KR101638509B1 - 모바일 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 비디오 품질 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모바일 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 비디오 품질 제어 장치 및 방법 Download PDF

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서동은
박광우
백상헌
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이기종 네트워크 환경, 예를 들어 이동통신 네트워크와 WiFi 네트워크가 공존하는 환경에서 휴대용 무선 단말에게 최적의 적응형 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하기 위해 요청 비디오 품질을 제어하는 기술적 사상에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 장치는 서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 결정부, 상기 서버로 상기 결정된 화질의 세그먼트를 요청하는 요청부, 및 상기 요청한 세그먼트를 수신하는 수신부를 포함한다.

Description

모바일 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 비디오 품질 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MOBILE MULTIMEDIA STREAMING SERVICES}
본 발명은 이기종 네트워크 환경, 예를 들어 이동통신 네트워크와 WiFi 네트워크가 공존하는 환경에서 휴대용 무선 단말에게 최적의 적응형 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하기 위해 요청 비디오 품질을 제어하는 기술적 사상에 관한 것이다.
모바일 환경에서의 멀티미디어 스트리밍 서비스에서 사용자의 요구를 만족시키기 위해서는 휴대용 무선 단말의 위치에 상관없이 언제 어디서나 최소한의 지연시간으로 서비스가 되어야 한다. 하지만 QoS(Quality of Service)를 보장하지 않는 인터넷 망 전송 환경에서 높은 대역폭을 요구하는 고화질 미디어 스트리밍은 QoS 및 신뢰성 보장이 어렵고, 또한 끊임없는 영상 서비스를 제공하는데 더 큰 어려움이 있다. 이에 대한 해결책으로 단말의 성능이나 네트워크 특성에 따라 다양한 화질의 영상을 사용자에게 제공할 수 있는 적응적 스트리밍 기술이 있다.
적응적 스트리밍에서는 동영상 컨텐츠를 여러 개의 비트율 또는 화질에 맞추어 일정한 시간 단위의 비디오 세그먼트로 나누어 서버에 저장하고 클라이언트는 다양한 비트율을 적응적으로 요청함으로써 동영상을 연속적으로 저장하게 된다.
도 1은 WiFi와 이동통신망이 공존하는 이기종 네트워크 환경에서의 적응적 멀티미디어 스트리밍 기술을 나타내는 시스템(100)을 나타낸다.
도 1에서 보는 바와 같이, WiFi와 이동통신망이 공존하는 이기종 네트워크 환경에서의 적응적 멀티미디어 스트리밍 기술을 나타낸다. 일반적으로 단말은 무선 링크의 가용 대역폭 및 재생 비디오 버퍼 길이를 측정하고, 이를 기반으로 사용자 체감 품질 저하 요소들, 예를 들어 재생 끊김, 급격한 비디오 화질의 변화 등을 최소화하는 방향으로 다음 요청할 비디오 세그먼트의 품질을 결정한다. 또한 결정한 세그먼트의 품질을 서버로 요청하여 다운로드 받는다. 한편, WiFi가 간헐적으로 분포된 모바일 환경에서 사용자는 빈번하게 WiFi와 이동통신 네트워크를 이동하게 된다.
WiFi의 경우 무료 또는 저가의 접속료를 요구하기 때문에 사용자 입장에서는 가능한 많은 데이터를 WiFi를 통해 전송 받는 것이 유리하다. 특히, 대용량의 데이터가 소비되는 멀티미디어 스트리밍 서비스를 이용하는 경우에, WiFi 에 접속한 시점에 가능한 많은 양의 데이터를 버퍼링하는 것이 전체적인 통신 비용을 절감시키는데 유리하다. 이를 위하여 WiFi 접속 빈도, 접속 유지 시간 등을 고려하여 적응적으로 멀티미디어 비트율을 변경하여 요청함으로써 충분한 양, 즉 충분한 재생시간이 확보된 데이터를 버퍼링하여 재생할 필요가 있다.
하지만, 이러한 필요성에도 불구하고 WiFi 접속 패턴 등의 이동성을 고려한 적응적 멀티미디어 스트리밍 기법은 상용 솔루션 등에서 활용되고 있지 않은 실정이다.
대한민국 등록공보 제10-100601934호
본 발명은 모바일 멀티미디어 스트리밍 서비스에 있어, 단말의 WiFi접속 빈도, 접속 유지 시간, 및 비디오 데이터 버퍼량을 고려하여 3G/4G 데이터 사용량을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 별도의 네트워크 장비 없이 단말 각각의 채널 환경을 정밀하게 고려 서비스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 사용자가 VoD 서비스를 제공받음에 따른 비용적인 측면을 고려하여 서비스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이동 단말의 이동 패턴을 고려함으로써, 점진적인 품질 변화를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 비디오 품질 제어 장치는 서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 결정부, 상기 서버로 상기 결정된 화질의 세그먼트를 요청하는 요청부, 및 상기 요청한 세그먼트를 수신하는 수신부를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 결정부는, 네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이 중에서 적어도 하나 이상의 데이터를 측정하는 측정부, 및 상기 측정된 데이터와 상기 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 상기 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 화질 결정부를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 네트워크 종류는, t번째 세그먼트를 다운로드할 때 사용될 링크 종류를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 네트워크 종류는 t-1번째의 네트워크 종류와 적어도 하나 이상의 파라미터를 기반으로 확률적으로 예측하되, 상기 적어도 하나 이상의 파라미터는 저장된 단말의 와이파이 접속 패턴 및 와이파이 사용 시간 히스토리 중에서 적어도 하나를 이용하여 계산된다.
일실시예에 따른 상기 가용 네트워크 대역폭은, t번째 세그먼트를 다운로드할 동안의 평균 가용 네트워크 대역폭에 대한 예측값을 포함한다.
일실시예에 따른 상기 이전 세그먼트 요청 화질은, 단말에 저장되는 t-1번째 세그먼트의 화질 값을 포함한다.
일실시예에 따른 상기 결정부는, 수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제로써 비디오 세그먼트 화질 결정을 모델링하여 최적 정책 함수를 계산하는 최적화부를 더 포함하고, 상기 화질 결정부는, 상기 계산된 최적 정책 함수를 반영하여 상기 화질을 결정한다.
일실시예에 따른 상기 화질 결정부는, t번째 세그먼트에 대한 화질 결정 및 비디오 서버로의 요청을 세그먼트 재생 길이 시간만큼 미룬 후 수행한다.
일실시예에 따른 상기 화질 결정부는, 임의의 측정 상태를 입력으로 하여 요청할 세그먼트 품질을 출력하는 정책 함수를 기반으로 t번째 세그먼트에 대한 화질을 결정한다.
일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 단계, 요청부에서, 상기 서버로 상기 결정된 화질의 세그먼트를 요청하는 단계, 및 수신부에서, 상기 요청한 세그먼트를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 결정하는 단계는, 네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이 중에서 적어도 하나 이상의 데이터를 측정하는 단계, 및 상기 측정된 데이터와 상기 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 상기 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 네트워크 종류는, t번째 세그먼트를 다운로드할 때 사용될 링크 종류를 포함하고, t-1번째의 네트워크 종류와 적어도 하나 이상의 파라미터를 기반으로 확률적으로 예측하되, 상기 적어도 하나 이상의 파라미터는 저장된 단말의 와이파이 접속 패턴 및 와이파이 사용 시간 히스토리 중에서 적어도 하나를 이용하여 계산된다.
일실시예에 따른 상기 결정하는 단계는, 수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제로써 비디오 세그먼트 화질 결정을 모델링하여 최적 정책 함수를 계산하는 단계를 포함하고, 상기 화질을 결정하는 단계는, 상기 계산된 최적 정책 함수를 반영하여 상기 화질을 결정하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 화질을 결정하는 단계는, t번째 세그먼트에 대한 화질 결정 및 비디오 서버로의 요청을 세그먼트 재생 길이 시간만큼 미룬 후 수행한다.
일실시예에 따른 상기 화질을 결정하는 단계는, 임의의 측정 상태를 입력으로 하여 요청할 세그먼트 품질을 출력하는 정책 함수를 기반으로 t번째 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 단계를 포함한다.
실시예들에 따르면, 모바일 멀티미디어 스트리밍 서비스에 있어, 단말의 WiFi접속 빈도, 접속 유지 시간, 및 비디오 데이터 버퍼량을 고려하여 3G/4G 데이터 사용량을 최소화할 수 있다.
본 발명은 별도의 네트워크 장비 없이 단말 각각의 채널 환경을 정밀하게 고려 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 사용자가 VoD 서비스를 제공받음에 따른 비용적인 측면을 고려하여 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 이동 단말의 이동 패턴을 고려함으로써, 점진적인 품질 변화를 제공할 수 있다.
도 1은 WiFi와 이동통신망이 공존하는 이기종 네트워크 환경에서의 적응적 멀티미디어 스트리밍 기술을 나타내는 시스템을 나타낸다.
도 2는 3G/4G 데이터 사용량을 최소화하기 위한 본 발명의 컨셉을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 가용 네트워크 및 네트워크 종류 변화에 따른 발명의 성능 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법을 설명하는 도면이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 2는 3G/4G 데이터 사용량을 최소화하기 위한 본 발명의 컨셉을 설명하는 도면이다.
본 발명은 휴대용 무선 단말의 WiFi접속 빈도, 접속 유지 시간, 및 비디오 데이터 버퍼량을 고려하여 3G/4G 데이터 사용량을 최소화하는 요청 비디오 화질 제어 기술을 제공한다.
일례로, 본 발명은 3G/4G 데이터 사용량을 최소화 하기 위해, 휴대용 무선 단말이 3G/4G 네트워크에 연결된 경우, 서버로 낮은 화질의 비디오를 요청할 수 있다. 또한, 휴대용 무선 단말은 비디오 버퍼량이 충분할 경우에는 서버에 비디오 세그먼트 요청을 미룰 수도 있다. 한편, 재생 끊김 및 급격한 비디오 화질의 변화는 사용자 체감 품질을 감소시키므로, 휴대용 무선 단말은 3G/4G 데이터 사용량 보다 재생 끊김 및 급격한 비디오 화질의 변화로 인한 우려를 우선적으로 고려한다.
보다 구체적으로, 휴대용 무선 단말이 WiFi 억세스포인트에 접속한 경우, 휴대용 무선 단말은 도면부호 240과 같이 높은 레이트의 비디오를 WiFi 억세스포인트를 통해 서버로 요청한다. 이에 서버는 요청에 대한 응답으로 높은 레이트의 비디오를 WiFi 억세스포인트를 통해 휴대용 무선 단말에 제공할 수 있다.
한편, 휴대용 단말은 WiFi 네트워크에서 3G/4G 네크워크로 핸드오버 하기 전, 도면부호 210의 시점에서 높은 레이트의 비디오 요청을 중단하고, 낮은 레이트의 비디오(250)를 서버에 요청할 수 있다. 일례로, 도면부호 210의 시점은, 사용자 이동성 예측을 통해 휴대용 단말이 임계 시간 내에 WiFi 억세스포인트의 커버리지를 벗어날 것으로 예측되는 시점으로 해석될 수 있다.
이에 서버는 낮은 레이트의 비디오(250) 요청을 수신한 이후부터 휴대용 단말에 낮은 레이트의 비디오(250)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 휴대용 단말에 제공할 낮은 레이트의 비디오(250)를 버퍼링할 수 있다. 이를 통해, 실제 휴대용 단말이 3G/4G 네트워크에 진입한 구간(230)에서도, 이전에 버퍼링된 낮은 레이트의 비디오(250)를 출력함으로써, 구간(230)에서 3G/4G 네트워크에서 3G/4G 네트워크를 이용하는 데이터 사용을 현저하게 줄일 수 있다.
도면부호 220으로 식별되는 구간은 3G/4G 네트워크를 벗어나, 새로운 WiFi 영역에 진입하는 구간으로서, WiFi 네트워크를 통한 높은 레이트의 영상(260) 재생이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 장치(300)를 설명하는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 장치(300)는 이기종 네트워크 환경, 예를 들어 이동통신 네트워크와 WiFi 네트워크가 공존하는 환경에서 휴대용 무선 단말에게 최적의 적응형 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하기 위해 요청 비디오 품질을 효율적으로 제어할 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 장치(300)는 결정부(310), 요청부(320), 및 수신부(330)를 포함한다.
먼저, 일실시예에 따른 결정부(310)는 서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정할 수 있다.
구체적으로, 결정부(310)는 네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이 중에서 적어도 하나 이상의 데이터를 측정하는 측정부(311)와, 이 때 측정된 데이터와 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 화질 결정부(312)를 포함할 수 있다.
일례로, 네트워크 종류
Figure 112015036426348-pat00001
는 t-1번째의 네트워크 종류와 적어도 하나 이상의 파라미터를 기반으로 확률적으로 예측될 수 있다. 또한, 이때의 적어도 하나 이상의 파라미터는 저장된 단말의 와이파이 접속 패턴 및 와이파이 사용 시간 히스토리 중에서 적어도 하나를 이용하여 계산될 수 있다.
측정부(311)가 측정하는 위 네 가지 정보(네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이)는 상태
Figure 112015036426348-pat00002
로 표현될 수 있고, 측정부(311)는 이
Figure 112015036426348-pat00003
를 측정하여 화질 결정부(312)에 전달한다.
측정된
Figure 112015036426348-pat00004
는
Figure 112015036426348-pat00005
일 때는 3G/4G 링크로,
Figure 112015036426348-pat00006
일 때는 WiFi 링크로 예측이 되었음을 의미한다. t-1 번째의 세그먼트를 3G/4G 네트워크를 통해 다운로드 받았을 때, t번째의 세그먼트를 WiFi네트워크를 통해 다운로드 받을 확률을
Figure 112015036426348-pat00007
로 정의하고, t-1 번째의 세그먼트를 WiFi네트워크를 통해 다운로드를 받았을 때, t번째 세그먼트를 3G/4G 네트워크를 통해 다운로드 받을 확률을
Figure 112015036426348-pat00008
로 정의한다.
네트워크 종류에 대한 예측은 바로 이전의 네트워크 종류와 파라미터
Figure 112015036426348-pat00009
및
Figure 112015036426348-pat00010
를 기반으로 확률적으로 수행할 수 있다. 한편,
Figure 112015036426348-pat00011
및
Figure 112015036426348-pat00012
는 휴대용 무선 단말의 WiFi 접속 패턴 및 WiFi 사용 시간 히스토리를 저장하여 이를 기반으로 계산한다.
가용 네트워크 대역폭
Figure 112015036426348-pat00013
은 t번째 세그먼트를 다운로드 받을 동안의 평균 가용 네트워크 대역폭에 대한 예측값을 의미한다. 이전 세그먼트에 대한 가용 네트워크 대역폭이
Figure 112015036426348-pat00014
일 때, 현재 세그먼트에 대한 가용 네트워크 대역폭을
Figure 112015036426348-pat00015
라 하면
Figure 112015036426348-pat00016
으로의 전이 확률을 나타내는
Figure 112015036426348-pat00017
형태의 전이 행렬이 정의될 수 있다. 이 때,
Figure 112015036426348-pat00018
의 예측은 바로 이전의 가용 네트워크 대역폭인
Figure 112015036426348-pat00019
및 전이 행렬을 기반으로 수행할 수 있다.
한편, 전이 행렬은 가용 네트워크의 변화에 대한 기록을 기반으로 계산될 수 있다.
t-1 번째 세그먼트의 요청화질은
Figure 112015036426348-pat00020
의 형태로 표현될 수 있고, 이전에 요청한 세그먼트의 화질 값을 단말이 저장하고, 이 값을 참조하여 측정한다.
비디오 버퍼 길이는 저장된 비디오 세그먼트 개수를 의미하고,
Figure 112015036426348-pat00021
의 형태로 표현될 수 있으며,
Figure 112015036426348-pat00022
의 수식을 통해서 산출될 수 있다. 이 때, [x]는 x를 넘지 않는 최대 정수를 의미한다.
화질 결정부(312)는 이들을 기반으로 t번째 세그먼트에 대한 화질
Figure 112015036426348-pat00023
을 결정하고, 해당 세그먼트를 비디오 서버에게 요청하게 된다.
Figure 112015036426348-pat00024
는 3G/4G 네트워크에서 데이터 사용량을 최소화 하기 위해, 세그먼트 요청을 세그먼트 길이
Figure 112015036426348-pat00025
초만큼 당분간 미루는 동작을 의미한다. 이 때, 화질 결정부(312)는 임의의 측정 상태
Figure 112015036426348-pat00026
를 입력으로 하여 요청할 세그먼트 품질인
Figure 112015036426348-pat00027
를 출력하는 정책 함수
Figure 112015036426348-pat00028
를 기반으로 결정을 하게 된다.
결정부(310)는 수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제로써 비디오 세그먼트 화질 결정을 모델링하여 최적 정책 함수를 계산하는 최적화부(313)를 더 포함할 수 있다. 이때의 화질 결정부(312)는 계산된 최적 정책 함수를 반영하여 화질을 결정할 수 있다.
구체적으로, 최적화부(313)는 최적의 정책 함수
Figure 112015036426348-pat00029
를 계산하여 화질 결정부(312)에게 전달한다. 최적화부(313)는
Figure 112015036426348-pat00030
의 계산을 위해 일련의 비디오 세그먼트 화질 결정을 수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제를 이용하여 모델링할 수 있다. 이 때, 각 상태에서의 임의의 비트율 결정에 대한 보상 함수를 정의한다. 보상 함수는 앞서 언급한 재생 끊김 및 급격한 비디오 화질의 변화의 최소화 그리고 3G/4G 데이터 사용량의 최소화를 목표로 하여 정의될 수 있다.
최적화부(313)는 수학 도구인 Value Iteration Algorithm 및 Policy Iteration Algorithm을 활용하여
Figure 112015036426348-pat00031
를 미리 계산한 뒤, 비디오 컨텐츠를 요청하기 전 화질 결정부(312)에게 전달하거나, Q-learning 등의 Temporal Difference Learning을 활용하여 일련의 비디오 세그먼트 요청 마다 새로 계산하여 화질 결정부(312)에게 전달할 수 있다.
다음으로, 일실시예에 따른 요청부(320)는 서버로 결정된 화질의 세그먼트를 요청할 수 있고, 일실시예에 따른 수신부(330)는 요청한 세그먼트를 수신할 수 있다.
도 4는 가용 네트워크 및 네트워크 종류 변화에 따른 발명의 성능 평가 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 비디오 품질 제어 장치는 비디오 세그먼트 비트율, 즉 화질 결정 문제를 수학 모델인 Markov Decision Process (MDP) 문제로 모델링 하고, 앞서 언급한 재생 끊김 및 급격한 비디오 화질의 변화의 최소화 그리고 3G/4G 데이터 사용량의 최소화의 목표들을 MDP의 보상 함수에 반영하여 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 비디오 품질 제어 장치는 최적의 정책 함수
Figure 112015036426348-pat00032
를 결정하기 위해 Value Iteration Algorithm을 이용할 수 있다.
일례로, 3G/4G 네트워크가 제공하는 가용 네트워크 대역폭 집합은 128, 256, 384, 512 Kbps 그리고 WiFi네트워크가 제공하는 가용 네트워크 대역폭 집합을 128, 256, 512, 768 Kbps로 가정하고, 비디오 컨텐츠는 100, 200. 400, 600, 800 Kbps의 비트율로 인코딩 되어 있다고 가정하며, 세그먼트 길이
Figure 112015036426348-pat00033
및 최대 비디오 버퍼량 Q를 각각 2초 그리고 10개로 정의하는 경우에 대한 본 발명의 성능 평가 결과는 도 5를 통해 확인할 수 있다.
도 5에서 보는 바와 같이, 19, 20번째 세그먼트에서 세그먼트 비트율이 0으로 결정된 것은 3G/4G 네트워크에서 데이터 사용량을 최소화 하기 위해, 세그먼트 요청을 세그먼트 길이 2 초만큼 당분간 미루는 동작인
Figure 112015036426348-pat00034
가 선택된 것을 나타낸다.
또한, 도 5에서 보는 바와 같이, 두 번의
Figure 112015036426348-pat00035
선택을 통해 3G/4G 데이터를 총 1024 Kb (19번째 가용네트워크 대역폭*세그먼트 길이+20번째 가용 네트워크 대역폭 길이*세그먼트 길이=256 Kbps*2 s + 256 Kbps*2 s) 감소시키는 한편, 연속적인 세그먼트 화질, 즉 비트율의 차이를 줄이고 평균 비디오 화질을 높게 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정할 수 있다(단계 501).
일례로, 비디오 품질 제어 방법은 네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이 중에서 적어도 하나 이상의 데이터를 측정하고, 측정된 데이터와 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정할 수 있다.
구체적으로, 비디오 품질 제어 방법은 네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이를 상태
Figure 112015036426348-pat00036
를 측정하여 세그먼트에 대한 화질에 이용할 수 있다. 예를 들어, 비디오 품질 제어 방법은 상태
Figure 112015036426348-pat00037
를 기반으로 t번째 세그먼트에 대한 화질
Figure 112015036426348-pat00038
을 결정하고, 해당 세그먼트를 비디오 서버에게 요청하게 된다.
이때,
Figure 112015036426348-pat00039
는 3G/4G 네트워크에서 데이터 사용량을 최소화 하기 위해, 세그먼트 요청을 세그먼트 길이
Figure 112015036426348-pat00040
초만큼 당분간 미루는 동작을 의미한다. 이 때, 화질 결정부(312)는 임의의 측정 상태
Figure 112015036426348-pat00041
를 입력으로 하여 요청할 세그먼트 품질인
Figure 112015036426348-pat00042
를 출력하는 정책 함수
Figure 112015036426348-pat00043
를 기반으로 결정을 하게 된다.
일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 최적의 정책 함수
Figure 112015036426348-pat00044
를 계산하여 화질의 결정에 반영할 수 있다. 비디오 품질 제어 방법은
Figure 112015036426348-pat00045
의 계산을 위해 일련의 비디오 세그먼트 화질 결정을 수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제를 이용하여 모델링할 수 있고, 각 상태에서의 임의의 비트율 결정에 대한 보상 함수를 정의할 수 있다. 보상 함수는 앞서 언급한 재생 끊김 및 급격한 비디오 화질의 변화의 최소화 그리고 3G/4G 데이터 사용량의 최소화를 목표로 하여 정의될 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 수학 도구인 Value Iteration Algorithm 및 Policy Iteration Algorithm을 활용하여
Figure 112015036426348-pat00046
를 미리 계산한 뒤, 비디오 컨텐츠를 요청하기 전 화질 결정에 반영할 수 있다. 또한, 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 Q-learning 등의 Temporal Difference Learning을 활용하여 일련의 비디오 세그먼트 요청 마다 새로 계산함으로써, 화질 결정에 활용할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 서버로 상기 결정된 화질의 세그먼트를 요청하고(단계 502), 요청한 세그먼트를 수신할 수 있다(단계 503).
본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 현재 수신된 세그먼트가 콘텐츠의 마지막 세그먼트 인지 여부를 판단할 수 있다(단계 504). 판단 결과, 마지막 세그먼트인 경우라면 서버로 세그먼트의 요청을 중단한다. 만약, 판단 결과 마지막 세그먼트가 아니라면, 단계 501 내지 단계 503의 동작을 반복 수행해서 다음 세그먼트를 다운로드한다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 품질 제어 방법은 단말의 WiFi접속 빈도, 접속 유지 시간, 및 비디오 데이터 버퍼량을 고려하여 3G/4G 데이터 사용량을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명을 이용하면 별도의 네트워크 장비 없이 단말 각각의 채널 환경을 정밀하게 고려할 수 있고, 사용자가 VoD 서비스를 제공받음에 따른 비용적인 측면을 고려하여 서비스를 제공할 수 있으며, 이동 단말의 이동 패턴을 고려함으로써, 점진적인 품질 변화를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 시스템
300 : 비디오 품질 제어 장치
310 : 결정부
311 : 측정부
312 : 화질 결정부
313 : 최적화부
320 : 요청부
330 : 수신부

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 비디오 품질 제어 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현되는:
    서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 결정부;
    상기 서버로 상기 결정된 화질의 세그먼트를 요청하는 요청부; 및
    상기 요청한 세그먼트를 수신하는 수신부
    를 포함하고,
    상기 결정부는,
    네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이 중에서 적어도 하나 이상의 데이터를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 데이터와 상기 매니페스트 파일에 기초하여 상기 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 화질 결정부를 포함하고,
    상기 이전 세그먼트 요청 화질은 t-1번째 세그먼트의 화질 값을 포함하는,
    비디오 품질 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 종류는,
    t번째 세그먼트를 다운로드할 때 사용될 링크 종류를 포함하는 비디오 품질 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 네트워크 종류는 t-1번째의 네트워크 종류와 적어도 하나 이상의 파라미터를 기반으로 확률적으로 예측하되, 상기 적어도 하나 이상의 파라미터는 저장된 단말의 와이파이 접속 패턴 및 와이파이 사용 시간 히스토리 중에서 적어도 하나를 이용하여 계산되는 비디오 품질 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가용 네트워크 대역폭은,
    t번째 세그먼트를 다운로드할 동안의 평균 가용 네트워크 대역폭에 대한 예측값을 포함하는 비디오 품질 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결정부는,
    수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제로써 비디오 세그먼트 화질 결정을 모델링하여 최적 정책 함수를 계산하는 최적화부를 더 포함하고,
    상기 화질 결정부는,
    상기 계산된 최적 정책 함수를 반영하여 상기 화질을 결정하는 비디오 품질 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화질 결정부는,
    t번째 세그먼트에 대한 화질 결정 및 비디오 서버로의 요청을 세그먼트 재생 길이 시간만큼 미루는 비디오 품질 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화질 결정부는,
    임의의 측정 상태를 입력으로 하여 요청할 세그먼트 품질을 출력하는 정책 함수를 기반으로 t번째 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 비디오 품질 제어 장치.
  9. 결정부에서, 서버로부터의 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 단계;
    요청부에서, 상기 서버로 상기 결정된 화질의 세그먼트를 요청하는 단계; 및
    수신부에서, 상기 요청한 세그먼트를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 결정하는 단계는,
    네트워크 종류, 가용 네트워크 대역폭, 이전 세그먼트 요청 화질, 비디오 버퍼 길이 중에서 적어도 하나 이상의 데이터를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 데이터와 상기 매니페스트 파일(manifest file)에 기초하여 상기 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 이전 세그먼트 요청 화질은 t-1번째 세그먼트의 화질 값을 포함하는,
    비디오 품질 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 네트워크 종류는,
    t번째 세그먼트를 다운로드할 때 사용될 링크 종류를 포함하고, t-1번째의 네트워크 종류와 적어도 하나 이상의 파라미터를 기반으로 확률적으로 예측하되, 상기 적어도 하나 이상의 파라미터는 저장된 단말의 와이파이 접속 패턴 및 와이파이 사용 시간 히스토리 중에서 적어도 하나를 이용하여 계산되는 비디오 품질 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    수학 모델인 마르코브 결정 프로세스(Markov Decision Process) 문제로써 비디오 세그먼트 화질 결정을 모델링하여 최적 정책 함수를 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 화질을 결정하는 단계는,
    상기 계산된 최적 정책 함수를 반영하여 상기 화질을 결정하는 단계
    를 포함하는 비디오 품질 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 화질을 결정하는 단계는,
    t번째 세그먼트에 대한 화질 결정 및 비디오 서버로의 요청을 세그먼트 재생 길이 시간만큼 미루는 비디오 품질 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화질을 결정하는 단계는,
    임의의 측정 상태를 입력으로 하여 요청할 세그먼트 품질을 출력하는 정책 함수를 기반으로 t번째 세그먼트에 대한 화질을 결정하는 단계
    를 포함하는 비디오 품질 제어 방법.
  14. 삭제
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