KR101590707B1 - 적응형 스트리밍 제공방법 - Google Patents

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Abstract

적응형 스트리밍 제공방법이 개시된다. 본 발명의 제공방법은, 서버와 디바이스간 가용 대역폭을 예측하고, 예측된 가용 대역폭에 디바이스의 정보를 반영하여 스트리밍 전송을 위한 비트레이트를 예측하고, 이전 주기에 전송한 비트레이트를 참조로 예측된 비트레이트를 보정하고, 보정된 비트레이트로 데이터를 인코딩하여 상기 디바이스로 스트리밍 전송한다.

Description

적응형 스트리밍 제공방법{METHOD FOR PROVIDING ADAPTIVE STREAMING}
본 발명은 적응형 스트리밍 제공방법에 관한 것이다.
일상 생활에 스마트 디바이스들이 보편화되면서, 가정과 사무실에서 네트워크에 연결되어 사용되는 스마트 TV, 네트워크 게임기, 셋탑박스, 네트워크 접근 서버(Network Access Server; NAS) 등 디바이스의 상호 연결을 통하여 멀티미디어 컨텐츠가 공유되고 있다.
이에, 이러한 디바이스의 상호간 운용성을 보장하기 위해 디지털 리빙 네트워크 얼라이언스(Digital Living Network Alliance; DLNA) 협회에서 가이드 라인을 제정하였고, 유니버설 플러그 앤 플레이(Universal Plug and Play; UPnP) 아키텍처에 정의된 절차에 따라 기기간의 정보를 교환하고 콘텐츠를 공유하게 규정하였다.
이러한 DLNA 규격을 지원하는 디바이스가 네트워크에 연결되면, 동일 네트워크 내의 모든 디바이스와 서로 자동적으로 기기정보를 공고하고 공유하여 상호 연동하며, 이에 의해 각종 음악, 사진, 동영상 문서 등 멀티미디어 공텐츠 공유가 가능하다. 즉, 예를 들어, DLNA를 지원하는 스마트 TV, NAS가 동일한 네트워크에 연결되면, 사용자는 NAS 저장되어 있는 영화를 별도의 다운로드 절차없이 스마트 TV에서 바로 감상할 수 있다.
그러나, 많은 경우, DLNA를 지원하는 디바이스는 가용 대역폭의 변동이 잦은 무선 네트워크 환경에서 사용되기 때문에, DLNA 기기간 스트리밍 서비스를 사용하기 위해서는, 사용자의 체감 품질 저하없이 스트리밍 데이터를 전송하기 위한 동적 적응형 스트리밍(Dynamic Adaptive Streaming) 기술이 요구된다.
현재 개발되어 있는 동적 적응형 스트리밍 기술은 일반적으로 다음과 같은 방식으로 구현된다.
다양한 비트 레이트로 인코딩된 멀티미디어 데이터를 서버에 저장해두고, 예측된 대역폭을 이용하여 적절한 비트 레이트로 인코딩된 스트리밍 데이터를 미디어 서버가 선택하여 전송한다. 그러나, 이러한 종래의 동적 적응형 스트리밍 기술을 그대로 DLNA 디바이스에 적용할 경우 다음과 같은 세 가지 문제점이 있다.
첫째, 대역폭 예측시 발생할 수 있는 에러 오차가 있음에도 불구하고 예측된 가용 대역폭 수치에만 의존하여 비디오 전송률을 조절하므로, 대역폭 변동이 잦은 무선환경에서는 비디오 전송률 또한 자주 변경해야 하는 문제점이 있다.
가용 대역폭 변동이 잦고 변화 격차가 심하며 지연 또한 상대적으로 긴 무선 네트워크 환경에서 비디오 전송률을 자주 변경시킬 경우, 사용자의 체감 품질까지 저하될 수 있다.
또한, 가용 대역폭 예측시 양방향이 아닌 단방향 예측이 필요하다. 스마트 TV와 게임기의 경우, 두 기기간 가용 대역폭 측정을 위한 소프트웨어를 별도로 설치할수 없으므로, 컨텐츠가 저장된 미디어 서버만을 이용하여 대역폭을 측정해야 한다.
둘째, DLNA 기술을 이용하는 스트리밍 서비스의 경우, 지연에 민감한 멀티미디어 데이터가 많으므로 대역폭을 예측하는 단계에 있어서 측정을 위한 패킷을 추가적으로 전송하면 서비스 품질에 영향을 주는 문제점이 있다.
무선 네트워크의 특성상 가용 대역폭 변동이 잦고 변화 격차가 심하기 때문에, 가용 대역폭 측정을 위한 추가적인 패킷들로 인한 변동으로 인해, 예측 결과의 정확도를 저하시키는 문제로 이어질 수 있다.
셋째, DLNA 기술을 지원하는 디바이스의 종류가 다양하여, 디바이스별 특성을 고려하여 적절한 품질의 서비스를 제공할 필요가 있는데, 적응형 스트리밍 서비스의 스트리밍 전송 비트 레이트를 전적으로 예측된 가용 대역폭에만 의존할 경우, 대역폭을 불필요하게 낭비할 수 있는 문제점이 있다.
사용자들은 다양한 기기를 사용하고 있어 스트리밍 서비스에 대한 기대치도 다양하며, 따라서, 스트리밍 전송 비트레이트를 예측함에 있어서 DLNA 디바이스 정보들도 포함되어야 한다. 예를 들면, 47인치 고해상도 TV에서와 7인치 스마트폰에서 똑같은 스트리밍 서비스를 사용하는 경우, 사용자들은 TV에 대한 체감품질 기대치가 스마트폰에 대한 기대치보다 훨씬 높다. 이와 같은 상황에서 스마트폰에 TV와 똑같은 스트리밍 전송 비트레이트로 스트리밍하면 불필요한 대역폭을 낭비하게 되며, 가용 대역폭이 부족한 상황에서는 서비스의 품질 저하에까지 이르게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가용 대역폭의 변동이 잦은 무선 네트워크 환경에서, DLNA 디바이스에 대한 적절한 스트리밍 비트레이트를 추정하여, 사용자의 체감 품질저하를 최소화하는 적응형 스트리밍 제공 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 사용자가 사용하는 DLNA 디바이스 정보까지 반영하여 스트리밍 전송 비트레이트를 결정하는 적응형 스트리밍 제공 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 무선 네트워크를 통해 연결되어, 디지털 리빙 네트워크 얼라이언스(DLNA) 규격을 지원하는 적어도 하나 이상의 디바이스에, 서버가 데이터를 제공하는 본 발명의 방법은, 상기 서버와 상기 디바이스간 가용 대역폭을 예측하는 단계; 예측된 상기 가용 대역폭에 상기 디바이스의 정보를 반영하여 스트리밍 전송을 위한 비트레이트를 예측하는 단계; 이전 주기에 전송한 비트레이트를 참조로 예측된 비트레이트를 보정하는 단계; 및 보정된 비트레이트로 데이터를 인코딩하여 상기 디바이스로 스트리밍 전송하는 단를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제공방법은, 상기 디바이스로부터 데이터의 제공에 대한 요청을 수신하는 경우, 상기 디바이스의 정보를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제공방법은, 예측된 상기 가용 대역폭을 선형화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제공방법은, 상기 비트레이트를 예측하는 단계와 상기 예측된 비트레이트를 보정하는 단계를 소정 회수 반복할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 가용 대역폭을 예측하고 전송 비트레이트를 점진적으로 조정하여 스트리밍 전송함으로써, 대역폭 변동이 심한 무선 네트워크 환경에서 스트리밍 데이터를 공유할 때 사용자의 체감 품질저하를 줄이도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명은, DLNA 디바이스의 다양한 특성을 고려하여, 가용 대역폭을 측정하기 위한 별도의 소프트웨어를 설치할 필요 없이, 서버측에서만 가용 대역폭을 예측함으로써, DLNA 환경에서 적응형 스트리밍 서비스를 구현하기 위해 필요한 오버헤드를 줄이도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스트리밍 전송 비트레이트 결정시, 전적으로 가용 대역폭의 예측에만 의존하지 않고 DLNA 디바이스의 다양한 특성을 반영하여, 유한한 네트워크 자원을 사용자의 체감 품질 저하없이 최대한 유용하게 활용하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 DLNA 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 적응형 스트리밍 제공장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 적응형 스트리밍 제공방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 DLNA 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 DLNA 시스템은, DLNA 서버(1) 및 DLNA 디바이스(2)를 포함할 수 있다.
DLNA 서버(1)는 DLNA 디바이스(2)에 DLNA 방식으로 미디어 컨텐츠를 제공하는 것으로서, 본 발명의 적응형 스트리밍 방법이 적용될 수 있다. DLNA 서버(1)는 가정 내 배치되는 공유기에 제공될 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
DLNA 디바이스(2)는 DLNA 규격을 지원하는 디바이스로서, 예를 들어 스마트 TV, 네트워크 게임기, 셋탑박스, 멀티미디어 컨텐츠 플레이어, 스마트폰 등을 포함한다. 본 발명의 일예에서는, 스마트 TV(2-1)와 스마트폰(2-2)을 예를 들어 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 자명한 사항이다. 이하에서는, 스마트 TV(2-1)와 스마트폰(2-2)을 통칭하여 DLNA 디바이스(2)라고 하기로 한다.
DLNA 서버(1)와 DLNA 디바이스(2)는 무선 네트워크로 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 즉, DLNA 서버(1)와 DLNA 디바이스(2)는 예를 들어 와이파이(Wi-Fi)를 포함하는 무선랜 방식의 네트워크로 연결되어 통신을 수행할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 적응형 스트리밍 제공장치를 설명하기 위한 구성도로서, 도 1의 DLNA 서버(1)에 구현되는 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는, 예측부(10), 필터부(20), 추정부(30) 및 인코딩부(40)를 포함할 수 있다.
예측부(10)는 무선 네트워크로 연결된 DLNA 서버(1)와 DLNA 디바이스(2)간 가용 대역폭을 예측할 수 있다. 이때, 예측부(10)는, 가용 대역폭 측정을 위한 추가적인 패킷을 전송하지 않으면서, 기존 DLNA 서버(1)와 DLNA 디바이스(2)간 통신에서 SSDP(simple service discovery protocol) 프로토콜을 사용하여 주기적으로 송수신하는 전송제어 프로토콜(transmission control protocol, TCP) 패킷의 애크(ACK) 수신률을 이용하여 단방향 대역폭을 측정할 수 있다. 또는, 예측부(10)는, 이전에 측정된 대역폭을 이용하여 통계적인 방법으로 가용 대역폭을 예측할 수도 있다.
본 발명의 장치는, DLNA 디바이스(2)에 대한 정보를 저장부(도시되지 않음)에 저장하고, DNLA 디바이스(2)의 스트리밍 전송 요청에 의해 예측부(10)가 가용 대역폭을 예측하는 경우 DLNA 디바이스(2) 정보를 사용할 수 있다.
필터부(20)는, 예측부(10)에 의해 예측된 가용 대역폭을 선형화할 수 있다. 본 발명의 필터부(20)에 의해, 추정부(30)에 의해 추정이 용이한 형태로 변경될 수 있다.
추정부(30)는, 예측된 가용 대역폭을 바탕으로, DLNA 디바이스(2)가 연결된 무선 네트워크 상태에 적절한 스트리밍 전송 비트레이트를 추정할 수 있다. 이때 추정부(30)는, 예측부(10)가 예측한 가용 대역폭에 따라 DLNA 디바이스(2)의 정보를 반영하여 스트리밍 전송 비트레이트를 예측하고, 이 예측된 스트리밍 비트레이트를 실제 전송된 스트리밍 전송 비트레이트를 참조로 보정하여, 스트리밍 비트레이트를 추정할 수 있다. 추정부(30)는, 스트리밍 전송 비트레이트에 대한 예측과, 실제 전송된 스트리밍 전송 비트레이트를 참조로 한 보정을 복수회 반복하여, 추정 성능을 높일 수 있다.
추정부(30)는, 선형역학계의 상태를 재귀적으로 예측하는 필터일 수 있다.
이후, 인코딩부(40)는, 추정된 비트레이트로 DLNA 서버(1)의 저장부(도시되지 않음)에 저장된 미디어 데이터를 실시간으로 인코딩할 수 있으며, 인코딩된 미디어 데이터는 DLNA 디바이스(2)로 스트리밍 전송될 수 있다.
DLNA 홈 네트워크 시스템에서, 무선 네트워크를 이용한 스트리밍 서비스가 빈번하기 때문에, 본 발명을 홈 네트워크의 스트리밍 서비스에 적용하면 품질 보장이 가능하게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 적응형 스트리밍 제공방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은, DLNA 디바이스(2)로 스트리밍 서비스를 제공하는 DLNA 서버(1)가 무선 네트워크로 연결된 시스템에서, DLNA 서버(1)가 무선 네트워크로 연결된 DLNA 서버(1)와 DLNA 디바이스(2)간 가용 대역폭을 예측할 수 있다(S1).
본 발명의 DLNA 서버(1)는, 스트리밍을 원하는 DLNA 디바이스(2)의 정보를 미리 저장할 수 있으며, DLNA 디바이스(2)로부터 스트리밍 요청을 수신하는 경우 해당 DLNA 디바이스(2) 정보를 확인하고 가용 대역폭을 예측할 수 있다.
이때, 본 발명의 DLNA 서버(1)는, 가용 대역폭 측정을 위한 추가적인 패킷을 전송하지 않으면서, 기존 DLNA 서버(1)와 DLNA 디바이스(2)간 통신에서 SSDP(simple service discovery protocol) 프로토콜을 사용하여 주기적으로 송수신하는 전송제어 프로토콜(transmission control protocol) 패킷의 애크(ACK) 수신률을 이용하여 단방향 대역폭을 측정하거나, 또는 이전에 측정된 대역폭을 이용하여 통계적인 방법으로 가용 대역폭을 예측할 수도 있다.
이후, DLNA 서버(1)는 예측된 가용 대역폭에 해당하는 데이터를 필터부(20)를 이용하여 선형화할 수 있다(S2).
이후, DLNA 서버(1)는, 예측된 가용 대역폭을 바탕으로, 예측한 가용 대역폭에 따라 DLNA 디바이스(2) 정보를 반영하여 스트리밍 전송 비트레이트를 예측하고(S3), 이 예측된 스트리밍 비트레이트를 실제 전송된 스트리밍 전송 비트레이트를 참조로 보정하여, 스트리밍 비트레이트를 추정할 수 있다(S4). 또한, DLNA 서버(1)는, 스트리밍 전송 비트레이트에 대한 예측(S3)과, 실제 전송된 스트리밍 전송 비트레이트를 참조로 하는 보정(S4)을 소정의 복수회 반복하여(S5), 추정 성능을 높일 수 있다.
이후, DLNA 서버(1)는, 추정된 비트레이트로 저장된 미디어 데이터를 실시간으로 인코딩하여(S6), DLNA 디바이스(2)로 스트리밍 전송할 수 있다(S7).
이와 같은 본 발명은, 가용 대역폭을 예측하고 전송 비트레이트를 점진적으로 조정하여 스트리밍 전송함으로써, 대역폭 변동이 심한 무선 네트워크 환경에서 스트리밍 데이터를 공유할 때 사용자의 체감 품질저하를 줄일 수 있다.
또한 본 발명은, DLNA 디바이스의 다양한 특성을 고려하여, 가용 대역폭을 측정하기 위한 별도의 소프트웨어를 설치할 필요 없이, 서버측에서만 가용 대역폭을 예측함으로써, DLNA 환경에서 적응형 스트리밍 서비스를 구현하기 위해 필요한 오버헤드를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 스트리밍 전송 비트레이트 결정시, 전적으로 가용 대역폭의 예측에만 의존하지 않고 DLNA 디바이스의 다양한 특성을 반영하여, 유한한 네트워크 자원을 사용자의 체감 품질 저하없이 최대한 유용하게 활용할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: DLNA 서버 2: DLNA 디바이스
10: 예측부 20: 필터부
30: 추정부 40: 인코딩부

Claims (4)

  1. 무선 네트워크를 통해 연결되어, 디지털 리빙 네트워크 얼라이언스(DLNA) 규격을 지원하는 적어도 하나 이상의 디바이스에, 서버가 데이터를 제공하는 방법으로서,
    상기 서버와 상기 디바이스간 가용 대역폭을 예측하는 단계;
    예측된 상기 가용 대역폭에 상기 디바이스의 정보를 반영하여 스트리밍 전송을 위한 비트레이트를 예측하는 단계;
    이전 주기에 전송한 비트레이트를 참조로 예측된 비트레이트를 보정하는 단계; 및
    보정된 비트레이트로 데이터를 인코딩하여 상기 디바이스로 스트리밍 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 서버와 상기 디바이스간 가용 대역폭을 예측하는 단계는,
    가용 대역폭 측정을 위한 추가적인 패킷을 전송하지 않으면서, 상기 서버와 상기 디바이스간 통신에서 SSDP(simple service discovery protocol) 프로토콜을 사용하여 주기적으로 송수신하는 전송제어 프로토콜(transmission control protocol, TCP) 패킷의 애크(ACK) 수신률을 이용하여 단방향 대역폭을 예측하는 단계를 포함하는 제공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스로부터 데이터의 제공에 대한 요청을 수신하는 경우, 상기 디바이스의 정보를 확인하는 단계를 더 포함하는 제공방법.
  3. 제1항에 있어서,
    예측된 상기 가용 대역폭을 선형화하는 단계를 더 포함하는 제공방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비트레이트를 예측하는 단계와 상기 예측된 비트레이트를 보정하는 단계를 소정 회수 반복하는 제공방법.
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