KR101861243B1 - Systematic network coding based multimedia multicasting and broadcasting system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템에 관한 것으로, 특히 패킷 손실이 일어나는 채널 (packet erasure channel) 환경에서 조직 네트워크 코딩(systematic network coding)에 기반한 오류 은닉 기능(error concealment)을 제공하는 실시간 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multimedia multicasting and broadcasting system, and more particularly, to a multimedia multicasting and broadcasting system which realizes multimedia congestion based on systematic network coding in a packet erasure channel environment. Casting and broadcasting system.
MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Services)는 3GPP 릴리스(Release) 6의 3 세대 파트너십 프로젝트(3GPP)에서 표준화되었으며, 릴리스(Release) 9에서 진화된 MBMS(eMBMS)로 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템용으로 개발되었다.Multimedia Broadcast Multicast Services (MBMS) has been standardized in the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) of 3GPP Release 6 and has been developed for Long Term Evolution (LTE) communication systems with MBMS (eMBMS) .
(e)MBMS의 대표 응용분야로는 스포츠 중계 현장이나, 콘서트홀, 대규모 컨퍼런스 장에서 실시간으로 비디오/오디오 데이터를 다수의 관중/고객들에게 제공하는 서비스를 들 수 있다. 예를 들어 스포츠 경기장이나 콘서트홀에서 무대 영상을 실시간으로 관중 단말로 비디오 스트리밍 해주거나, 대규모 컨퍼런스 장에서 발표 자료를 실시간으로 모든 관중 단말로 전달해 주는 서비스들이 있다. 그러나 이러한 서비스가 제공되게 되는 사람들이 밀집된 환경에서는 대부분 통신채널의 상태가 좋지 않기 때문에 패킷 손실이 빈번하게 일어나가게 되어 실시간으로 대용량의 멀티미디어 데이터를 신뢰성 있게 전달하는 것은 매우 어렵다. (e) Typical application areas of MBMS include services that provide video / audio data to a large number of spectators / customers in real-time at sporting events, concert halls, and large-scale conference rooms. For example, there are services that stream video to the crowd terminal in real time at a sports arena or a concert hall, or transmit presentation data to a crowd terminal in real time at a large conference hall. However, it is very difficult to reliably transmit large amount of multimedia data in real time because packet loss frequently occurs due to poor communication channel conditions in a crowded environment where people are provided with such a service.
이와 같은 신뢰성 있는 실시간 멀티미디어 전송을 위해 일반적으로 적용하는 방식은 서버(server)와 클라이언트(client)간에 피드백 채널이 존재하여 손실된 데이터의 재전송을 요구하는 재전송 정정 방식(automatic repeat request, ARQ)이다. 그러나 클라이언트의 수가 많은 멀티캐스팅/ 브로드캐스팅 서비스에서 ARQ 방식을 사용하는 경우에는, 많은 수의 피드백 채널이 존재해야 하고, 또한 서버는 피드백 채널을 통해 요청된 많은 수의 재전송을 처리해야 하기에 대역폭의 낭비와 재전송으로 인한 시간지연을 야기시킬 수 있어, 이는 패킷 손실에 대한 효율적인 해결책이 아닐 수도 있다. A typical method for reliable real-time multimedia transmission is an automatic repeat request (ARQ) requesting retransmission of lost data due to a feedback channel between a server and a client. However, when ARQ is used in a multicasting / broadcasting service with a large number of clients, a large number of feedback channels must exist, and the server must handle a large number of retransmissions requested via the feedback channel. It may cause a time delay due to waste and retransmission, which may not be an effective solution to packet loss.
이를 해결하기 위한 방안으로 조직 네트워크 기반의 전송 기법을 제안하였다. 이 기법은 선형 네트워크 코딩(Linear Network Coding : LNC)에 의해 인코딩된 패킷을 원본 패킷과 함께 모든 클라이언트들에게 제공하는 방법이다. 즉, 모든 클라이언트들은 원본 데이터가 담긴 패킷과 함께 추가적으로 LNC로 인코딩된 패킷을 전달 받는다. LNC로 인코딩된 패킷은 서로 상이한 손실 패킷을 갖는 클라이언트들에게도 공통적으로 손실 패킷을 대신하는 용도로 사용될 수 있다. 이는 기존의 ARQ 방식에서 필요했던 피드백 채널을 없애주고, 따라서 재전송 지연시간이 사라짐으로써 종단 간 지연을 크게 줄여 실시간 시스템에 대한 효율적인 솔루션을 만들 수 있다.In order to solve this problem, we proposed a transmission scheme based on an organizational network. This technique is a method of providing a packet encoded by Linear Network Coding (LNC) to all clients together with the original packet. That is, all clients receive packets encoded with LNC along with packets containing original data. Packets encoded with LNC can also be used to replace lost packets in common to clients having different lost packets. This eliminates the feedback channel that was needed in the existing ARQ scheme, and thus eliminates the retransmission delay time, greatly reducing the end-to-end delay, thereby creating an efficient solution for real-time systems.
본 발명에서는 이론적인 디코딩 오류율이 함께 결합된 패킷 수(인코딩 수라고 명명함)에 관한 함수로 연구하는 것으로서, 패킷 손실 채널에 대해 조직 네트워크 코딩을 사용하는 실시간 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템을 제안한다. The present invention proposes a real-time multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding for packet loss channels as a function of the number of packets combined (the number of encodings) combined together with the theoretical decoding error rate .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템과 같이 패킷 손실이 일어나는 채널 환경에서 조직 네트워크 코딩(systematic network coding)에 기반한 패킷 손실 채널을 통한 오류 은닉 기능의 조직 네트워크 코딩을 제공하는 실시간 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an error concealment function through a packet loss channel based on systematic network coding in a channel environment in which packet loss occurs, such as a multimedia multicasting and broadcasting system. It is an object of the present invention to provide a real-time multimedia multicasting and broadcasting system that provides organizational network coding.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템의 특징은 하나의 서버에서 복수개의 클라이언트로 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅하는 시스템에 있어서, 상기 서버는 패킷 손실 채널에서의 오류 은닉 기능을 위한 조직 네트워크 코딩(systematic network coding)을 통해 사용되는 채널의 패킷 손실률에 따라 최적화된 인코딩 수 과 및 코드율 을 결정하여 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 인코딩부와, 상기 인코딩부에서 생성된 선형네트워크코딩 패킷을 원본 패킷과 함께 복수의 클라이언트에게 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅하는 송신부를 포함하여 구성되는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding, the system comprising: a server for multicasting and broadcasting multimedia data from a server to a plurality of clients, The number of encodings optimized according to the packet loss rate of the channel used by the systematic network coding for error concealment in the loss channel And code rate And a transmitter for multicasting and broadcasting the linear network coding packets generated by the encoding unit to a plurality of clients together with the original packets.
바람직하게 상기 인코딩부는 멀티미디어 데이터의 압축과정을 포함하는 멀티미디어 인코더와, 상기 멀티미디어 인코더에서 전달된 데이터를 개의 데이터 블록으로 하나의 네트워크 코딩 세트를 생성하고, 생성된 네트워크 코딩 세트를 기반으로 조직 네트워크 코딩을 통해 패킷 손실률에서 최적화된 인코딩 수 및 코드율 을 결정하여 개의 최적화된 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 조직 네트워크 코딩 인코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the encoding unit includes a multimedia encoder including a process of compressing multimedia data, Generates one set of network coding with the number of data blocks, and the number of encodings optimized at the packet loss rate through organization network coding based on the generated network coding set And code rate To determine And an organization network coding encoder for generating the optimized linear network coding packets.
바람직하게 상기 멀티미디어 인코더에서 을 인코딩 수라고 하고, 개의 데이터로 하나의 데이터 블록을 구성, 개의 데이터 블록이 하나의 네트워크 코딩 세트를 생성함에 따라, D개의 원소로 구성된 데이터를 전송하기 위한 네트워크 코딩 세트의 수는 인 것을 특징으로 한다.Preferably, in the multimedia encoder Is called an encoding number, One data block is composed of the data, As the number of data blocks creates one network coding set, the number of network coding sets for transmitting data composed of D elements is .
바람직하게 상기 조직 네트워크 코딩 인코더는 다음 수식 과 같이 조직 네트워크 코딩의 인코딩 연산을 수행하고,Preferably, the tissue network coding encoder comprises: The encoding operation of the organization network coding is performed,
이때, 상기 는 갈루아 필드(Galois Field)의 행렬 곱셈연산 기호이며, 상기 은 , 일 때 갈루아 필드 원소 중에서 랜덤으로 선택되거나, 또는 시스템에서 미리 설정해 놓은 코딩계수로 선형네트워크코딩에 기반하여 를 구성하는 것을 특징으로 한다.At this time, Is a matrix multiplication operation symbol of a Galois Field, silver , , Or based on linear network coding with coding coefficients preset in the system .
바람직하게 상기 조직 네트워크 코딩 인코더는 멀티미디어 인코더에서 , , 일 때 로 설정하고, , , 일 때 으로 설정하여 인코딩된 데이터를 그대로 통과시켜 를 구성하는 조직 패킷(systematic packet)을 구성하여 전송되는 조직 인코더와, 멀티미디어 인코더에서 전달된 데이터 중 채널의 패킷 손실률 에 따라 최적화된 선형네트워크코딩 패킷의 개수()가 조절되는 를 포함하는 총 개의 패킷을 구성하여 전송되는 선형네트워크코딩 인코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the tissue network coding encoder comprises a multimedia encoder , , when Lt; / RTI > , , when To pass the encoded data as it is A system encoder configured to transmit a systematic packet constituting the multimedia encoder, The number of linear network coding packets optimized according to ) Is controlled Gun And a linear network coding encoder for transmitting and receiving the packets.
바람직하게 상기 선형네트워크코딩 패킷의 개수는 네트워크 코딩 세트를 기반으로 조직 네트워크 코딩을 통해 패킷 손실률에서 최적화된 인코딩 수 및 코드율 을 결정하여 개의 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 것으로 수식 를 이용하여 산출되고, 이때, 상기 는 이론적인 디코딩 에러율이고, 상기 은 오리지널 데이터 수(인코딩 수)이고, 는 채널 패킷 손실률이고, 는 로 정의된 코드율(code rate)이고, 는 클라이언트에서 수신된 패킷의 수로 (1- )인 것을 특징으로 한다.Preferably, the number of linear network coding packets is based on a set of network coding, the number of encodings optimized at the packet loss rate And code rate To determine Lt; RTI ID = 0.0 > (k) < / RTI > linear network coding packets Is calculated using the equation Is the theoretical decoding error rate, Is the number of original data (number of encodings) Is the channel packet loss rate, The , ≪ / RTI > where < RTI ID = 0.0 & Is the number of packets received at the client (One- ).
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템의 다른 특징은 하나의 서버에서 복수개의 클라이언트로 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅하는 시스템에 있어서, 상기 클라이언트는 서버로부터 개의 패킷으로 생성된 하나의 네트워크 코딩 세트를 전달받는 수신부와, 상기 수신부를 통해 전달받은 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 크거나 같다면(), 가우시안 소거법을 이용하여 디코딩하여 모든 원본 데이터를 복원하고, 전달받은 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 작다면(), 오직 조직 패킷만 원본 데이터로 복원하는 디코딩부를 포함하여 구성되는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a system for multimedia multicasting and broadcasting using a plurality of clients in a server, the system comprising: From server A number of packets constituting one network coding set among the packets transmitted through the receiving unit; Is an encoding number If greater than or equal to ( ), Decodes it using the Gaussian elimination method to restore all the original data, and calculates the number of packets constituting one network coding set Is an encoding number If it is smaller than ), And a decoding unit for restoring only the organization packet to original data.
바람직하게 상기 디코딩부는 수신부를 통해 수신되는 하나의 네트워크 코딩 세트를 기반으로 복원된 개 패킷인 로 분리하는 조직 네트워크 코딩 디코더와, 상기 조직 네트워크 코딩 디코더에서 복원된 개 패킷인 를 이용하여 데이터 블록들을 생성하는 멀티미디어 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the decoding unit decodes the decoded data based on one network coding set received through the receiver, Dog packet And a decompression unit configured to decompress the decompressed decompressed decompressed decompressed decompressed decompressed decompressed decompressed decompressed Dog packet And a multimedia decoder for generating data blocks using the data blocks.
바람직하게 상기 조직 네트워크 코딩 디코더는 수신부를 통해 수신되는 하나의 네트워크 코딩 세트 중 조직패킷을 우선적으로 사용하여 개 패킷을 선별하는 선별부와, 개의 LNC 패킷을 복원하기 위해 앞서 선별된 개의 조직 패킷을 포함한, 총 개 패킷과 함께 가우시안 소거법을 이용하여 디코딩하는 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the organizational network coding decoder preferentially uses the organizational packet of one of the network coding sets received via the receiver A selector for selecting one packet, Lt; RTI ID = 0.0 > LNC < / RTI > Total packets, including And a decoder for decoding the packet with the Gaussian elimination method.
바람직하게 상기 디코더는 수식 를 이용하여 디코딩을 수행한다. Preferably, To perform decoding.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.The multimedia multicasting and broadcasting system using the organizational network coding according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 패킷 손실로 인해 기존의 자동 반복 요청(ARQ)이 많은 수의 피드백 채널 및 클라이언트에 대한 독립적인 재전송으로 발생되는 문제점을 패킷 손실 채널에 대해 조직 네트워크 코딩을 통해 재전송을 없앨 수 있는 효과가 있다.First, there is an effect that the existing automatic repeat request (ARQ) due to the packet loss is caused by a large number of feedback channels and independent retransmissions to the client, by eliminating the retransmission through the organizational network coding for the packet loss channel .
둘째, 혼잡한 영역(예를 들어, 스포츠 경기장에서의 라이브 비디오 스트리밍)에서 많은 수의 클라이언트들에게 실시간 멀티미디어 스트리밍이 이루어지는 경우에서 안정적인 멀티미디어 데이터 전송을 위한 오류 은닉이 필요한 다양한 응용 분야에서 활용 가능하다.Second, in real time multimedia streaming to a large number of clients in a congested area (for example, live video streaming in a sports arena), it can be utilized in various applications requiring error concealment for reliable multimedia data transmission.
도 1 및 도 2 은 본 발명의 실시예에 따른 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템의 구성을 나타낸 구성도 및 블록도
도 3 은 도 2에서 조직 네트워크 코딩 인코더의 구성을 상세히 나타낸 블록도
도 4 는 도 2에서 조직 네트워크 코딩 디코더의 구성을 상세히 나타낸 블록도
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 코드율이 4/5인 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템에서 채널 패킷 손실률에 따른 디코딩 에러율을 예시한 그래프1 and 2 are a configuration diagram and a block diagram illustrating a configuration of a multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing in detail the configuration of the organization network coding encoder in FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing in detail the configuration of the organization network coding decoder in FIG.
FIG. 5 is a graph illustrating a decoding error rate according to a channel packet loss rate in a multimedia multicasting and broadcasting system using a network coding with a code rate of 4/5 according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Preferred embodiments of a multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템의 구성을 나타낸 구성도 및 블록도이다.1 and 2 are a block diagram and a block diagram illustrating a configuration of a multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding according to an embodiment of the present invention.
도 1, 및 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 하나의 서버(100)에서 복수개의 클라이언트(200)로 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅하는 시스템에 있어서, 상기 서버(100)는 패킷 손실 채널에서의 오류 은닉 기능을 위한 조직 네트워크 코딩(systematic network coding)에 기반한 방법으로 사용하는 채널 환경의 패킷 손실률에 최적화된 인코딩 수 및 코드율을 결정하여 선형네트워크코딩(Linear Network Coding; LNC) 패킷을 생성하는 인코딩부(110)와, 상기 인코딩부(110)에서 생성된 선형네트워크코딩 패킷을 원본 패킷과 함께 복수의 클라이언트(200)에게 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅하는 송신부(120)로 구성된다. 한편, 상기 클라이언트(200)는 서버(100)의 구성과 대응되어 수신부(210)와, 조직네트워크 코딩 디코더(221) 및 멀티미디어 디코더(222)를 포함하는 디코딩부(220)로 구성된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, in a system for multicasting and broadcasting multimedia by a plurality of
이때, 상기 인코딩부(110)는 멀티미디어 데이터의 압축과정을 포함하는 멀티미디어 인코더(111)와, 상기 멀티미디어 인코더(111)에서 전달된 데이터를 개의 데이터 블록으로 하나의 네트워크 코딩 세트를 생성하고, 생성된 네트워크 코딩 세트를 기반으로 조직 네트워크 코딩을 통해 패킷 손실률에서 최적화된 인코딩 수 및 코드율을 결정하여 개의 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 조직 네트워크 코딩 인코더(112)로 구성된다.Here, the
이처럼, 상기 멀티미디어 인코더(111)에서 을 인코딩 수라고 하고, 개의 데이터로 하나의 데이터 블록을 구성, 개의 데이터 블록이 하나의 네트워크 코딩 세트를 생성함에 따라, D개의 원소로 구성된 데이터를 전송하기 위한 네트워크 코딩 세트의 수는 인 것을 특징으로 한다.As such, the
그리고 상기 조직 네트워크 코딩 인코더(112)는 다음 수학식 1과 같이 조직 네트워크 코딩의 인코딩 연산을 수행한다.The organization
이때, 상기 는 갈루아 필드(Galois Field)의 행렬 곱셈연산 기호이며, 상기 은 , 일 때 갈루아 필드 원소 중에서 랜덤으로 선택되거나, 또는 시스템에서 미리 설정해 놓은 코딩계수로 선형네트워크코딩에 기반하여 를 구성하는 것을 특징으로 한다.At this time, Is a matrix multiplication operation symbol of a Galois Field, silver , , Or based on linear network coding with coding coefficients preset in the system .
그리고 상기 조직 네트워크 코딩 인코더(112)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 멀티미디어 인코더(111)에서 , , 일 때 로 설정하고, , , 일 때 으로 설정하여 인코딩된 데이터를 그대로 통과시켜 를 구성하는 조직 패킷(systematic packet)을 구성하여 전송되는 조직 인코더(112a)와, 멀티미디어 인코더(111)에서 전달된 데이터 중 채널의 패킷 손실률 에 따라 선형네트워크코딩 패킷의 개수()가 조절되는 를 포함하는 총 K개의 패킷을 구성하여 전송되는 선형네트워크코딩 인코더(112b)로 구성된다. As shown in FIG. 3, the organizational
한편, 상기 클라이언트(200)는 수신부(210)를 통해 수신된 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 크거나 같다면(), 디코딩부(220)를 통해 가우시안 소거법을 이용하여 디코딩하여 개의 원본 데이터를 복원한다.On the other hand, the
이때, 상기 디코딩부(220)는 수신부(210)를 통해 수신되는 하나의 네트워크 코딩 세트를 기반으로 복원된 개 패킷인 으로 분리하는 조직 네트워크 코딩 디코더(221)와, 상기 조직 네트워크 코딩 디코더(221)에서 복원된 개 패킷인 를 이용하여 데이터 블록들을 생성하는 멀티미디어 디코더(222)로 구성된다.At this time, the
그리고 상기 조직 네트워크 코딩 디코더(221)는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 수신된 하나의 네트워크 코딩 세트 중 조직패킷을 우선적으로 사용하여 개 패킷을 선별하는 선별부(221a)와, 상기 선별부(221a)에서 선별된 조직 패킷의 수가 보다 작을 때 수신된 LNC패킷 또한 포함한 총 개 패킷을 가우시안 소거법을 이용하여 디코딩하는 디코더(221b)로 구성된다. 이때, 상기 선별부(221a)에서 조직패킷을 우선적으로 사용하는 이유는 만약 개보다 많은 패킷이 도착하는 경우에 디코딩 연산의 복잡도를 줄이기 위함이다.And, as shown in FIG. 4, the organization
상기 수학식 2의 연산을 통하여 복원된 개 패킷인 를 구한 후, 멀티미디어 디코더(222)를 통해 복원된 개 패킷을 이용하여 데이터 블록들을 완벽 복원한다. [0054] The restored Dog packet And then, restored through the
만약 상기 클라이언트(200)는 수신부(210)를 통해 수신된 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 작다면(), 오직 개의 조직 패킷만 원본 데이터로 복원 가능하고 나머지 손실된 부분에 대한 에러 발생이 필연적이다. If the number of packets constituting one network coding set among the packets received through the
여기서, 송신부(120)로부터 전송된 K개의 패킷이 의 패킷 손실률 채널을 통해 전달되는 경우, 디코더가 개의 패킷을 수신할 확률은 로 표현되며, 는 개의 패킷으로 구성되는 수신된 인코딩 세트 당 오류 수로 표현된다. 여기서 는 평균(norm)을 나타낸다.Here, the K packets transmitted from the
수신된 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 작은 경우(), 디코더에서 복원된 데이터는 오직 개의 조직 패킷뿐이기 때문에 하나의 인코딩 세트 당 개의 오류가 발생된다. 여기서 은 패킷 하나당 포함되어 있는 데이터의 수이다. 코드율의 정의()에 따라 를 구할 수 있고, 이는 을 결정한다. 개의 원소로 구성된 데이터를 전송하기 위한 네트워크 코딩 세트의 수가 이기 때문에 데이터의 총 오류 수는 과 같이 나타낼 수 있다. The number of packets constituting one network coding set of the received packets Is an encoding number Less than ), The data restored in the decoder is only Since only one organization packet is in a single encoding set Errors occur. here Is the number of data contained per packet. Definition of code rate ( )Depending on the Can be obtained, . The number of network coding sets for transmitting data composed of < RTI ID = 0.0 > The total number of errors in the data is As shown in Fig.
그러면 로 표시되는 총 오류 수의 기대 값은 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.then The expected value of the total number of errors expressed by Equation (3) can be expressed by Equation (3).
상기 수학식 3의 등가성은 코드율의 정의, 즉 로부터 이루어진다. 인코딩 수가 이고, 채널 패킷 손실률이 이고, 코드율이 이면, 를 디코딩 에러율의 이론값 이라고 정의한다. 그리고 인 경우 에러가 발생하므로 디코딩 에러율은 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Equivalence of Equation (3) is defined as a code rate, i. E. Lt; / RTI > Number of encodings , And the channel packet loss rate And the code rate is If so, Is defined as the theoretical value of the decoding error rate. And The decoding error rate can be expressed by the following equation (4). &Quot; (4) "
이때, 상기 는 이론적인 디코딩 에러율이고, 상기 은 오리지널 데이터 수(인코딩 수)이고, 는 채널 패킷 손실률이고, 는 로 정의된 코드율(code rate)이고, 는 클라이언트에서 수신된 패킷의 수로 (1- )이다.At this time, Is the theoretical decoding error rate, Is the number of original data (number of encodings) Is the channel packet loss rate, The , ≪ / RTI > where < RTI ID = 0.0 & Is the number of packets received at the client (One- )to be.
상기 수학식 3에서 나타내고 있는 것과 같이, 사용하는 채널의 패킷 손실률이 일 때, 본 발명을 사용하는 시스템에서 허용되는 디코딩 에러율을 넘지 않기 위해 필요한 최적화된 코드율 와 최적화된 인코딩 수 을 결정한다. 그리고 이렇게 결정된 최적화된 인코딩 수 및 최적화된 코드율 에 따라 최적화된 선형네트워크코딩 패킷이 결정되게 되는 것이다. As shown in Equation (3), when the packet loss rate of the channel to be used is , The optimized code rate required to not exceed the decoding error rate allowed in the system using the present invention And the number of optimized encodings . The number of optimized encodings thus determined And optimized code rate The optimized linear network coding packet is determined according to the following equation.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 코드율이 4/5인 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템에서 채널 패킷 손실률에 따른 디코딩 에러율을 예시한 그래프로서, 이를 통해 최적화된 인코딩 수 를 어떻게 결정하는지를 설명하면 다음과 같다.FIG. 5 is a graph illustrating a decoding error rate according to a channel packet loss rate in a multimedia multicasting and broadcasting system using a network coding with a code rate of 4/5 according to an embodiment of the present invention, How to decide how to do it is as follows.
도 5를 참조하여 설명하면, 시스템에서 허용되는 디코딩 에러율이 0.25이고 채널 패킷 손실률이 0.3이면 인코딩 수는 8 이하로 설정해야 한다. 한편 시스템에서 허용되는 디코딩 에러율이 0.05이고, 사용하는 채널의 패킷 손실률이 0.15일 때엔, 인코딩 수는 16이상으로 설정해야 한다. Referring to FIG. 5, if the decoding error rate allowed in the system is 0.25 and the channel packet loss rate is 0.3, the number of encodings should be set to 8 or less. On the other hand, when the decoding error rate allowed in the system is 0.05 and the packet loss rate of the channel used is 0.15, the number of encodings should be set to 16 or more.
이처럼, 상기 수학식 3의 계산 결과와 도 5에 따라, 채널의 패킷 손실률 가 작은 경우에는 인코딩 수 을 크게 설정하는 것이 바람직하며, 반면에 채널 패킷 손실률 가 높은 경우에는 인코딩 수 을 작게 설정하는 것이 더 낮은 디코딩 에러율을 얻는데 유리하다.As described above, according to the calculation result of Equation (3) and FIG. 5, the packet loss rate Is small, the number of encodings It is preferable to set the channel packet loss rate Is high, the number of encodings It is advantageous to obtain a lower decoding error rate.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (10)
패킷 손실 채널에서의 오류 은닉 기능을 위한 조직 네트워크 코딩(systematic network coding)을 통해 사용되는 채널의 패킷 손실률에 따라 인코딩 수 과 및 코드율 을 결정하여 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 인코딩부와,
상기 인코딩부에서 생성된 선형네트워크코딩 패킷을 원본 패킷과 함께 복수의 클라이언트에게 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅하는 송신부를 포함하고,
상기 인코딩부는 멀티미디어 데이터의 압축과정을 포함하는 멀티미디어 인코더와, 상기 멀티미디어 인코더에서 전달된 데이터를 개의 데이터 블록으로 하나의 네트워크 코딩 세트를 생성하고, 생성된 네트워크 코딩 세트를 기반으로 조직 네트워크 코딩을 통해 패킷 손실률에서 인코딩 수 및 코드율 을 결정하여 개의 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 조직 네트워크 코딩 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.A system for multimedia multicasting and broadcasting from one server to a plurality of clients, the server comprising:
The number of encodings according to the packet loss rate of the channel used by the systematic network coding for error concealment in the packet loss channel And code rate And generates a linear network coding packet,
And a transmitter for multicasting and broadcasting the linear network coding packet generated by the encoding unit to a plurality of clients together with the original packet,
Wherein the encoding unit comprises: a multimedia encoder including a process of compressing multimedia data; One set of network coding is generated from the set of network coding, and the number of packets can be encoded at the packet loss rate through organization network coding based on the generated network coding set And code rate To determine Wherein the network multicoding comprises: a network-based coding encoder for generating linear network-coding packets for the network; and an organizational network coding encoder for generating linear network coding packets for the network-multicoding and broadcasting system.
상기 멀티미디어 인코더에서 을 인코딩 수라고 하고, 개의 데이터로 하나의 데이터 블록을 구성, 개의 데이터 블록이 하나의 네트워크 코딩 세트를 생성함에 따라, D개의 원소로 구성된 데이터를 전송하기 위한 네트워크 코딩 세트의 수는 인 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.The method according to claim 1,
In the multimedia encoder Is called an encoding number, One data block is composed of the data, As the number of data blocks creates one network coding set, the number of network coding sets for transmitting data composed of D elements is The multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding.
상기 조직 네트워크 코딩 인코더는 다음 수식 과 같이 조직 네트워크 코딩의 인코딩 연산을 수행하고,
이때, 상기 는 갈루아 필드(Galois Field)의 행렬 곱셈연산 기호이며, 상기 은 , 일 때 갈루아 필드 원소 중에서 랜덤으로 선택되거나, 또는 시스템에서 미리 설정해 놓은 코딩계수로 선형네트워크코딩에 기반하여 를 구성하는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.The method according to claim 1,
The organizational network coding encoder may be adapted to: The encoding operation of the organization network coding is performed,
At this time, Is a matrix multiplication operation symbol of a Galois Field, silver , , Or based on linear network coding with coding coefficients preset in the system And the multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding.
멀티미디어 인코더에서 전달된 데이터를 그냥 통과시키는 를 포함하는 조직 패킷(systematic packet)을 구성하여 전송되는 조직 인코더와,
멀티미디어 인코더에서 전달된 데이터 중 채널의 패킷 손실률에 따라 선형네트워크코딩 패킷의 개수()가 조절되는 를 포함하는 조직 패킷(systematic packet)을 구성하여 전송되는 선형네트워크코딩 인코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.2. The apparatus of claim 1, wherein the organizational network coding encoder
To pass through the data transmitted from the multimedia encoder A systematic packet including a systematic packet,
According to the packet loss rate of the channel among the data transmitted from the multimedia encoder, the number of linear network coding packets ( ) Is controlled And a linear network coding encoder configured to transmit a structured packet including a systematic packet including at least a part of the systematic packet.
상기 선형네트워크코딩 패킷의 개수는 네트워크 코딩 세트를 기반으로 조직 네트워크 코딩을 통해 패킷 손실률에 따라 인코딩 수 및 코드율 을 결정하여 개의 선형네트워크코딩 패킷을 생성하는 것으로, 수식 를 이용하여 산출되고,
이때, 상기 는 이론적인 디코딩 에러율이고, 상기 은 오리지널 데이터 수(인코딩 수)이고, 는 채널 패킷 손실률이고, 는 로 정의된 코드율(code rate)이고, 는 클라이언트에서 수신된 패킷의 수로 (1- )인 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.6. The method of claim 5,
The number of linear network coding packets may be encoded according to a packet loss rate through organization network coding based on a network coding set And code rate To determine Lt; / RTI > linear network coding packets, , ≪ / RTI >
At this time, Is the theoretical decoding error rate, Is the number of original data (number of encodings) Is the channel packet loss rate, The , ≪ / RTI > where < RTI ID = 0.0 & Is the number of packets received at the client (One- The multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding.
서버로부터 개의 패킷으로 생성된 하나의 네트워크 코딩 세트를 전달받는 수신부와,
상기 수신부를 통해 전달받은 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 크거나 같다면(), 가우시안 소거법을 이용하여 디코딩하여 모든 원본 데이터를 복원하고, 전달받은 패킷 중 하나의 네트워크 코딩 세트를 이루는 패킷의 수 가 인코딩 수인 보다 작다면(), 오직 조직 패킷만 원본 데이터로 복원하는 디코딩부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.A system for multimedia multicasting and broadcasting from one server to a plurality of clients, the client comprising:
From server A receiving unit for receiving one network coding set generated as a plurality of packets;
The number of packets constituting one network coding set among the packets transmitted through the receiver Is an encoding number If greater than or equal to ( ), Decodes it using the Gaussian elimination method to restore all the original data, and calculates the number of packets constituting one network coding set Is an encoding number If it is smaller than And a decoding unit for restoring only the organization packet to original data. The multimedia multicasting and broadcasting system using organization network coding according to claim 1,
수신부를 통해 수신되는 하나의 네트워크 코딩 세트를 기반으로 복원된 개 패킷인 으로 분리하는 조직 네트워크 코딩 디코더와,
상기 조직 네트워크 코딩 디코더에서 복원된 개 패킷인 를 이용하여 데이터 블록들을 생성하는 멀티미디어 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.8. The apparatus of claim 7, wherein the decoding unit
[0033] [0028] The restored based on one network coding set received via the receiver Dog packet A network-coding decoder for separating the network-
The restored from the organizational network coding decoder Dog packet And a multimedia decoder for generating data blocks by using the network multicasting and broadcasting system.
수신부를 통해 수신되는 하나의 네트워크 코딩 세트 중 조직패킷을 우선적으로 사용하여 개 패킷을 선별하는 선별부와,
상기 선별부에서 선별된 개 패킷을 가우시안 소거법을 이용하여 디코딩하는 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.9. The apparatus of claim 8, wherein the organizational network coding decoder
Preferentially using an organization packet from one network coding set received via a receiver A selector for selecting one packet,
In the sorting section, And a decoder that decodes the packets using the Gaussian elimination method. The multimedia multicasting and broadcasting system using organizational network coding.
상기 디코더는 수식
를 이용하여 디코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 조직 네트워크 코딩을 이용한 멀티미디어 멀티캐스팅 및 브로드캐스팅 시스템.10. The method of claim 9,
The decoder
Wherein the decoding is performed using the network multicoding and broadcasting system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160180259A KR101861243B1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Systematic network coding based multimedia multicasting and broadcasting system |
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KR1020160180259A KR101861243B1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Systematic network coding based multimedia multicasting and broadcasting system |
Publications (1)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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eonchul Shin외 3명, "Scalable video multicast using flexible multicast service over IEEE 802.11 WLAN", Communications (ICC), 2016 IEEE International Conference (2016.07.14.) |
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