KR101475029B1 - 윈도우 오에스(os) 기반의 디브이알(dvr) 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치에 관한 것으로,
연산을 위한 데이터를 다수의 메모리에 저장하도록 하고,
2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩(변환) 속도를 향상시키는 다수의 GPU(Graphics Processing Unit)에 각각 하나씩의 메모리를 연결하여 데이터의 효율적인 입,출력이 가능하도록 하고,
상기 다수의 GPU에 파이프 라인 버퍼를 통하여 다수의 프로세서를 각각 하나씩 연결하여 프로세서에 소수의 채널을 할당하여 따로 운영하도록 하고,
상기 다수의 프로세서를 관리하는 프로세서 매니저(Manager)의 기능을 메인 프로세서에서 운영하도록 함으로써 메모리 제한 문제를 해결하는 동시에 CPU의 LOAD 분산효과도 얻도록 구성됨을 특징으로 한다.

Description

윈도우 오에스(OS) 기반의 디브이알(DVR) 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치{MULTI CHANNEL ENCODING STRUCTURE USING MEMORY PROCESSOR DISTRIBUTED TECHNIQUES ON WINDOW BASED DVR SYSTEM}

본 발명은 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치에 관한 것으로, 상세하게는 2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩 속도를 향상시키는 다수의 GPU에 메모리를 연결하고, 상기의 GPU에 파이프 라인 버퍼를 통하여 다수의 프로세서를 연결하여 따로 운영하면서 다수의 프로세서를 관리하는 프로세서 매니저의 기능을 메인 프로세서에서 운영하도록 함으로써 메모리 제한 문제를 해결하는 동시에 CPU의 LOAD 분산효과도 얻도록 한 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치에 관한 것이다.

일반적으로 32비트 윈도우 운영체제에서는 메모리 인식이 4Giga 까지가 한계이다.

이는 32비트 운영체제가 메모리의 제한이 4Giga까지이기 때문이다.

그러나 실제로 32비트 윈도우 운영체제에서는 일반 프로그램이 4Giga까지 전부 메모리를 사용할 수 없다.

기본적으로 윈도우 운영체제가 사용하는 메모리와 여러 가지 주변 장치(그래픽카드, 랜카드, 메인 보드 바이어스 등)들이 기본 메모리를 소유하기 때문에 3.xGiga 보통 3Giga 중반 대까지밖에 메모리를 사용할 수 없었다.

또한 하나의 프로세스(Process)가 사용할 수 있는 메모리 용량의 한계는 2Giga까지 이다.

만약 윈도우(Windows) 운영체제가 기본적으로 점유하는 메모리를 제외하고 하나의 독립된 프로세스가 2Giga에 가까운 메모리를 사용한다면 시스템에 이상 현상이 발생하거나 프로그램이 종료되는 현상이 발생하게 된다.

때문에, 32비트 윈도우 운영체제를 사용하는 시스템에서는 32비트에서 메모리의 효율적인 분산과 관리 문제를 간과할 수 없는 것이 현실이다.

더욱이 CCTV 산업은 고화질 HD-CCTV로 변해가고 있는데 고화질 대용량 이미지 처리를 32비트 윈도우 운영체제에서 해결하지 못한다면 여러 분야로 넓은 확장성을 갖는 PC-Type DVR의 장점을 제자리 걸음으로 만드는 결과를 만들 것이다.

16채널-HD DVR을 예로 들면 다음과 같다.

고화질의 FULL HD 영상의 이미지를 H.264코덱으로 Encoding을 하는데 각 채널당 100Mega Byte 이상의 메모리가 필요하기 때문에 16채널 모두를 사용했을 때에는 1.6기가 이상의 메모리 공간이 필요하다는 것을 알 수 있다.

DVR의 특성상 Encoding과 더불어 검색을 위해 Decoding을 해야 하는데 Decoding시 필요한 메모리도 각 채널당 40Mega Byte정도이므로 16채널시 640Mega Byte의 메모리를 사용하게 된다.

Encoding과 Decoding 만으로 하나의 Process에서 2Giga 넘는 메모리 용량을 사용해야 하므로 이론적으로는 16채널 HD DVR을 윈도우 운영체제에서는 작동시킬 수 없게 되는 단점이 있었다.

즉, 도 1에 도시한 것과 같이,

연산을 위한 데이터를 다수의 메모리(11)(11a)...(11n)에 일시 저장하도록 하고,

2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩(변환) 속도를 향상시키는 다수의 GPU(Graphics Processing Unit)(12)(12a)...(12n)에 각각 하나씩의 메모리(11)(11a)...(11n)를 연결하여 데이터의 효율적인 입,출력이 가능하도록 하고,

상기 다수의 GPU(12)(12a)...(12n)에 관리하는 프로세서 매니저(14)의 기능을 메인 프로세서(13)에서 운영하도록 하고,

하드디스크(15)로부터 전송된 YUV420포멧의 비디오 Raw Data를 메인 프로세서(13)에서 프로세서 매니저(14)를 통하여 전달하고, 압축이 완료된 Data를 다시 프로세서 매니저(14)를 통하여 받아서 하드디스크(15)에 저장하도록 구성하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 멀티채널 엔코딩 구조에 의하여서는 하나의 프로세서에서 모든 동작을 하기 때문에 전체 사용할 수 있는 메모리가 2GB를 넘지 못하였고, 이로 인하여 하나의 시스템에서 수용할 수 있는 영상 채널 수에 제약이 있었다.

또한 CPU의 코어분산 효과가 적게 되어, 동작 중에 CPU 코어의 쏠림 현상이 발생되면서 전체 시스템의 성능을 떨어뜨리는 원인이 되었다.(예컨대 Intel i7 CPU의 경우 8개의 Core를 가지고 있다. 하나의 프로세스는 동작시 보통 한 개의 Core를 사용하게 된다.)

한 채널을 Encoding 하는 동안에는 다른 채널을 동시에 Encoding하지 못하고, 기존 채널이 끝날 때까지 기다렸다가 다음 채널이 들어가는 방식이라는 점에서 큰 단점을 가지고 있었다.

이는 결국적으로 전체 Encoding의 성능을 저하시키는 원인이 되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩 속도를 향상시키는 다수의 GPU에 메모리를 연결하고, 상기의 GPU에 파이프 라인 버퍼를 통하여 다수의 프로세서를 연결하여 이를 따로 운영하면서 다수의 프로세서를 관리하는 프로세서 매니저의 기능을 메인 프로세서에서 운영하도록 함으로써 메모리 제한 문제를 해결하는 동시에 CPU의 LOAD 분산효과도 얻도록 한 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치는,

연산을 위한 데이터를 다수의 메모리에 저장하도록 하고,

2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩(변환) 속도를 향상시키는 다수의 GPU(Graphics Processing Unit)에 각각 하나씩의 메모리를 연결하여 데이터의 효율적인 입,출력이 가능하도록 하고,

상기 다수의 GPU에 파이프 라인 버퍼를 통하여 다수의 프로세서를 각각 하나씩 연결하여 프로세서에 소수의 채널을 할당하여 따로 운영하도록 하고,

상기 다수의 프로세서를 관리하는 프로세서 매니저(Manager)의 기능을 메인 프로세서에서 운영하도록 함으로써 메모리 제한 문제를 해결하는 동시에 CPU의 LOAD 분산효과도 얻도록 구성함을 특징으로 한다.

상기의 본 발명에 따른 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치에 의하여서는 2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩 속도를 향상시키는 다수의 GPU(Graphics Processing Unit)에 각각 하나씩의 메모리를 연결하여 데이터의 효율적인 입,출력이 가능하도록 한다.

상기 다수의 GPU에 파이프 라인 버퍼를 통하여 다수의 프로세서를 각각 하나씩 연결하여 따로 운영하도록 함으로써 각 GPU에서 압축이 완료된 데이터를 파이프 라인 버퍼(Pipe-Lined Buffer)에 버퍼링하여 언제라도 프로세서 매니저(Manager)가 프로세서를 통하여 압축된 데이터를 가져갈 수 있도록 한다.

상기 다수의 프로세서를 관리하는 프로세서 매니저(Manager)의 기능을 메인 프로세서에서 운영하도록 함으로써 비동기식(Asynchronous) 동작에 의해 데이터의 입,출력을 관리하도록 함으로써 시스템의 압축 프레임 수를 최대로 끌어올릴 수 있어 메모리 제한 문제를 해결하는 동시에 CPU의 LOAD 분산효과도 얻도록 하는 효과가 있다.

또한, 영상 채널 수 증가에 따른 엔코더(Encoder) 갯 수도 같이 증가함으로써, 하나의 프로세서에서 사용할 수 있는 메모리 제한에 결려 채널 확장에 한계점이 있었지만, 메모리 분산으로 인하여 좀 더 많은 채널을 하나의 시스템에서 안정적으로 수용할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 압축 프로세서와 프로세서 메니저 간의 비동기식(Asynchronous) 동작으로 인한 전체 영상 압축 프레임수가 증가되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전체 구성을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 전체 구성을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치는,

연산을 위한 데이터를 다수의 메모리(1)(1a)...(1n)에 일시 저장하도록 하고,

2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩(변환) 속도를 향상시키는 다수의 GPU(Graphics Processing Unit)(2)(2a)...(2n)에 각각 하나씩의 메모리(1)(1a)...(1n)를 연결하여 데이터의 효율적인 입,출력이 가능하도록 하고,

상기 다수의 GPU(2)(2a)...(2n)에 각각 파이프 라인 버퍼(3)(3a)...(3n)를 통하여 다수의 프로세서(4)(4a)...(4n)를 각각 하나씩 연결하여 소수의 채널을 할당하여 따로 운영하도록 하고,

상기 다수의 프로세서(4)(4a)...(4n)를 관리하는 프로세서 매니저(Manager)(6)의 기능을 메인 프로세서(5)에서 운영하도록 하고,

보드의 하드디스크(7)로부터 전송된 YUV420포멧의 비디오 Raw Data를 메인 프로세서(5)에서 Processor Manager(6)를 통하여 다수의 프로세서(4)(4a)...(4n)로 전달하고, 압축이 완료된 Data를 다시 다수의 프로세서(4)(4a)...(4n)로부터 프로세서 매니저(Processor Manager)(6)를 통하여 받아서 하드디스크(7)에 저장하도록 구성한 것이다.

상기와 같이 구성한 본 발명의 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치는 보드의 하드디스크로부터 전송된 YUV420포멧의 비디오 Raw Data를 메인 프로세서에서 프로세서 매니저를 통하여 다수의 프로세서로 전달하고, 압축이 완료된 Data를 다시 다수의 프로세서로부터 프로세서 매니저를 통하여 받아서 하드디스크에 저장하도록 한 것으로서,

상기 다수의 프로세서(4)(4a)...(4n)를 관리하는 프로세서 매니저(6)의 기능을 메인 프로세서(5)에서 제어하되,

상기 메인 프로세서(5)에서 보드의 하드디스크(7)로부터 전송된 YUV420포멧의 비디오 Raw Data를 프로세서 매니저(6)를 통하여 다수의 프로세서(4)(4a)...(4n)로 전달하여 메모리(1)(1a)...(1n)에 일시 저장되도록 한다.

즉, 메인 프로세서(5)에서 하드디스크(7)로부터 전송된 YUV420포멧의 비디오 Raw Data가 1채널에 해당하는 데이터인 가를 판단하여 1채널에 해당하면, 프로세서 매니저(6)를 통하여 프로세서(4)에 전달하여 GPU(Graphics Processing Unit)(2)를 경유하여 메모리(1)에 일시 저장되도록 한다.

그리고 다음의 채널에 해당하는 데이터이면, 프로세서 매니저(6)를 통하여 프로세서(4a)에 전달하여 GPU(Graphics Processing Unit)(2a)를 경유하여 메모리(1a)에 일시 저장되도록 한다.

마지막 채널에 해당하는 데이터이면, 프로세서 매니저(6)를 통하여 프로세서(4n)에 전달하여 GPU(Graphics Processing Unit)(2n)를 경유하여 메모리(1n)에 일시 저장되도록 한다.

상기 각각의 메모리(1)(1a)...(1n)에 저장되는 데이터를 400메가 정도로 나누면 효율성이 향상된다.

한편, 상기의 메모리(1)(1a)...(1n)에 각각 저장된 데이터는 2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩(변환) 속도를 향상시키는 다수의 GPU(Graphics Processing Unit)(2)(2a)...(2n)에 의해 각각 압축이 완료되도록 한다.

상기 다수의 GPU(2)(2a)...(2n)에 의해 압축이 완료된 데이터는 각각 파이프 라인 버퍼(3)(3a)...(3n)에 버퍼링 되도록 함으로써 할당된 소수의 채널에 대해 따로 운영되도록 한다.

각 프로세서(Processor)(4)(4a)...(4n)는 다수의 GPU(2)(2a)...(2n)에 의해 압축이 완료되어 파이프 라인 버퍼(Pipe-Lined Buffer)(3)(3a)...(3n)에 버퍼링 된 데이터를 언제라도 읽을 수 있도록 한다.

그러므로 메모리(1)(1a)...(1n)에서 GPU(2)(2a)...(2n)에 의해 압축이 완료되어 파이프 라인 버퍼(Pipe-Lined Buffer)(3)(3a)...(3n)에 버퍼링 된 데이터가 1채널에 해당하는가를 메인 프로세서(5)가 판단하여 1채널이면, 프로세서(4)로부터 프로세서 매니저(Processor Manager)(6)를 통하여 데이터를 받아서 하드디스크(7)에 저장하도록 한다.

다음의 데이터가 다음의 채널에 해당하는가를 메인 프로세서(5)가 판단하여 다음의 채널이면, 프로세서(4a)로부터 프로세서 매니저(Processor Manager)(6)를 통하여 데이터를 받아서 하드디스크(7)에 저장하도록 한다.

그리고 메모리(1)(1a)...(1n)에서 GPU(2)(2a)...(2n)에 의해 압축이 완료되어 파이프 라인 버퍼(Pipe-Lined Buffer)(3)(3a)...(3n)에 버퍼링 된 데이터가 마지막 채널에 해당하는가를 메인 프로세서(5)가 판단하여 마지막 채널이면, 프로세서(4n)로부터 프로세서 매니저(Processor Manager)(6)를 통하여 데이터를 받아서 하드디스크(7)에 저장하도록 한다.

본 발명의 효과를 보다 상세히 설명하면 도 3에 도시한 것과 같이 16채널-HD DVR을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

고화질의 FULL HD 영상의 이미지를 H.264코덱으로 엔코딩(Encoding) 하는데 각 채널당 100Mega Byte 이상의 메모리가 필요하기 때문에 16채널 모두를 사용했을 때에는 1.6기가 이상의 메모리 공간이 필요하다는 것을 알 수 있다.

DVR의 특성상 엔코딩과 더불어 검색을 위해 디코딩(Decoding)을 해야 하는데 디코딩시 필요한 메모리도 각 채널당 40Mega Byte정도이므로 16채널시 640Mega Byte의 메모리를 사용하게 된다.

엔코딩과 디코딩만으로도 하나의 프로세서 매니저에서 2Giga 넘는 메모리 용량을 사용해야 하므로 이론적으로는 16채널 HD DVR을 윈도우 운영체제에서는 작동시킬 수 없게 된다.

따라서 메모리의 압축과 복원에 따른 입,출력을 각 채널별로 하나씩의 GPU에서 실행하도록 하고, 이를 각각의 프로세서에서 관리하도록 하면서 압축된 데이터를 파이프 라인 버퍼에 버퍼링하도록 함으로써 메모리 제한 문제를 해결하는 동시에 CPU의 LOAD 분산효과도 얻도록 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

1, 1a, ... 1n : 메모리 2, 2a, ... 2n : GPU
3, 3a, ... 3n : 파이프 라인 버퍼 4, 4a, ... 4n : 프로세서
5 : 메인 프로세서 6 : 프로세서 매니저

Claims (5)

1. 연산을 위한 데이터를 다수의 메모리에 일시 저장하도록 하고,
   2D 및 3D 그래픽의 연산 및 생성 외에 동영상의 재생 품질 및 인코딩 속도를 향상시키는 다수의 GPU에 각각 하나씩의 메모리를 연결하여 데이터의 효율적인 입,출력이 가능하도록 하고,
   압축을 담당하는 다수의 GPU에 각각 파이프 라인 버퍼를 통하여 다수의 프로세서를 각각 하나씩 연결하여 소수의 채널을 할당하여 따로 운영하도록 하고,
   상기 다수의 프로세서를 관리하는 프로세서 매니저의 기능을 메인 프로세서에서 운영하도록 하여 메모리 제한문제를 해결하면서 CPU의 LOAD를 분산시키도록 하고,
   보드의 하드디스크로부터 전송된 YUV420포멧의 비디오 Raw Data를 메인 프로세서에서 프로세서 매니저를 통하여 다수의 프로세서로 전달하고, 압축이 완료된 Data를 다시 다수의 프로세서로부터 프로세서 매니저를 통하여 받아서 하드디스크에 저장하도록 구성한 것을 특징으로 하는 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기의 메인 프로세서에서 프로세서 매니저를 통하여 다수의 프로세서를 제어하여 입력 비디오 Raw Data를 각 해당하는 채널의 GPU에 비동기식(Asynchronous) 동작으로 할당하면서 전송하여 압축하도록 하고,
   상기 각 GPU에서 압축이 완료된 데이터는 파이프 라인 버퍼에 버퍼링하여 언제라도 프로세서 메니저가 각 프로세서를 통하여 비동기식(Asynchronous) 동작으로 데이터를 가져오도록 하여 시스템의 압축 프레임 수를 최대로 끌어올릴 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 윈도우 OS 기반의 DVR 시스템에서 메모리 프로세스 분산기술을 이용한 멀티채널 엔코딩 장치.
5. 삭제

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