KR20010034213A - 스트리밍 비디오 수신기용 복호기 버퍼 - Google Patents

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Abstract

스트리밍 비디오 데이터 패킷을 수신하여 복수의 액세스 단위로 데이터 패킷을 저장할 수 있는 복호기 버퍼가 개시되어 있다. 각각의 액세스 단위는 스트리밍 비디오 내의 선택된 프레임에 연관된 적어도 하나의 데이터 패킷을 보유한다. 복호기 버퍼는 1) 비디오 복호기에 의해 덜 즉시 필요로 되는 데이터 패킷을 저장하기 위한 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 제1 버퍼 영역, 및 2) 비디오 복호기에 의해 가장 즉시 필요로 되는 데이터 패킷을 저장하기 위한 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 액세스 재전송 영역을 포함한다. 복호기 버퍼는 상기 재전송 영역 내의 누락 데이터 패킷의 검출에 응답하여 상기 누락 패킷을 상기 스트리밍 비디오 송신기가 재전송할 것을 요청한다.

Description

스트리밍 비디오 수신기용 복호기 버퍼{Decoder buffer for streaming video receiver}
인터넷 프로토콜(IP) 망을 통해 멀티미디어 콘텐트의 실시간 스트리밍은 최근에 점점 더 일반적인 애플리케이션으로 되었다. 뉴스 콘-디맨드, 라이브 TV 시청, 비디오 회의, 및 많은 기타의 것 등 광범위한 대화식 및 비대화식 멀티미디어 인터넷 애플리케이션 엔드-엔드 스트리밍 해결책에 의존한다. 먼저 "비실시간"으로 불러들여지고 시청되거나 재생될 수 있는 "다운로드"되는 비디오 파일과는 달리, 스트리밍 비디오 애플리케이션은 비디오 소스를 부호화하고 비디오 신호를 망을 통해 비디오 수신기로 전송해야 하며, 이 비디오 수신기는 실시간으로 비디오 신호를 복호하여 디스플레이해야 한다. 수신기는 망으로부터 부호화된 비디오 데이터 패킷을 수신하여 패킷을 비디오 복호기로 전송하기 위해서 복호기 버퍼에 의존한다.
스트리밍 비디오 신호가 인터넷과 같은 보장되지 않은 서비스 질(QoS) 망을 통해 송신될 때 2가지 문제가 일어난다. 먼저, 스트리밍 비디오 송신기와 스트리밍 비비오 수신기간 망에서 엔드-엔드 변화(예를 들면, 지연 지터)는 엔드-엔드 지연이 일정하지 않음을 의미한다. 두번째, 통상 비-QoS을 통해선 현저한 패킷 손실율이 있어 자주 재송신을 해야한다. 손실된 데이터 패킷은 대응하는 프레임이 복호되기 전에 복구되어야 한다. 그렇지 않다면, 언더플로 이베트가 일어난다. 더구나, 예측기반 압축이 사용된 경우, 손실된 데이터 패킷에 기인한 언더플로는 처리되는 현 프레임에 영향을 줄뿐만 아니라 많은 후속되는 프레임들에도 악영향을 미칠 수 있다.
손실된 패킷의 재전송은 패킷망을 통한 연속한 매체 통신에 대해 복구를 가능하게 하는 수단인 것으로 알려져 있다. 많은 애플리케이션은 손실된 패킷의 재전송에 관련하여 네가티브 자동 반복 요청(NACK)을 사용한다. 이들 방식은 송신기와 수신기(들)간에 라운드-트립 지연 및 지연 지터 양자를 모두 고려한다.
예를 들면, 패킷 음성 전송에 대한 재전송을 갖춘 엔드-엔드 모델이 개발되어 있다. 이 모델은 음성 데이터가 짧은 토크-스퍼트 구간으로 분리되는 무음 구간들로 구성된 사실을 이용한다. 이 모델은 또한 각각의 토크-스퍼트가 고정된 수의 고정된 크기의 패킷들로 구성된 것으로 가정한다. 그러나, 이 모델은 압축된 비디오의 특성(비디오 프레임당 바이트 혹은 패킷수가 가변할 수 있는)을 캡쳐하는데는 충분하지 않다.
그러므로, 이 기술에서 비-QoS 망에 본연의 변화를 보상하는 개선된 스트리밍 비디오 수신기의 필요성이 있다. 특히, 전송 지연 파라미터(예를 들면, 엔드-엔드 지연 및 지연지터)와 비디오 부호화기 버퍼 제약 양자를 모두 고려한 개선된 수신기 복호기 버퍼의 필요성이 있다. 특히, 통상적으로 지연지터를 제거하거나 손실된 데이터를 복구하는데 사용되는 망 전송 버퍼와 비디오 복호기 버퍼간 분리를 제거하는 개선된 복호기 버퍼의 필요성이 있다.
본 발명은, 본 발명의 양수인에게 공동으로 양도된, 발명의 명칭이 "MPEG-4을 사용한 스케일러블 비디오 스트리밍(Scalable video streaming using MPEG-4)"인 1998년 11월 18일자 출원된 미국 가특허출원 제 60/108,939호에 개시된 것과 관련이 있다. 이 관련된 가특허출원에 개시된 것은 본원에 완전히 설명된 것과 같이 모든 목적을 위해 본원 명세서에 참조되었다.
(기술분야)
본 발명은 일반적으로 비디오 처리 시스템에 관한 것으로, 특히 스트리밍 비디오 수신기에서 사용하기 위한 복호기 버퍼에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 데이터 망을 통해 스트리밍 비디오 송신기로부터 스트리밍 비디오 수신기로 스트리밍 비디오의 엔드-엔드 송신을 도시한 것이다.
도 2는 비디오 코딩 시스템의 이상적인 부호화기-복호기 모델을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 재전송을 지원함이 없이, 채널을 통해 압축 비디오 소스로부터 일체화된 전송 복호기 버퍼 및 비디오 복호기로 스트리밍 비디오의 엔드-엔드 송신을 도시한 것이다.
도 4는 이상적인 일체화된 전송 복호기 버퍼의 서로다르고 구별되는 영역들을 통한 데이터 패킷의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5는 최대 외곽 경계 범위에 대해 구성된 일체화된 전송 복호기 버퍼의 서로다른 중첩 영역을 통한 데이터 패킷의 흐름을 도시한 순서도이다.
(발명의 요약)
본 발명은 일체화된 전송 복호기(ITD) 버퍼 모델로 구현된다. ITD 모델의 한 주요 잇점은 망 전송 버퍼의 분리를 제거한다는 것으로, 이것은 통상은 비디오 복호기 버퍼로부터 지연지터를 제거하고 손실된 데이터를 복구하는데 사용된다. 이것은 엔드-엔드 지연을 현저하게 감소시키며, 수신기 자원(메모리 등)의 사용을 최적화한다.
본 발명의 주 목적은 스트리밍 비디오를 복호할 수 있는 비디오 복호기에 사용하기 위한 것으로, 스트리밍 비디오 데이터 패킷을 수신하여 복수의 액세스 단위로 데이터 패킷을 저장할 수 있는 복호기 버퍼를 제공하는 것이다. 각각의 액세스 단위는 스트리밍 비디오 내 선택된 프레임에 연관된 적어도 한 데이터 패킷을 보유한다. 복호기 버퍼는 1) 비디오 복호기에 의해 덜 즉시 필요로 되는 데이터 패킷을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 제1 버퍼 영역, 및 2) 비디오 복호기에 의해 가장 즉시 필요로 되는 데이터 패킷을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 재전송 영역을 포함한다. 복호기 버퍼는 상기 재전송 영역 내 누락 데이터 패킷의 검출에 응답하여 상기 누락 패킷을 상기 스트리밍 비디오 송신기가 재전송할 것을 요청한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 데이터 패킷 중 적어도 하나는 상기 복호기 버퍼의 기동 지연 시간과 동일한 시간기간동안 상기 제1 버퍼 영역에 저장된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 데이터 패킷은 상기 제1 버퍼영역에 먼저 저장되고 상기 재전송 영역으로 시프트된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역으로부터 분리된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역의 적어도 일부와 겹친다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 버퍼영역은 모든 상기 재전송 영역과 겹친다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1 버퍼영역은 제2 버퍼영역에 의해 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있으며 늦은 데이터 패킷은 상기 늦은 데이터 패킷의 예상 도달시간에 관하여 늦는 것이나 상기 늦은 데이터 패킷의 재전송을 요청할만큼 늦는 것은 아니다.
전술한 바는 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 광범하게 개괄한 것이므로 이 기술에 숙련된 자들은 다음의 본 발명의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해할 수 있다. 본 발명의 청구범위의 요지를 이루는 본 발명의 부가적인 특징 및 잇점을 이하 기술한다. 이 기술에 숙련된 자들은 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 수정 혹은 설계한 것에 기초로 개시된 개념 및 특정 실시예를 쉽게 사용할 수 있음을 알 것이다. 이 기술에 숙련된 자들은 본 발명의 가장 넓은 형태로 본 발명의 정신 및 범위로부터 등가구조가 일탈하지 않음을 또한 알 것이다.
상세한 설명을 시작하기 전에, 이 특허서류 전체를 통해 사용되는 어떤 단어 및 구의 정의를 개시하는 것이 이점이 있을 수 있다. 용어 "포함하다"와 이의 파생어는 한정없이 포함하는 것을 의미하며, 용어 "또는"은 포함하는 것이며, 및/또는을 의미하고 "에 관련된" 및 "와 관련된" 및 그 파생어는 포함하며, 내에 포함되며, 에 상호접속되며, 내에 포함되며, 에 혹은 에 접속하며, 에 혹은 에 결합하며, 와 연락할 수 있으며, 와 협동하며, 인터리브하며, 나란히 놓이며, 에 근사하며, 에 또는 와 경계를 이루며, 구비하며, 의 특징을 가지며, 등을 의미할 수 있고, 용어 "제어기"는 임의의 장치, 시스템 혹은 적어도 한 동작을 제어하는 그들의 부분을 의미하며, 이러한 장치는 하드웨어, 펌웨어 혹은 소프트웨어, 혹은 이들 중 적어도 두 개의 어떤 결합으로 구현될 수 있다. 임의의 특정한 제어기에 관련된 기능성은 국부적이든 원격으로든 중앙배치 혹은 분산될 수 있는 것이다. 어떤 단어 및 구의 정의는 이 특허문서 전체를 통해 제공되어 있고 이 기술에 통상의 지식을 가진 자들은 대부분의 경우는 아니나 많은 경우 이러한 정의는 이러한 정의된 단어 및 구의 이전의 및 미래의 사용에 적용되는 것이다.
본 발명 및 그 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명이 이루어졌으며, 도면에 있어서 동일 번호는 동일 대상을 나타낸다.
이하 설명되는 도 1 내지 도 5 및 이 특허문서에서 본 발명의 원리를 기술하는데 사용되는 여러 가지 실시예는 단지 예시적인 것이고 본 발명의 범위를 제한하게 해석되어서는 안된다. 이 기술에 숙련된 자들은 본 발명의 원리는 임의의 적합하게 구성된 스트리밍 비디오 수신기로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
더욱이, 이 기술에 숙련된 자들은 후술되는 본 발명의 실시예가 주로 스트리밍 비디오에 관하여 된 것이나, 이것은 단지 예시적인 것임을 쉽게 이해할 것이다. 사실, 이하 기술되는 개선된 일체화된 전송 복호기 버퍼는 요구된 속도로 공급되어야 하는 스트리밍 오디오 데이터 혹은 그외 스트리밍 데이터에 관련하여 쉽게, 사용하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 망(120)을 통해 스트리밍 비디오 송신기(110)에서 스트리밍 비디오 수신기(130)로 스트리밍 비디오의 엔드-엔드 송신을 도시한 것이다. 애플리케이션에 의존하여, 스트리밍 비디오 송신기(110)는 데이터망 서버, 텔레비전 방송국, 케이블망, 데스크탑 개인용 컴퓨터(PC)를 포함하여 다양한 비디오 프레임 소스 중 하나일 수 있다. 스트리밍 비디오 송신기(110)는 비디오 프레임 소스(112), 비디오 부호화기(114) 및 부호화기 버퍼(116)를 포함한다. 비디오 프레임 소스(112)는 텔레비전 안테나 및 수신장치, 비디오 카세트 플레이어, 비디오 카메라, "생" 비디오 클립을 저장할 수 있는 디스크 저장장치, 등을 포함하여 비압축 비디오 프레임 시퀀스를 발생할 수 있는 임의의 장치일 수 있다.
비압축 비디오 프레임은 소정의 화상율(혹은 "스트리밍율")로 비디오 엔코더(114)에 입력되고 MPEG-4 부호화기 등의 임의의 공지된 압축 알고리즘 혹은 장치에 따라 압축된다. 이어서 비디오 부호화기(114)는 압축된 비디오 프레임을 데이터망(120)을 통해 전송에 대비하여 버퍼하기 위해서 부호화기 버퍼(116)로 전송한다. 데이터망(120)는 임의의 적합한 IP망일 수 있으며, 인터넷 등의 공중 데이터망, 및 기업소유 근거리망(LAN) 혹은 광역망(WAN) 등의 사설 데이터망 양자 모두의 부분을 포함할 수 있다.
스트리밍 비디오 수신기(130)는 복호기 버퍼(131), 비디오 복호기(134) 및 비디오 디스플레이(136)을 포함한다. 복호기 버퍼(131)는 데이터망(120)으로부터 스트리밍 압축 비디오 프레임을 수신하여 저장한다. 이어서 복호기 버퍼(131)는 필요할 때 압축비디오 프레임을 비디오 복호기(134)로 전송한다. 비디오 복호기(134)는 비디오 프레임이 비디오 부호화기(114)에 의해 압축되었는 동일한 율(이상적으로는)로 비디오 프레임을 압축해제한다.
복호기 버퍼(131)는 일체화된 전송 복호기(ITD) 버퍼(132), ITD 버퍼 모니터(138) 및 재전송 제어기(139)를 더 포함한다. 본 발명의 원리에 따라서, ITD버퍼(132)는 비디오 복호기(134)가 압축 비디오 프레임에 대해 시작되는 동안 언더플로 상태를 필요할만큼 충분한 율로 압축 비디오 프레임을 비디오 복호기(134)에 공급하기 위해서 시간 및 데이터 단위 점유 고찰을 통합한다.
ITD 버퍼(132)는 ITD 버퍼 모니터(138) 및 재전송 제어기(139)와 협동하여 이를 달성한다. ITD 버퍼 모니터(138)는 ITD 버퍼(132)내 데이터 점유 수준을 감시하며 누락 데이터 패킷 및 있을 수 있는 언더플로 상태를 검출한다. ITD 버퍼 모니터(138)로부터 통지에 응답하여, 재전송 제어기(139)는 언더플로 상태를 피하기 위해서 ITD 버퍼(132)로부터 누락 데이터의 재전송을 요청한다. 본 발명의 실시예에서, ITD 버퍼(132), ITD 버퍼 모니터(138), 및 재전송 제어기(139)는 예를 들면 고속 데이터 라인을 통해 인터넷으로부터 스트리밍 비디오 및/또는 오디오를 수신하는 개인용 컴퓨터(PC)로 구현된다. 이러한 실시예에서, ITD버퍼(132)는 PC의 주 랜덤 액세스 메모리(RAM) 혹은 비디오 카드 상의 RAM에 구현될 수 있으며, ITD 버퍼 모니터(138) 및 재전송 제어기(139)는 PC의 CPU로 구현될 수 있다. PC환경에서 ITD 버퍼(132)를 구현하기 위해서, ITD 버퍼(132)는 스트리밍 비디오 수신기(130) 내 착탈가능 디스크 포트(141)에 로딩될 수 있는 CD-ROM, 컴퓨터 디스켓, 혹은 유사장치 등의 저장매체(140) 상의 프로그램으로서 저장된 컴퓨터로 실행가능한 명령으로서 실현될 수 있다.
압축 비디오 프레임의 연속한 복호는 스트리밍 비디오 등 실시간 멀티미디어 애플리케이션의 주요 요건이다. 이 요건을 충족하기 위해서, 복호기-부호화기 버퍼 모델은 언더플로 및 오버플로 이벤트가 일어나지 않게 하는데 통상적으로 사용된다. 이들 제약은 부호화기 버퍼에 입력되는 비디오 화상의 크기(비트 폭)를 제한한다. 제약은 보통 부호화기-버퍼 범위로 표현되는데, 이것은 부호화기에 의해 정해졌을 때 수신기에서 압축 비디오 스트림의 연속한 복호 및 표현을 보장한다.
도 2는 비디오 코딩 시스템의 이상적인 부호화기-복호기 모델을 도시한 것이다. 이 이상적인 모델 하에서, 비압축 비디오 프레임(201-203)은 Time(1) 라인으로 나타낸 바와 같이, 주어진 화상율, X 프레임/초로 부호화기(214)의 압축엔진에 입력된다. 압축된 프레임은 부호화기(214)에서 나와 Time(2) 라인으로 나타낸 바와 같이 동일 X프레임/초로 부호화기 버퍼(216)에 입력된다. 마찬가지로, 압축된 프레임은 복호기 버퍼(216)를 나와 X프레임/초로 채널(220)에 들어간다. 채널(220)은 압축된 비디오 프레임을 송신 소스에서 수신기로 전송하는 인터넷 등 임의의 송신매체의 일반적인 표현이다. 이상적인 경우에, 채널(220)의 지연(δC)은 일정한 값이다.
다음에, 압축된 프레임은 채널(220)을 나와 Time(3) 라인으로 나타낸 바와 같이, 부호화기(214)의 입력 및 출력에서 동일한 X프레임/초로 복호기 버퍼(232)에 입력된다. 복호기 버퍼(232)는 압축된 프레임을 복호기(234)로 전송하는데, 이 복호기는 프레임을 압축해제하여 압축해제된 프레임(251-253)을 프레임이 부호화기(214)에 입력되었던 원래의 X 프레임/초로 출력한다.
이상적으로, 엔드-엔드 버퍼링 지연(즉, 부호화기 버퍼(216)와 복호기 버퍼(232)에서 일어나는 총 지연)은 일정하다. 그러나, 압축 비디오 데이터의 동일한 것(예를 들면, 비디오 스트림의 특정 바이트)이 부호화기(216) 및 복호기 버퍼(232)에서 서로다른 지연들을 만난다. 이상적인 모델에서, 부호화기(214)에서 부호화 및 복호기(234)에서 복호화는 동시적이고 제로 실행시간을 요하며 데이터 패킷은 손실되지 않는다.
부호화기 버퍼 범위는 이산시간 합산을 사용하여 표현될 수 있다. 이산시간 영역 분석에서, Δ는 시간 단위로 엔드-엔드 지연(즉, 부호화기 버퍼(216) 및 복호기 버퍼(232) 및 채널지연(δC)을 포함하여)이다. 주어진 비디오 코딩 시스템에서, Δ는 부호화기-복호기 버퍼 모델에 입력되는 모든 프레임에 적용할 수 있는 일정 수이다.
이산시간 분석을 간단하게 하기 위해서, 엔드-엔드 버퍼링 지연(ΔT=Δ-δC)는 프레임 기간(T)의 정수배이다. 그러므로, NΔ=N(Δ-δC)/T는 비디오 프레임의 번호(N)로 부호화기 및 복호기 버퍼의 지연을 나타낸다. 본 발명 원리의 설명을 명확하고 간략하게 하기 위해서, 이하 프레임 구간 간격들로 명시된 시간단위들을 사용한다. 예를 들면, 도 2에 도시한 부호화기 시간 기준을 사용하여, n번째 프레임은 시간지수 "n"에서 부호화기 버퍼(216)에 입력된다. 복호기 버퍼(232)의 복호기 시간기준은 부호화기 버퍼(216)에 관하여, 채널지연(δC)만큼 옮겨진다.
프레임 간격 "i" 동안 부호화기(e)(214)의 출력에서 데이터 율(r)은 re(i)로 표현될 수 있다. 여기서 "데이터율"은 총칭적으로 사용된다. 이것은 비트율, 바이트율, 혹은 패킷율을 의미할 수도 있다. 마찬가지로, 복호기 버퍼(232)의 입력에서 데이터율은 rd(i)로서 표현될 수 있다. 이상적인 모델에 근거하여, re(iT) = rd(iT + δC). 더욱이, 상기 설정된 약정에 기초하여 re(i)=rd(i). 따라서, 부호화기 버퍼(216)의 범위는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 Bd max및 Be max는 각각 최대 복호기 및 부호화기 버퍼 크기이다.
이상적인 경우에, 제1 프레임이 부호화기(214)에 입력된 직후 부호화기(214)는 데이터 송신을 시작하는 것으로 가정된다. 그러므로, 기동 지연 ddf(즉, 제1 화상으로부터 데이터의 첫 번째 것이 복호에 앞서 복호기 버퍼(232)에서 소비되는 지연시간)은 엔드-엔드, 복호화기-복호기 버퍼지연와 같다:ddf=ΔT=TΔT.
본 발명의 일 실시예에서, ITD 버퍼(132)는 이상적인 버퍼모델 및 이상적인 부호화기-복호화기 버퍼 제약의 전술한 문제를 고려하여 언더플로 이벤트를 최소화한다. ITD 버퍼(132)는 재전송을 사용하여 손실된 패킷 복호에 기초한다.
도 3은 재전송 지원없이 스트리밍 비디오의 예를 든 엔드-엔드 전송의 간이화한 블록도이다. 간단하게 하고 명확하게 하기 위해서, 스트리밍 비디오 송신기(110)는 압축된 비디오 소스(305)로 대치되었으며 데이터망(120)은 채널(320)로 대치되었다. 압축된 비디오 소스(305)는 re(n)율로 데이터 패킷을 전송하며 채널(320)은 rtd(i) 율로 데이터 패킷을 전송한다. 비디오 재전송은 이 실시예에서 지원되지 않기 때문에, ITD 버퍼 모니터(138) 및 재전송 제어기(139)는 도면에서 생략되었다. 스트리밍 비디오 수신기(130)는 단순화되었으며 ITD 버퍼(132) 및 비디오 복호기(134)로 나타내었다.
전술한 바와 같이, ITD 버퍼(132)는 시간 및 데이터 단위 점유 모델을 일체화한다. IDT 버퍼(132)는 각각 'T'의 시간적인 구획으로 분할된다. 예로서, 파라미터 T는 비디오 시퀀스에서 프레임 주기일 수 있다. 주어진 구간 T에 관련된 데이터 패킷(비트, 바이트, 혹은 패킷)은 대응하는 시간 구획으로 버퍼된다. 시간단위에 관련된 모든 데이터 패킷은 "액세스" 유닛이라 칭한다. 예로서, 데이터 패킷(351, 352, 353)은 액세스 단위 An+1을 포함하며, 데이터 패킷(354)은 액세스 단위 An+2를 포함하며, 데이터 패킷(355, 356)은 액세스 단위 An+3을 포함한다.
시간간격 n 동안, n번째 액세스 단위 An은 복호기(134)에 의해 복호되고 있으며, 액세스 단위 An+1은 ITD 버퍼(132)의 출력에 가장 가까운 시간구획에 저장된다. 액세스 단위는 오디오 프레임, 비디오 프레임, 혹은 블록그룹(GOB) 등의 비디오 프레임의 부분일 수 있다. 그러므로, 액세스 단위를 복호 또는 디스플레이하는데 필요한 기간은 시간 구획 T의 기간과 동일하다. 시간간격 n 동안, 데이터가 ITD 버퍼(132)에 입력되는 율은 rtd(n)이다. 각 액세스 단위로 데이터 패킷의 수는 동일할 필요는 없다. 비디오 부호화기(114)에 사용된 압축 알고리즘은 각각의 액세스 단위가 동일 구간의 시간단위를 나타낼지라도 상이한 양만큼 연속한 액세스 단위로 데이터 패킷을 압축할 수 있다.
예를 들면, 액세스 단위 An+1에서 3개의 데이터 패킷(351-353)은 완전한 비디오 프레임, 프레임 1을 나타낼 수 있다. 단일 데이터 패킷(354)은 프레임 1과는 다른 프레임 2의 그 부분들만을 나타낼 수 있다. 그럼에도 불구하고, 데이터 패킷(354)은 프레임 1 데이터를 이미 알고 있다면 프레임 2를 생성하는데 충분하다. 프레임 1 및 프레임 2는 동일한 기간을 갖고 있기 때문에, 시간구획 T은 An+1및 An+2에 대해서 동일하다.
각각의 시간 구획은 각각의 패킷이 최대 크기 bmax(비트 혹은 바이트로)를 갖는 상태에서 최대 패킷 수 Kmax를 보유한다. 그러므로, 액세스 단위의 최대 크기 Smax는 Smax≥Kmax(bmax)일 수 있다. 비디오 부호화기(114)는 그 액세스 단위에서만 나타나는 새로운 패킷으로 각각의 액세스 단위를 시작한다고 가정한다.
시간지수 n에서 ITD 버퍼(132) 내 데이터량 Btd(n)은 Ba(n) 및 Bb(n) 항으로 기술될 수 있다. Ba(n)은 간격 n의 시작에서 ITD 버퍼(132) 내 연속하고 완전한 액세스 단위의 수를 나타내며, Bb(n)은 간격 n의 끝에서 ITD 버퍼(132) 내 총 연속한 데이터량을 나타낸다. Ba(n)에 대해서, 부분 데이터를 포함하는 시간구획은 카운트되지 않고 부분 구획 다음의 모든 구획들은 이들이 데이터의 완전한 액세스 단위를 포함할지라도 카운트되지 않는다. 그러므로, T·Ba(n)은 ITD 버퍼(132)가 시간지수 n에서 유지하는(더 이상의 데이터가 도달하지 않아도 언더플로로 되지 않고) 시간단위(예를 들면, 초)로 비디오가 얼마나 많은지를 나타낸다.
그러므로, Sn이 액세스 단위의 크기 n을 나타낸다면, Ba와 Bb간 관계는 다음의 식(2)로 나타낼 수 있다.
여기서 Sj는 시간구획 j에 대한 액세스 단위의 최대 크기이며, UB a (n)+1은 시간지수 n의 시작에서 시간 구획 Ba(n)+1에 저장된 부분(불완전한) 데이터 액세스 단위 An+B a (n)+1이다.
재전송이 실시예로서 지원될 때, ITD 버퍼(132)는 (a) 매 시간적인 시간간격 n의 시작에 데이터의 1 시간 구획(T)을 출력하며; (b) 손실된 패키(들)을 검출하고 관련된 네가티브 확인(NACK) 메시지를 송신기(110 혹은 305)을 송신하며; (c) 새로이 도착된 주(즉, 재전송되지 않은) 패킷을 연속적으로 저장하며; (d) 재전송된 패킷을 저장하는 능력을 필요로 한다. 이상적인 ITD 버퍼(132)는 임의의 손실된 데이터의 재전송에 의해 야기된 지연없이, 비디오 스트림의 데이터율을 유지한다. 즉, re(n)이 무손실 환경 하에서 이상화된 비디오 부호화기(114)에 의해 사용된 전송 데이터이면, 이상적인 ITD 버퍼(132)는 재전송 처리에 의해 야기된 열화없이 이 데이터율을 유지할 것이다. 재전송 요청 수에 의존하여, 부호화기 버퍼(116)는 ITD버퍼(12)에 의해 대응하는 조정으로 출력 데이터율 re(n)을 조정할 수 있다.
일 실시예에서, 복호기 버퍼(131)는 손실된 데이터의 검출 및 복구와 실제 구현에 관련된 지연에 필요한 시간을 보상하기 위해서 입력되는 비디오 스트림을 버퍼하는 것을 더한다. 이 보상시간만큼 모든 입력되는 비디오 스트림을 지연시킴으로써, 복호기 버퍼(131)는 복호하는데 필요한 연속한 율로 비디오 스트림 데이터를 출력한다. 재전송 제어기(139) 및 ITD 버퍼(132)는 패킷 부재를 검출하여 스트리밍 비디오 송신기(110)에 의한 재전송을 위해 NACK을 전송하는 시간을 최소화하는 처리를 포함한다. 손실된 소정 수의 패킷을 검출하는데 필요한 최소 시간 기간은 TL로 나타낸다. 일반적으로, TL은 ITD 버퍼(132)에 의해 예상된 것보다 나중에 도착하는 데이터에 의해 야기된 지연지터의 함수이다.
손실된 것으로 선언된 후에 패킷을 복구하기 위해서 스트리밍 비디오 수신기(130)에 필요한 최소 시간량은 TR로 나타낸다. 시간 TR은 스트리밍 비디오 수신기(130)가 스트리밍 비디오 송신기(110)에 NACK를 보내는데 필요한 시간과 재전송된 데이터가 스트리밍 비디오 수신기(130)에 도달하는데 필요한 시간(NACK 및 재전송된 데이터는 손실되지 않는다고 가정함)을 포함한다.
예시된 복호기 버퍼(131)는 손실된 패킷 간격동안 최소지연(TL+TR)로 재전송 패킷을 전송한다. 이상적인 복호기 버퍼(131)에 대한 임의의 비디오 데이터가 격게되는 최소 지연을 ddmin으로 나타내면, 재전송에 대한 총지연을 계상하기 위해서 최소 이상적인 지연에 더해질 수 있는 지연량(ΔR)은 다음의 식(3)과 같다.
여기서 x ＞0일 때 u(x) = x, x≤0일 때 u(x)=0이다.
복호기 버퍼(131)는 데이터의 복호 및 전송을 위한 시간을 제공하기 위해서 비디오 복호기(134)에 모든 출력 데이터를 버퍼하는 지연(ΔR)을 더하여, 연속한 비디오 스트림으로 된다. 그러므로, 총 부호화기 버퍼(116)에서 복호기 버퍼(113)의 출력 지연(ΔTOT)은 다음의 식(4)로 나타낼 수 있다.
ITD버퍼(132)는 재전송 시간요건에 대한 보상 및 언더플로 이벤트에 대한 방지로서 최소 수의 시간구획(Ba min)에 대한 버퍼링(저장)을 제공한다. ITD 버퍼(132)의 크기는 시간구획을 저장하기 위한 최소 및 최대 한계에 기초할 수 있다. 이들 한계를 결정하는 처리는 다음 절에 기술한다.
손실된 패킷 및 지연지터가 없을 때, 임의의 시간지수 n에서, ITD 버퍼(132)는 다음의 점유능력을 제공한다.
이상적인 ITD 버퍼(132)는 최대 복호지연(ddmax)를 가지며, ddmax≥Δdideal이다. 결국, 손실된 패킷 및 지연지터가 없을 때, 이상적인 ITD 버퍼(132)는 다음의 요건을 만족한다.
더욱이, 손실된 데이터 및 지연지터가 없을 때, 이상적인 ITD 버퍼(132)는 TB2(n)에 대한 저장요건을 제공하며 다음과 같이 경계를 갖는다.
지연지터에 대한 고찰에 따른 ITD 버퍼(132) 저장능력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
TE는 ITD 버퍼(132)에 대해 예상된 것보다 일찍 도착하는 패킷에 관련된 지연지터이다. 그러므로, ITD 버퍼(132)가 유지하는 최대 시간구간 수가 Ba min이면,
이다.
ITD 버퍼(132) 저장능력은 상기 식과, 최소 이상적인 저장요건과 데이터 전송에 관련된 지연에 기초한다. ITD 버퍼(132)는 Ba min로 나타낸 이상적인 부호화기 버퍼(116)에 의해 결정된 최소 크기를 갖는다. ITD 버퍼(132)는 ITD 버퍼(132)에 의해 도입된 지연과 예상된 것보다 일찍 도착한 데이터에 대해 조정하기 위해 부가된 저장을 제공한다. 이들 지연의 수용을 위한 ITD 버퍼(132) 저장요건(시간단위로)은 이하 보인바와 같이 Textra로 나타내어진다.
이러한 관계를 사용하여, Ba min상한(시간단위)을 만족하는 ITD 버퍼(132) 저장요건은 다음 상한 관계에 의해 나타난다.]
이상적인 ITD 버퍼(1332)는 제로인 최소 복호 지연(ddmin) 및 이상적인 엔드-엔드 버퍼링 지연(Δideal)을 갖는다. 이상적인 ITD 버퍼(132)의 크기는 TL+TR과 같은 여분의 최소의 지연을 제공하는 크기이며, 여기서 TL및 TR은 정수배의 기간 T인 것으로 가정한다. 최소 시간지연 요건은 이상적인 버퍼영역 ddmin=0 및 dmax= Δideal을 앞에서 기술한 ΔTOT에 대한 식에 대입하여 발견된다. 이 여분의 버퍼 요건은 NL+NR시간구획들을 저장하며, 여기서 TR=TR/T 및 N=TL/T이다. 따라서, 이상적인 ITD 버퍼(132)는 다음 시간구획 수에 대한 저장을 제공하는 것이다.
최대 복호 지연, ddmax= Δideal= ΔT는 ΔN 시간구획에 대응하기 때문에, Bb max는 또한 다음과 같이 기술된다.
여기서 NE=[TE/T]이다.
도 4는 ddmin=0(하한 레벨) 및 dmax= Δideal이라는 가정 하에서 ITD 버퍼(132)의 서로다른 영역들을 통한 데이터 패킷들의 흐름을 도시한 순서도이다. ITD 버퍼(132)의 데이터는 도면의 우측으로부터 입력되며 좌측의 비디오 복호기(134)로 나온다. 가장 최근에 수신된 데이터는 "재전송 요청영역의 너무-이른"(너무-이른)이라 한 버퍼영역 내에 있다. 버퍼의 너무-이른 영역 내의 위치에 의존하여, ITD 버퍼(132)는 NE, ΔN, 혹은 ΔL인 버퍼 지연을 도입한다. 이상적인 지연 ΔN을 포함하는 이 너무-이른 버퍼영역의 영역은 이상적인-버퍼영역이라 부른다. ITD 버퍼(132)는 이상적인 버퍼 영역을 이상적인 비디오 버퍼로서 관리한다. 즉 데이터 패킷은 이 영역을 통해 흐르며 버퍼요소(들)의 본연의 특성에 의해 지연될 뿐이다. 이상적인 ITD 버퍼(132)는 스트리밍 비디오 송신기(110)에서 복호기(131)(NE)로 비디오 스트림의 전송에 연루된 지연, 및 지연 또는 손실된 비디오 패킷(NL)에 의해 야기된 지연을 보상하기 위해 나머지 너무-이른 버퍼 영역들을 제공한다.
ITD 버퍼(132)는 초기화 및 재전송 요청의 수신에 대해 예상된 시간요건을 보상하기 위해서 재전송 영역에 지연(NR)을 제공한다. 복호기 버퍼(131)는 재전송 영역에 관련된 시간기간 동안 재전송 요청을 초기화한다.
이상적인 버퍼 및 재전송 영역은 서로다른 지연 파라미터들(ddmin, TR, TL)의 값들에 의존하여 겹쳐질 수 있음에 유념하는 것이 중요하다. 그러나, ddmin=0인 이상적인 ITD 버퍼(132)에 있어서 재전송 및 이상적인-버퍼 영역들은 겹치지 않는다.
ITD 버퍼(132)에 있어서 NE는 제1 화상의 복호에 앞서 버퍼에 입력되는 데이터의 첫 번째 것(혹은 액세스 단위)이 갖게 되는 지연량에 대응하는 초기 복호지연(ddf)을 나타낸다. 이 ddf는 특히 스트리밍 비디오 송신기(110) 및 경과된 시간 ddf동안의 데이터 망(120) 데이터 송신율들에 근거한다. 이상적인 경우에, ITD 버퍼(132)는 수신된 데이터가 이의 버퍼(저장) 영역들에 입력되는 이러한 동일한 데이터 율을 사용한다. 이상적인 복호기 버퍼(131)는 제1 액세스 단위가 Bd 0데이터로서 복호되는 시간 바로전에 ITD 버퍼(132)영역들 내의 데이터량을 인식한다. 이 Bd 0데이터는 "기동-지연" 데이터라고 하는 것으로 다음 관계로부터 결정된다.
ddmin=0일 때, 이상적인 복호기 버퍼(131)의 재전송 처리는 다음의 과정으로 구성된다.
이상적인-버퍼 영역은 기동-지연에 연관된 모든 데이터가 버퍼 내에 있게 될 때까지 채워진다. 손실된 이벤트는 이 시간간격 동안 일어날 수도 있기 때문에, 이들 데이터는 이들에 대해 신뢰성 있는 전송(예를 들면, TCP를 사용하여)에 의하는 등 특별한 방법으로 취급된다. 무손실 데이터에 대한 이상적인 조건은 다음과 같을 때 만족된다.
여기서 Bk는 임의의 순간에 이상적인 ITD 버퍼(132)의 시간 구획 k 에 저장되는 데이터량이다.
2. 식(15)가 만족된 후에, ITD 버퍼(132)는 버퍼출력을 향한 1구획만큼 모든 시간저장 구획들의 내용을 전진시킨다. 이어서, 이상적인 ITD 버퍼(132)는 모든 T 시간단위에 대해 이 과정을 반복한다. T의 NL+NR기간(즉 TL+TR후) 후에, 복호기(134)는 제1 액세스 단위를 복호하기 시작한다. 제1 액세스 단위의 복호가 시작할 때 시작하는 시간기간을 T1로 한다. 그러므로, 임의의 시간 기간 n(Tn)의 시작은 액세스 단위 An+k가 시간구획 k으로 이동하였을 때의 시간을 나타낸다. 이상적인 ITD 버퍼(132)는 손실된 재전송 버퍼 영역의 시간구획(NR)에서 누락 데이터를 고려한다. 이 상태는 다음과 같을 때 일어난다.
여기서 BNR(n)은 시간기간 n에서 시간구획 NR내의 데이터량이며 Sj는 액세스 단위 j의 크기이다. 이상적인 ITD 버퍼(132)은 데이터가 손실된 것을 판정하였을 때, 스트리밍 비디오 송신기(110)에 재전송 요청을 보낸다.
4. 이상적인 ITD 버퍼(132)는 도달하는 재전송된 데이터를 재전송 영역의 그들의 대응하는 시간구획들에 둔다. 재전송된 데이터가 수신되었다고 하면 이상적인 ITD 버퍼(132)는 재전송된 데이터를 이들의 대응하는 액세스 단위의 복호전에 비디오 복호기(134)에 전송한다.
도 5는 이상적인 버퍼 NL와 재전송 영역간에 겹친 ITD 버퍼(132)의 서로다른 영역들을 통한 데이터 패킷들의 흐름을 보인 순서도이다. 이 경우에, ITD 버퍼(132)는 ddmin≥TL+TR인 외곽 경계에 대해서, 이의 이상적인 버퍼 영역이 이의 재전송 영역과 완전히 겹치게 구성된다. 따라서, 복호기 버퍼(131)는 기동 지연에 관련된 모든 데이터가 도달된 후에, 수신된 비디오 스트림을 비디오 복호기(134)로 전송한다. 이어서, 비디오 복호기(134)는 더 지연없이 제1 액세스 단위를 복호한다. 복호기 버퍼(131)는 전술한 바와 같이 재전송 기능을 수행한다.
유사한 방식으로, 복호기 버퍼(131)는 ddmin이 (TL+ TR- ddmin)의 추가 지연과 함께 최소 경계영역과 최대 경계영역(즉, 0 ＜ ddmin＜ TL+ TR일 때) 사이의 값을 가질 때 일반적인 경우에 대해서 스트리밍 비디오 송신기(110)와 비디오 복호기(134)간 데이터 전송을 제공한다.
본 발명을 상세히 기술하였으나, 이 기술에 숙련된 자들은 이들이 본 발명의 가장 넓은 형태로 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 여러 가지 변경, 대치 및 변화를 행할 수 있음을 알 것이다.

Claims (21)

  1. 스트리밍 비디오를 복호할 수 있는 비디오 복호기(134)에 사용하기 위한 복호기 버퍼로서, 상기 스트리밍 비디오를 포함하는 데이터 패킷들을 스트리밍 비디오 송신기로부터 수신하고 상기 데이터 패킷들(351)을 복수의 액세스 단위들로 저장할 수 있고, 각각의 상기 액세스 단위들은 상기 스트리밍 비디오 내의 선택된 프레임에 연관된 적어도 하나의 데이터 패킷을 보유할 수 있는, 복호기 버퍼(132)에 있어서,
    상기 비디오 복호기(134)에 의해 보다 덜 즉시 필요로 되는 데이터 패킷들(351)을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 제1 버퍼 영역; 및
    상기 비디오 복호기(134)에 의해 가장 즉시 필요로 되는 데이터 패킷들(351)을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 재전송 영역을 포함하며, 상기 복호기 버퍼(132)는 상기 재전송 영역 내의 누락 데이터 패킷의 검출에 응답하여 상기 누락 패킷을 상기 스트리밍 비디오 송신기가 재전송할 것을 요청하는 복호기 버퍼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 패킷들(351) 중 적어도 하나는 상기 복호기 버퍼(132)의 기동 지연 시간과 동일한 시간기간동안 상기 제1 버퍼 영역에 저장되는 복호기 버퍼.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 패킷들(351)은 상기 제1 버퍼영역에 먼저 저장되고 상기 재전송 영역으로 시프트되는 복호기 버퍼.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있는 복호기 버퍼.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역의 적어도 일부와 겹치는 복호기 버퍼.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 모든 상기 재전송 영역과 겹치는 복호기 버퍼.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은, 늦은 데이터 패킷이 상기 늦은 데이터 패킷의 예상 도달시간에 대해서는 늦지만 상기 늦은 데이터 패킷의 재전송을 요청할만큼 늦지 않은 제2 버퍼영역에 의해 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있는 복호기 버퍼.
  8. 부호화된 스트리밍 데이터를 수신할 수 있는 수신기에 있어서,
    1) 상기 부호화된 스트리밍 데이터에 연관된 스트리밍 비디오 데이터를 디스플레이하는 것과, 2) 상기 부호화된 스트리밍 데이터에 연관된 스트리밍 오디오 데이터를 들을 수 있게 재생하는 것 중 적어도 하나를 행할 수 있는 장치(136);
    상기 부호화된 스트리밍 데이터를 복호할 수 있는 복호기(134); 및
    스트리밍 데이터 송신기로부터 상기 부호화된 스트리밍 데이터를 포함하는 데이터 패킷들(351)을 수신하고 상기 데이터 패킷들(351)을 복수의 액세스 단위들로 저장하는 디코더 버퍼(132)로서, 각각의 상기 액세스 단위들은 상기 부호화된 스트리밍 데이터의 선택된 부분에 연관된 적어도 하나의 데이터 패킷을 보유할 수 있는 복호기 버퍼(132)를 포함하며, 상기 복호기 버퍼(132)는,
    상기 비디오 복호기(134)에 의해 보다 덜 즉시 필요로 되는 데이터 패킷들(351)을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 제1 버퍼 영역; 및
    상기 비디오 복호기(134)에 의해 가장 즉시 필요로 되는 데이터 패킷들(351)을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 재전송 영역을 포함하며, 상기 복호기 버퍼(132)는 상기 재전송 영역 내의 누락 데이터 패킷의 검출에 응답하여 상기 누락 패킷을 상기 스트리밍 비디오 송신기가 재전송할 것을 요청하는 수신기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 데이터 패킷들(351) 중 적어도 하나는 상기 복호기 버퍼(132)의 기동 지연 시간과 동일한 시간기간동안 상기 제1 버퍼 영역에 저장되는 수신기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 데이터 패킷들(351)은 상기 제1 버퍼영역에 먼저 저장되고 상기 재전송 영역으로 시프트되는 수신기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있는 수신기.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역의 적어도 일부와 겹치는 수신기.
  13. 제12에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 모든 상기 재전송 영역과 겹치는 수신기.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은, 늦은 데이터 패킷이 상기 늦은 데이터 패킷의 예상 도달시간에 대해서는 늦지만 상기 늦은 데이터 패킷의 재전송을 요청할만큼 늦지 않은 제2 버퍼영역에 의해 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있는 수신기.
  15. 스트리밍 비디오를 복호할 수 있는 비디오 복호기(134)에 사용하기 위한 상기 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법에 있어서,
    상기 스트리밍 비디오를 포함하는 데이터 패킷들(351)을 스트리밍 비디오 송신기로부터 수신하고 디코더 버퍼(132)의 액세스 단위로 데이터 패킷들(351)을 저장하는 단계로서, 각각의 상기 액세스 단위들은 상기 스트리밍 비디오 내의 선택된 프레임에 연관된 적어도 하나의 데이터 패킷을 보유할 수 있는 단계;
    상기 비디오 복호기(134)에 의해 보다 덜 즉시 필요로 되는 데이터 패킷들(351)을, 데이터 패킷들(351)을 저장할 수 있는 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 상기 복호기 버퍼(132)의 제1 버퍼 영역에 저장하는 단계;
    상기 비디오 복호기(134)에 의해 가장 즉시 필요로 되는 데이터 패킷들(351)을, 적어도 하나의 액세스 단위를 포함하는 복호기 버퍼(132)의 재전송 영역에 저장하는 단계를 포함하며, 상기 복호기 버퍼(132)는 상기 재전송 영역 내의 누락 데이터 패킷의 검출에 응답하여 상기 누락 패킷을 상기 스트리밍 비디오 송신기가 재전송할 것을 요청하는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 데이터 패킷들(351) 중 적어도 하나는 상기 복호기 버퍼(132)의 기동 지연 시간과 동일한 시간기간동안 상기 제1 버퍼 영역에 저장되는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 데이터 패킷들(351)은 상기 제1 버퍼영역에 먼저 저장되고 상기 재전송 영역으로 시프트되는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 상기 재전송 영역의 적어도 일부와 겹치는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은 모든 상기 재전송 영역과 겹치는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 제1 버퍼영역은, 늦은 데이터 패킷이 상기 늦은 데이터 패킷의 예상 도달시간에 관하여 늦지만 상기 늦은 데이터 패킷의 재전송을 요청할만큼 늦지 않은 제2 버퍼영역에 의해 상기 재전송 영역으로부터 분리되어 있는, 스트리밍 비디오를 버퍼링하는 방법.
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