KR20000074005A - 무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법 - Google Patents

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본 발명은 영상 데이터 전송 서비스에 있어서, 특히 높은 비트 에러율을 가지는 무선 채널상으로 보다 안정된 영상 데이터를 실시간에 전송하는데 적당한 무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법에 관한 것으로, 영상 데이터를 부호화 하기 위한 부호화부 및 부호화된 영상 데이터를 버퍼링하기 위한 부호화 버퍼를 포함하는 영상 부호화기와, 재전송 버퍼를 구비하여 해당 영상 데이터를 재전송하기 위한 재전송기로 구성된 영상 통신 시스템에서, 무선 채널의 비트 에러율에 따른 상기 재전송 버퍼의 상태를 상기 영상 부호화기에 피이드백하여, 상기 재전송 버퍼의 상태에 따라 상기 무선 채널상의 비트 속도를 가변적으로 제어하는 영상 데이터 전송 제어 방법에 관한 것이다.

Description

무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법{Method for controlling Video Data Transmission in Radio Channel}
본 발명은 영상 데이터 전송 서비스에 관한 것으로서, 특히 높은 비트 에러율을 가지는 무선 채널상으로 보다 안정된 영상 데이터를 실시간에 전송하는데 적당한 무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법에 관한 것이다.
최근 W-CDMA(Wideband Code Division Multiplexing Access)를 중심으로 한 이동 통신 국제 규격의 표준화에 따라, 국제 전기 통신 연합 전기 통신 표준화 부문(이하, ITU-T라 약칭함)의 텔레비젼 전송로와 음성 방송 전송로에 관한 권고안인 H.시리즈에서는 이동 영상 데이터 통신에 관한 규격이 출현하고 있다.
이들 이동 영상 데이터 통신에 관한 국제 규격에서는, ITU-T H.263과, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4의 정의에 따라 영상 압축 부호화된 가변 속도 영상 데이터에 대해, 전송 채널의 비트 에러 발생에 따른 장해 허용력(Resilience)을 높이기 위한 몇 가지 오류 제어 기법을 채택한다.
특히, 동영상 표준화 그룹(Moving Picture Experts Group : 이하, MPEG라 약칭함) 중 MPEG-4의 경우에는 재동기화 기법(Resynchronization), 데이터 분할 기법(Data Partitioning), 역가변 길이 부호화 기법(Reversible Variable Length Codes) 등과 같은 오류 제어 기법이 적용되는데, 이들 기법들은 현재 약2∼3㏈의 화질 향상을 제공한다.
또한 이동 영상 데이터 통신에 관한 국제 규격에서 ITU-T H.223에는 이동 영상 데이터 재전송에 대한 권고가 있으며, 이는 최종 규격안으로 거의 확정 완료된 상태이다.
ITU-T H.223에는 압축된 영상 데이터의 재전송을 가능하게 하는 프로토콜에 대해 정의하고 있는데, 이 프로토콜에는 영상을 위해 별도로 정의된 적응계층3(Adaptation Layer 3 : 이하, AL3이라 약칭함)이 있다.
이 AL3은 영상 패킷이 손상될 경우에 손상된 영상 패킷을 재전송 받도록 하기 위한 특정 패킷 주소를 알려주고, 이에 따라 미리 저장되어 있던 해당 패킷을 재전송한다.
다음은 ITU-T H시리즈 권고에 따른 영상 데이터 전송 및 재전송 처리 절차에 대해 설명한다.
도 1 은 ITU-T H.223에 따른 영상 데이터 전송 처리 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 시스템 다중화 계층상에서 송신측에는 송신 AL3 처리부(10) 및 다중화부(20), 수신측에는 역다중화부(30) 및 수신 AL3 처리부(40)로 구성된다.
송신측에서는 전송될 패킷의 재전송을 위한 저장용 메모리(Bs)(13)가 별도로 구비되어 있으며, 송신측의 송신 AL3 처리부(10)에는 송신될 I-PDU의 송신 시퀀스 번호{V(S)}(12)가 있다.
I-PDU의 송신 시퀀스 번호{V(S)}(12)는 I-PDU가 하나 전송될 때마다 1씩 증가하게 되며, 저장용 메모리(Bs)(13)에는 가장 최근에 전송된 I-PDU가 저장되어 있다.
여기서 송신 AL3 처리부(10)가 지원해야 하는 저장용 메모리(Bs)(13)의 최소 크기는 ITU-T H.324에 정의되어 있으며, 저장용 메모리(Bs)의 실제 동작 크기는 ITU-T H.245에 따른 개방형 논리 채널을 통해 수신측에 알려진다.
여기서, 정의되는 N(S)는 송신측에서 전송된 I-PDU의 시퀀스 번호로써, 수신측에서 수신할 I-PDU의 시퀀스 번호 N(R)과 같게 되는데, 수신측에서는 수신될 다음 I-PDU의 송신 시퀀스 번호{N(S)}가 대기 상태에 있다가 수신 시퀀스 번호{N(R)}과 같은 값이면 정상적으로 I-PDU가 전송된 것으로 인식한다.
이렇게 I-PDU가 정상적으로 하나씩 수신될 때마다 수신 시퀀스 번호{V(R)}(42)는 1씩 증가된다.
도 2 는 ITU-T H.245에 따른 영상 데이터 재전송 처리 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 수신측의 재전송 요구에 대해 송신측은 두 가지의 반응을 나타낼 수 있는데, 하나는 요구된 I-PDU를 요구대로 보내는 패스(Pass)동작을 하는 것이고, 다른 하나는 재전송이 불가능할 경우 이를 거부하는 동작을 하는 것이다.
요구된 I-PDU를 전송하는데는 역방향 논리 채널(Reverse Logical Channel)이 필수적으로 요구되는데, 이는 ITU-T H.245에 정의되어 있다.
여기서, 역방향 논리 채널이란, 호의 구성을 제어하고 유지하는 제어 전용 채널로, 순방향 논리 채널(Forward Logical Channel)과 함께 송신측과 수신측 사이의 호를 관리한다.
이 두 제어 전용 채널은 호가 구성되기 전 단말의 각종 특성 정보를 교환하고, 통신 중에도 호의 연결 상태를 감지하여 이에 따른 대응 동작을 취하거나, 문제 발생시 이를 표시하고 제어한다. 또한, 요구된 I-PDU를 전송하는 과정에서는 재전송 요구 메시지(SREJ PDU)를 송신측에 보낸 후 응답을 기다리는 역할을 수행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, AL3 송신 엔티티(50)에서 전송될 I-PDU의 시퀀스 번호 V(S)를 I-PDU에 포함시켜 전송하면(S10), AL3 수신 엔티티(60)에서는 현재 전송된 I-PDU의 시퀀스 번호 N(S)가 자신이 수신할 I-PDU의 시퀀스 번호 V(R)과 동일한가를 검사한 후 동일하면 정상적으로 다음 I-PDU를 수신하기 위한 동작을 수행한다.
그러나, 전송된 I-PDU의 시퀀스 번호 N(S)가 AL3 수신 엔티티(60)의 V(R)과 동일하지 않으면, 재전송 요구 메시지(SREJ PDU)를 AL3 송신 엔티티(50)에 보낸다(S20).
AL3 송신 엔티티(50)에서는 재전송 요구 메시지(SREJ PDU)를 받고 나서, 해당 시퀀스 번호의 I-PDU가 아직 저장용 메모리(Bs)에 있는지를 검사한 후 해당 I-PDU를 재전송하게 된다(S30).
이 때, 만약 저장용 메모리(Bs)에 해당 I-PDU가 없을 경우에는 재전송 불가 메시지(DRTX PDU)를 AL3 수신 엔티티(60)에 알리게 되는데(S40), AL3 수신 엔티티(60)는 이와 같이 재전송이 가능하거나 재전송이 불가능할 경우에 대해 모두 자신의 타이머를 중지시키고 다음 I-PDU를 수신함으로써 재전송 동작을 끝내게 된다.
도 3 은 종래 기술에 따른 영상 부호화기와 재전송기의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
종래에는 도 3에서와 같이 영상 부호화기(70)에서 재전송기(80)로 신호 및 영상 데이터를 보낸다.
반면에 재전송기(80)에서 영상 부호화기(70)로의 신호 및 영상 데이터를 전송하기 위한 통로는 존재하지 않는다.
따라서 영상 부호화기(70)는 재전송기(80)의 재전송 버터(81) 상태를 알지 못한다. 이 때문에 재전송이 이루어지고 있을 때에도 영상 부호화기(70)에서는 재전송 버퍼(81)에 영상 데이터를 저장시키고자 계속 재전송기(80)로 영상 데이터를 보내게 된다.
이에 따라 재전송 버퍼(81)는 영상 부호화기(70)로부터 보내진 영상 데이터를 계속 저장시켜야 하므로, 과부하(Overflow)의 가능성이 높아진다.
만약 재전송 버퍼(81)에 과부하가 발생할 때는, 재전송 버퍼(81)에 해당 재전송할 해당 데이터가 없을 때와 마찬가지로 재전송 불가 메시지(DRTX PDU)를 수신측에 보낸다.
이와 같은 종래의 재전송 처리 절차에서는 보다 큰 재전송 버퍼를 갖추어야만 영상 데이터를 안정적으로 재전송 할 수 있다.
결국 종래에는 재전송 처리에 있어 전송 지연이 길어지기 때문에, 실시간 동영상 통신이 요구되는 시스템에 적용하기에는 부적합하다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 실시간 전송이 요구되는 영상 데이터 통신에 적합하도록 재전송 버퍼의 상태를 부호화기에 알려주어 재전송이 요구되는 영상 데이터를 전송 지연 없이 실시간에 전송해 주기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법의 특징은, 영상 데이터를 부호화 하기 위한 부호화부 및 부호화된 영상 데이터를 버퍼링하기 위한 부호화 버퍼를 포함하는 영상 부호화기와, 재전송 버퍼를 구비하여 해당 영상 데이터를 재전송하기 위한 재전송기로 구성된 영상 통신 시스템에서, 무선 채널의 비트 에러율에 따른 상기 재전송 버퍼의 상태를 상기 영상 부호화기에 피이드백하여, 상기 재전송 버퍼의 상태에 따라 상기 무선 채널상의 비트 속도를 가변적으로 제어한다는 것이다.
바람직하게는, 상기 무선 채널상의 비트 속도 제어가, 상기 재전송 버퍼가 과부하일 경우에 해당 영상 데이터가 미리 설정된 목적 비트 속도보다 낮은 비트 속도로 전송되도록 제어하게 된다.
또한, 상기 무선 채널상의 비트 속도 제어가, 상기 재전송 버퍼의 상태가 상기 영상 부호화기에 피이드백 됨에 따라, 상기 부호화 버퍼로부터 상기 재전송 버퍼의 상태가 반영된 자신의 상태 정보를 상기 부호화부에 알려주고 상기 부호화부에서 제공되는 양자화 파라미터에 의해 상기 부호화 버퍼의 출력 속도가 조절된다.
도 1 는 ITU-T H.223에 따른 영상 데이터 전송 처리 절차를 설명하기 위한 도면.
도 2 는 ITU-T H.245에 따른 영상 데이터 재전송 처리 절차를 설명하기 위한 도면.
도 3 은 종래 기술에 따른 영상 부호화기와 재전송기의 연결 구조를 나타낸 도면.
도 4 는 본 발명의 영상 데이터 전송 제어 절차를 설명하기 위한 영상 부호화기와 재전송기의 연결 구조를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 영상 부호화기 200 : 재전송기
110 : 부호화부 210 : 재전송 버퍼
120 : 부호화 버퍼
이하 본 발명에 따른 무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법에 대한 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
일반적으로 알려진 무선 채널 에러에 대응하는 방법으로는, 오류 제어 기법, 채널 부호화 기법 및 재전송 방법이 있다.
이들 방법들은 무선 채널의 상태, 즉 무선 채널의 비트 에러율이 높고 낮음에 따라 적응적으로 동작하기 힘들다. 이는 무선 채널의 비트 에러율에 따라 에러 검출 또는 정정을 위해 부가되는 여분 비트(redundancy)를 얼마로 정해야 할 지가 매우 어렵기 때문이다.
따라서 본 발명에서는 원래 사용자가 요구한 목적 비트 속도(target bit rate)의 데이터와 여분 비트(redundancy)의 비율을 정해야 하는 종래와 달리 재전송 버퍼의 상태를 피이드백(feedback)시켜 시스템이 무선 채널의 비트 에러율에 따라 적응적으로 재전송 동작을 수행할 수 있도록 한다.
또한 본 발명은 낮은 복잡도가 요구되는 저전력형 이동 단말기에 적당한 것으로, 비트 에러율이 높은 무선 채널상에서 해당 영상 데이터를 보다 안정되게 실시간으로 재전송할 수 있도록 재전송 버퍼의 상태를 부호화기에 알려준다.
도 4 는 본 발명의 영상 데이터 재전송 절차를 설명하기 위한 영상 부호화기와 재전송기의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에서 're-buffer status' 신호는 재전송 버퍼(210)의 상태를 영상 부호화기(100)에 전달하는 역할을 한다.
예로써, 're-buffer status' 신호가 '1'이면, 재전송 버퍼(210)의 상태가 과부하(overflow) 직전이라는 것을 나타낸다.
반면에 're-buffer status' 신호가 '0'이면, 재전송 버퍼(210)의 상태가 안정적이라는 것을 나타낸다.
이 때 부호화 버퍼(120)는 전달받은 재전송 버퍼(210)의 상태가 반영된 부호화 버퍼(120) 상태를 부호화부(110)에 알려 준다. 정확하게는 부호화부(110)내에 구비된 양자화부(미도시)에 알려 준다.
결국 재전송 버퍼(210)의 상태를 반영한 부호화 버퍼(120)의 전송 속도 제어(rate control)에 의해 보다 낮은 비트 속도로 영상 데이터를 전송할 수 있다.
이는 영상 데이터 전송의 지연 문제를 비트 속도의 감소에 의해 해결될 수 있다는 것이다.
기존에 영상 부호화기(100)로부터 영상 데이터가 재전송기(200)로 전달될 때는, 원래 사용자가 요구한 목적 비트 속도(target bit rate)로 전송되었다.
그러나, 본 발명에서는 영상 부호화기(100)에 전달된 재전송 버퍼(210)의 상태를 반영한 적응적인 전송 속도 제어에 의해 목적 비트 속도보다 낮은 비트 속도로도 영상 데이터를 전송할 수 있다.
다음은 재전송 버퍼(210)의 상태를 반영한 적응적 전송 속도 제어에 대해 설명한다.
만약 're-buffer status' 신호가 '0'이면 재전송 버퍼(210)의 상태가 과부하의 위험이 없는 안정된 상태이므로, 영상 부호화기(100)는 정상적인 목적 비트 속도로 해당 영상 데이터를 전송한다.
그런데 재전송 버퍼(210)가 과부하 직전의 상태이면 're-buffer status' 신호에 '1'의 값을 주어 영상 부호화기(100)에 이 사실을 알린다.
재전송 버퍼(210)가 과부하 위험 직전임을 인지한 영상 부호화기(100)는 재전송기(200)로의 영상 데이터 전송을 중단한다.
이에 따라 부호화 버퍼(120)의 부하는 계속 증가된다. 하지만 부호화 버퍼(120)의 부하 상태는 양자화 파라미터에 의해 제어된다.
즉, 부호화 버퍼(120)에 존재하는 데이터가 과다하면 양자화 파라미터의 값을 높여서 영상 부호화기(100)의 전송 출력 속도를 낮추고, 이후 부호화 버퍼(120)의 상태가 정상화되면 양자화 파라미터의 값을 낮춰서 영상 부호화기(100)의 전송 출력 속도를 높이도록 제어된다.
따라서 재전송 버퍼(210)의 상태가 과부하이면 영상 부호화기(100)에서 재전송기(200)로의 출력 비트 속도는 떨어지게 된다.
바꿔 말하자면, 무선 채널의 비트 에러율이 높은 경우에는 '1'의 값을 갖는 're-buffer status' 신호가 자주 영상 부호화기(100)로 피이드백(feedback)되므로 비트 속도가 떨어져 화질의 수준 또한 떨어지게 된다. 하지만 에러로 인한 손상이 없는 동영상이 전송된다.
또한, 무선 채널의 비트 에러율이 낮은 경우에는 비트 속도가 높아져 화질의 수준 또한 높아지게 되며, 이로 인해 높은 수준의 동영상 화질을 제공한다.
결국 본 발명에서는 're-buffer status' 신호와 부호화 버퍼(120)의 전송 속도 제어에 의해 재전송 버퍼(210) 및 부호화 버퍼(120) 모두 안정적으로 동작한다.
지금까지 설명한 본 발명의 무선 채널에서의 영상 데이터 전송 제어 방법에 따르면, 재전송 확률 및 재전송 빈도가 높은 무선 채널에서 이 채널의 비트 에러율에 따른 영상 데이터의 재전송 동작을 적응적으로 수행하므로 실시간 전송이 요구되는 동영상 통신에 적합하다.
또한, 전송 지연 및 비트 속도를 고려하여 재전송 버퍼의 크기를 조절할 수 있기 때문에 여러 영상 통신 시스템에 쉽게 적용시킬 수 있다. 이는 예로써 실시간 데이터 전송은 요구되지 않지만 고화질이 요구되는 경우에는 큰 크기의 재전송 버퍼를 적용하고, 고화질은 요구되지 않지만 실시간 데이터 전송이 요구되는 경우에는 작은 크기의 재전송 버퍼를 적용할 수 있다는 것이다.
이에 따라 시스템이 작은 재전송 버퍼를 사용하더라도 패킷 단위의 영상 데이터의 유실을 효율적으로 막을 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 영상 데이터를 부호화 하기 위한 부호화부 및 부호화된 영상 데이터를 버퍼링하기 위한 부호화 버퍼를 포함하는 영상 부호화기와, 재전송 버퍼를 구비하여 해당 영상 데이터를 재전송하기 위한 재전송기로 구성된 영상 통신 시스템에서, 무선 채널의 비트 에러율에 따른 상기 재전송 버퍼의 상태를 상기 영상 부호화기에 피이드백하여, 상기 재전송 버퍼의 상태에 따라 상기 무선 채널상의 비트 속도를 가변적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 전송 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 채널상의 비트 속도 제어는,
    상기 재전송 버퍼가 과부하일 경우에 해당 영상 데이터가 미리 설정된 목적 비트 속도보다 낮은 비트 속도로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 전송 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 채널상의 비트 속도 제어는,
    상기 재전송 버퍼의 상태가 상기 영상 부호화기에 피이드백 됨에 따라, 상기 부호화 버퍼로부터 상기 재전송 버퍼의 상태가 반영된 자신의 상태 정보를 상기 부호화부에 알려주고 상기 부호화부에서 제공되는 양자화 파라미터에 의해 상기 부호화 버퍼의 출력 속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 전송 제어 방법.
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