템의 망 성능 검증을 위한 시뮬레이터 제작에 유용하게 활용될 수 있다는 효과가 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 구현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 디지털 비디오 전송 시스템의 구성도이다.
디지털 비디오 전송시스템은 디지털 방식으로 인코딩된 비디오 데이터 파일을 제공하는 비디오 서버(101)를 포함한다. 비디오 서버(101)로부터의 비디오 데이터 파일은 서비스 사업자 망인 비디오 전송망(102)과, 서비스 제공자측의 헤드엔드 시스템(105)과, 사전에 설정된 서비스 가입자의 가입자 망(103)을 통해 단말 클라이언트(108)로 전송된다.
헤드엔드 시스템(106)은 비디오 서버(101)로부터 단말 클라이언트(108)까지 비디오 서비스가 제공되는 데 있어서, 전송 서비스 유형에 따라 데이터 스트림의 분배가 결정되는데 이런 데이터 전송 중계 관련 처리를 수행한다.
헤드엔드 시스템(106)은 비디오 서비스가 제공될 서비스 그룹을 제어하는 디지털 비디오 송신 제어 기능과, 분배 장치의 전송 자원 관리 기능을 수행하는 전송 제어 시스템(105)을 포함한다. 헤드엔드 시스템(106)의 데이터 전송을 수행하는 디지털 비디오 송신 장치(104)는 가입자 망의 전송 매체 특성에 따라 적절한 PHY 전송 장치(107)를 통해 비디오 데이터 스트림을 전송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 장치의 동작 개념도이다.
실시간 재생 기능을 갖는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치(201)는 MPEG2-TS 프레임으로 인코딩된 비디오 소스 파일(202)을 입력받아 디지털 비디오 전송에 대한 시뮬레이션을 실시한다. 그리고 그 연산 결과에 따라 인공적으로 전송 지연을 삽입하여 인터피빙된 MPEG-TS 프레임(203)을 MPEG2-TS 디코더(207)를 거쳐 비디오 프로그램을 재생한다. 본 실시예에 있어서, 시뮬레이션 장치는 논리적 코덱(codec)으로 구현될 수 있다.
디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치(201)는 시뮬레이션을 위해 입력되는 비디오 데이터 프레임들(202)을 시뮬레이션을 위한 정보를 기록하는 내부 헤더를 추가한 패킷(206)으로 변형한다. 그리고 사전에 설정된 비디오 세션 제어 정보(204)와 자원 관리 정보(205)에 따른 전송 시나리오에 따라 시뮬레이션을 수행한다.
이 후에 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치(201)는 연산 결과 정보를 각 패킷에 대한 유실 및 전송 지연 처리를 수행한 후 MPEG2-TS 데이터(203)로 복원한다. 그리고 복원된 MPEG2-TS 데이터는 MPEG2-TS 디코더(207)를 거쳐 디스플레이 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 장치의 블록도이다. 시뮬레이션 장치는 입력 패킷 처리부(403), 시뮬레이션부(40), 및 출력 패킷 처리부(412)를 포함한다.
입력 패킷 처리 장치(403)는 데이터 베이스부(401)에 저장된 비디오 데이터 패킷(402)에 시뮬레이션 정보를 삽입하고, 시뮬레이션부(40)는 입력 패킷 처리 장 치(403)에서 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷(404)이 전송망을 거쳐 클라이언트 객체로 전송되는 과정을 시뮬레이션 수행한다. 출력 패킷 처리 장치(412)는 시뮬레이션 정보를 제거하고 전송 지연을 삽입하여 비디오 재생기로 출력한다.
네트워크 인터리버(405)는 비디오 데이터 패킷들이 서비스 사업자 망을 거쳐 분배망의 전송장치에 도달하는 과정의 시뮬레이션을 위해 사업자 망 에뮬레이션(emulation)을 수행한다.
네트워크 인터리버(405)를 통해 입력되는 비디오 데이터는 디지털 비디오 송신부(406)와 CIN 인터리버(408)를 통해 HFC 물리적 송신부(407)와 HFC 네트워크 인터리버(409)를 거쳐 가상 클라이언트 객체(410)로 전달된다.
디지털 비디오 송신부(406)는 가입자망의 전송 매체 특성에 따라 적합한 물리적 전송 방식을 선택하고, 선택된 물리적 전송 방식에 따른 HFC 물리적 송신부(407)로 데이터를 전달한다.
CIN(Converged Interconnect Network) 인터리버(408)는 서비스 분배자 측의 헤드엔드 시스템 내부 네트워크 에뮬레이션을 수행하고, HFC(Hybrid Fiber Coax) 네트워크 인터리버(409)는 분배망 에뮬레이션을 수행한다. 여기서 분배 망은 케이블망일 수 있으며, 비디오 전송망을 구성하는 전송 객체들이 연결된다.
분석부(411)는 가상 클라이언트 객체(410)에 도달한 비디오 프레임의 프레임 내부의 시뮬레이션 정보(413)를 분석한다. 분석부(411)는 시뮬레이션 결과 데이터를 수집, 분석한다.
시뮬레이션부(40)의 가상 클라이언트 객체에 도달한 패킷 데이터는 시뮬레이션을 위한 내부 헤더 처리를 위해 출력 패킷 처리부(403)를 거쳐 비디오 재생기로 출력된다.
또한 헤드엔드 시스템에서 수행되는 비디오 데이터 스트림 분배를 위해, SDV 제어부(414)와 자원 관리부(415)를 더 포함한다.
제어부(414)는 디지털 비디오 서비스 객체를 제어하고, 자원 관리부(415)는 물리적 채널 자원 관리를 수행한다.
클라이언트 객체(410)로부터 발생한 비디오 서비스 요구 정보는 SDB 제어부(414)에서 처리되며, 서비스 플로우 전송을 위한 채널 자원 할당 요구 정보를 자원 관리부(415)로 요구한다. 그러면 자원 관리부(415)는 디지털 비디오 송신부(406)로 채널 할당 정보를 전달하여 비디오 데이터 송신 채널을 설정할 수 있도록 한다.
도 4 는 시뮬레이션 헤더 구성의 예시도이다.
본 실시예에 있어서, 시뮬레이션 정보는 시뮬레이션 헤더를 삽입하는 것일 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이 시뮬레이션 헤더는 시뮬레이션 장치에 입력되는 시점 즉, 패킷의 도착 시간을 4바이트 타이밍 정보로 포함하고(601), 패킷 처리 시간 필드(602)에는 각 시뮬레이션 객체에서의 연산 결과, 해당 시뮬레이션 객체에서 발생된 전송 지연 정보를 포함하여, 객체로부터 출력되는 최종 시간 정보가 기록될 수 있다.
즉, 패킷 처리 시간은 시뮬레이션 입력 패킷이 각 전송 객체의 연산을 거칠때마다 갱신되며, 최종 적으로 시뮬레이션 장치로부터 출력 패킷 처리 장치로 출력되는 시점의 전송 시뮬레이션 결과값으로 기록된다.
또한, 시뮬레이션 헤더는 각 객체마다 사용할 수 있는 4 바이트의 객체 기반 정보(603)를 포함하여, 패킷 유실 정보를 포함하여 해당 객체에서 기록해야할 객체 연산 정보(607)를 기록할 수 있다. 또한, 각 객체에서 연산된 전송 처리 시간을 2바이트 타이밍 정보로 객체 처리 시간 필드(604)에 삽입한다.
객체 기반 정보 필드(605)는 시뮬레이션을 위한 시나리오에 구성된 객체 수만큼 삽입되어 시뮬레이션 동안 요구되는 비디오 전송 성능 정보를 수집한다.
도 5 및 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 방법을 도시한 흐름도이다.
비디오 서버에 MPEG-2 TS 형식으로 인코딩된 비디오 데이터 파일로부터 전송할 MPEG2-TS 형식의 패킷을 추출한다(단계 501). 그리고 추출된 비디오 데이터 패킷에 시뮬레이션을 위한 정보를 기록할 시뮬레이션 헤더를 패킷의 앞 부분에 삽입하고(단계 502), 시뮬레이션 헤더의 각 데이터 필드를 초기화한다(단계 503). 시뮬레이션 헤더 삽입이 완료된 비디오 데이터 패킷은 기 설정된 시나리오상 전송 네트워크의 가상 네트워크 객체로 입력된다(단계 504).
이때 네트워크 객체들은 기 정의된 망 전송 특성에 따라 입력 패킷의 시뮬레이션 헤더에 필요한 정보를 기록하고 변경한다. 먼저, 시뮬레이션 객체는 도착 패 킷에 대하여 해당 객체의 망 연산을 수행한 결과, 패킷 전송 지연 또는 큐 대기가 발생했는지 여부를 판단하고(단계 505), 전송 지연 또는 큐잉 지연이 발생한 경우에는 대기시간을 연산하여 패킷의 시뮬레이션 헤더의 전송 지연 필드에 반영한다(단계 506).
이 후에 시뮬레이션 객체는 객체 동작 특성에 의한 패킷 유실이 발생되었는지 여부를 판단하고(단계 507), 패킷 유실이 발생한 경우에는 패킷 시뮬레이션 헤더의 패킷 유실 필드를 '1'로 셋팅하여 유실 대상 패킷임을 표시한다(단계 508).
그리고 입력 패킷에 대한 해당 객체의 시뮬레이션 동작 연산이 완료되었는지를 판단하여(단계 509), 종단 장치 즉 객체 동작 연산이 완료된 경우에는 시뮬레이션 객체에 할당된 시뮬레이션 헤더 필드에 시뮬레이션 타이밍 정보를 삽입한다(단계 510).
그리고 연산 완료된 시뮬레이션 객체가 시뮬레이션 장치 내의 종단 장치인지 여부를 판단하여(단계 511) 연산 완료된 객체가 시뮬레이션 장치의 종단 객체가 아닌 경우에는 해당 객체와 연결된 다음 시뮬레이션 객체로 정보를 이동하여 단계 504 이후 단계를 반복 수행한다.
이 후에, 시뮬레이션 종단 객체인 경우에는 시뮬레이션 결과 정보를 분석하고 결과를 기록하여(단계 512), 시뮬레이션 과정에서 패킷 유실이 있었는지를 판단하고(단계 513), 해당 패킷에 유실이 표시되어 있는 경우에는 패킷 폐기 처리 데이터에 기록하여 통계에 반영되도록 한다(단계 514). 한편, 유실되지 않은 패킷들에 대해서는 패킷의 전송 지연 시간이 기록되어 있는지를 판단한다(단계 515). 판단결 과, 전송 지연이 기록된 경우 해당 전송 지연만큼 패킷 출력을 지연하고(단계 516), 시뮬레이션 헤더를 제거하여(단계 517), MPEG2-TS 디코더로 출력한다(단계 518).
이에 따라 시뮬레이션이 진행되거나 완료되면, 수집된 성능 정보에 대한 통계적 방법을 이용하여 망 내 패킷 처리율, 패킷 유실률 및 평균 전송 지연 시간 분포등을 분석할 수 있다.
한편, 전술한 시뮬레이션 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.
이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 디지털 비디오 전송 시스템의 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 장치의 동작 개념도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 장치의 블록도,
도 4 는 시뮬레이션 헤더 구성의 예시도,
도 5 및 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 방법을 도시한 흐름도이다.

Claims (10)

  1. 비디오 데이터 패킷에 시뮬레이션 정보를 삽입하기 위한 입력 패킷 처리부;
    전송망에 대한 에뮬레이션을 수행하는 네트워크 인터리버와, 상기 네트워크 인터리버를 통해 입력된 상기 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷에 대해 가입자망의 전송 매체 특성에 따라 물리적 전송 방식을 선택하는 디지털 비디오 송신부와, 상기 선택된 물리적 전송 방식에 따라 가상 클라이언트 객체로 상기 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷의 전송을 수행하는 물리적 송신부를 포함하여, 상기 시뮬레이션 정보가 삽입된 비디오 데이터 패킷을 상기 전송망을 통해 상기 가상 클라이언트 객체로 전송하는 과정을 시뮬레이션 수행하는 시뮬레이션부; 및
    상기 시뮬레이션부의 가상 클라이언트 객체에 도달한 비디오 데이터 패킷에서 시뮬레이션 정보를 제거하고 실제 비디오 데이터 패킷을 재생 출력하는 출력 패킷 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시뮬레이션부는,
    가상 클라이언트 객체로부터 서비스 요구 정보에 따라 디지털 비디오 서비스 제공을 위한 스트림 분배 제어를 수행하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 시뮬레이션부는,
    상기 제어부로부터의 제어에 따라 채널 자원 할당 정보를 생성하여 상기 디지털 비디오 송신부로 전달하는 자원 관리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 시뮬레이션부는,
    상기 가상 클라이언트 객체에 도달하는 비디오 데이터에 포함되는 시뮬레이션 정보에 기초하여 시뮬레이션 결과를 분석하는 분석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 패킷 처리부는 상기 시뮬레이션 정보를 제거한 비디오 데이터 패킷에 전송 지연 정보를 삽입하여 재생 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 전송 시뮬레이션 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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