KR20020008620A - 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어전송 시스템 - Google Patents

데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어전송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터넷 또는 LAN망을 통해서 클라이언트에게 멀티미디어 정보를 제공하는 멀티미디어 전송시스템에 관한 것으로서, 특히 동영상 데이터를 하드웨어적으로 엠제이펙 코드 변환하고 클라이언트의 접속 네트워크(또는 시스템)의 데이터 전송(또는 수용)능력에 따라 비디오/오디오 합성률을 제어하여 전송하고 멀티미디어서버에 최적화된 플레이어를 제공함으로써, 클라이언트에게 고화질의 멀티미디어 정보를 실시간으로 제공하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템에 관한 것이다.

Description

데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템{The system for realtime transfering multimedia data}
본 발명은 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동영상 데이터를 하드웨어적으로 엠제이펙 코드 변환하고 클라이언트 네트워크(또는 시스템)의 데이터 전송(또는 수용)능력에 따라 비디오/오디오 합성률을 제어하여 전송함으로써, 클라이언트에게 고화질의 멀티미디어 정보를 실시간으로 제공하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템에 관한 것이다.
최근에 LAN(Local Area Network) 또는 인터넷과 같은 WAN(Wide Area Network) 등의 네트워크망이 폭넓게 보급되고 정보전달 및 데이터 압축기술이 발전함에 따라 영상 및 음성 그리고 그랙픽 등의 정보를 동시에 제공하여 정보전달의 정확성과 다양성을 도모하고 정보 수용자의 오감(현재는 시각과 청각)을 통한 정보 만족을 가능하게 하는 멀티미디어 서비스가 활성화되고 있다.
이러한 멀티미디어 서비스는 웹상에서의 실시간 인터넷 방송국 서비스 또는주문형 비디오 서비스(V.O.D), 화상회의, 사내 방송국 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
또한, 일반적으로 동영상 정보를 포함하는 멀티미디어의 데이터량이 방대하기 때문에, 웹상 또는 네트워크를 통한 실시간 모니터링 또는 방송을 위해서 다양한 압축 기술을 이용하여 데이터량을 축소 변환한 후 전송하고 사용자들은 멀티미디어 플레이어를 통해서 해당 데이터를 디코드하여 재생하게 된다.
하지만, 이와 같이 전송속도를 향상시키기 위해 압축률을 높이게 되면 일반적으로 동영상의 화질이 나빠지기 때문에 사용자는 만족할 만한 멀티미디어 서비스를 받는데 한계가 있다.
참고 도면 도 1은 실시간 멀티미디어 전송시스템의 일반적인 구성을 개괄적으로 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마이크 또는 카메라 등의 라이브소스 켑쳐수단(1)이 뉴스, 스포츠, 공연 등 실시간으로 진행되는 라이브 소스를 입수하여 멀티미디어 전송서버(2)에 유선 또는 무선 통신망을 통해서 실시간으로 전송하게 된다. 상기 멀티미디어 전송서버(2)는 상기 입수되는 미디어 아날로그신호를 일정한 주기로 샘플링한 후 이를 디지탈 신호로 변환하고, 비디오 데이터와 오디오 데이터를 정해진 비율로 혼합하고 특정한 코덱 변환을 이용하여 데이터를 압축한 후 LAN망(4) 또는 인터넷망(WAN)(6)을 통해서 서버(2)에 접속되는 클라이언트 PC(5, 7)에게 실시간으로 전송하게 된다.
또한, 웹서버(3)는 인터넷망(6)을 통해 접속되는 클라이언트에게 웹상에서멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 것으로서, 웹문서(HTML, CGI, ASP, JAVA 등)에 상기 데이터의 URL을 지정해 놓고 클라이언트가 이 웹문서를 요구하게 되면 이 URL을 통해 해당 데이터를 전송하게 되고, 클라이언트는 리얼 또는 미디어 플레이어 등으로 해당 라이브 소스를 재생하여 감상하게 된다.
하지만, 상기와 같은 종래의 인터넷 방송 또는 실시간 멀티미디어 전송시스템은 일반적으로 엠펙코덱(MPEG CODEC)을 이용하여 동영상 데이터를 압축하게 되는데, 엠펙 압축의 경우 250:1 이상의 고 압축이 가능함으로써 전송 데이터량을 줄이고 전송속도를 증가할 수 있지만 압축을 디코딩함에 있어서 비대칭적일 뿐만 아니라 재생시 화질이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 리얼시스템이나 미디어플레이어 등의 동영상 처리에서 일반적으로 사용되는 MPEG포멧이나 RA/RM포맷 등은 해상도를 높게 설정할 수록 전송 데이터량 많아져서 시간지연이 커지기 때문에 실제 실시간 전송시스템에서는 손실압축을 크게 함과 동시에 고화질을 위해서 디스플레이 화면을 아주 작게 만들어 실행하고 있는 실정이다.
또한, 상기 멀티미디어 전송서버(2)가 데이터를 압축하는데 있어서, CPU가 플로팅연산을 하면서 압축(MPEG 등) 소프트웨어와 연계되어 코덱 처리를 하기 때문에 연산 처리에 따른 전송속도의 지연이 발생할 뿐만 아니라 CPU의 처리능력에 부담을 주게 되어 클라이언트 접속수 감소 및 서버 다운 등을 유발할 수 있다.
한편, 클라이언트들은 다양한 네트워크 경로와 각자의 컴퓨터 시스템을 통해서 상기 멀티미디어 전송서버(1)에 접속하기 때문에 각 클라이언트마다 네트워크의 대역폭 또는 데이터 수용능력이 다르게 되는데, 이러한 클라이언트별 수용능력을무시하고 일률적으로 데이터를 전송하게 되면, 네트워크 상태(전용선, 전화선, 이용자 폭주 등)에 적절하게 대처하지 못할 뿐만 아니라 클라이언트들로서는 자신의 통신시스템에 대한 효율적인 멀티미디어 서비스를 제공받지 못하게 된다.
따라서, 상기와 같은 종래의 멀티미디어 전송시스템은 고화질의 동영상 및 음성정보를 실시간으로 전송하지 못하고 15초 이상의 지연시간이 발생하기 때문에, 인터넷상에서 제공되는 경마 또는 스포츠, 뉴스 등 실시간 정보가 중요한 서비스에 있어서, 지연시간 동안에 경기조작이 가능하고 무용한 정보가 되는 문제점이 있다.
또한, 주차장, 은행 감시카메라, 보안 시스템 등에서 실시간 고속전송을 하기 위해 불 명료한 화질로 데이터를 전송하기 때문에 차량, 범인 등의 신원을 정확하게 파악하지 못하게 되는 경우가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엠제이펙 코드변환 기법을 하드웨어로 구성, 이것을 이용하여 고화질의 화상정보를 유지할 뿐만 아니라 데이터 변환 및 전송, 데이터 재생 과정에서의 지연시간을 최대한 단축시킴으로써, 클라이언트에게 고화질의 멀티미디어 정보를 실시간으로 제공하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 멀티미디어 전송시스템의 구성을 개괄적으로 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 웹상에서 구현되는 실시간 멀티미디어 전송시스템의 구성을 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 플러그인 플레이어를 통한 실시간 멀티미디어 전송시스템의 구성을 도시한 블럭도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1. 라이브소스 켑쳐 수단 2,20. 멀티미디어 전송 서버
3,38. 웹서버 5,7,40. 클라이언트 PC
21. 비디오 캡쳐카드 22,26. A/D 변환부
23. 엠제이펙 코덱 24,28. PCI 컨트롤러
25. 오디오 캡쳐카드 27. 오디오 코덱
30. 멀티미디어 처리장치 33. 메인 프로세서
34. 서브 프로세서 35. 비디오/오디오 합성부
36. 송신용량 체크부 37. 클라이언트 소켓
43. 웹브라우저 50. 플러그인 플레이어
51. 비디오/오디오 분리부 53,55. 스트림 버퍼
56. 미디어 재생부
이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템은 아날로그형태의 동영상 신호를 입수하여 디지탈 변환 및 엠제이펙 코드 변환한 후 멀티미디어 처리장치에 전송하는 엠제이펙 코드변환장치와; 아날로그 음성신호를 입수하여 디지탈 변환 및 오디오 코덱 변환한 후 상기 멀티미디어 처리장치에 전송하는 오디오 코드변환장치와; 상기 입수되는 비디오 및 오디오 데이터를 클라이언트 네트워크의 대역폭에 따라 혼합비율을 제어하여 멀티미디어 스트림을 전송하는 멀티미디어 처리장치와; 상기 멀티미디어 스트림을 수신하여 비디오 및 오디오 신호를 복원하는 클라이언트 PC;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 2는 본 발명에 따른 웹상에서 구현되는 멀티미디어 전송시스템의 구성을 개괄적으로 도시한 블럭도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 멀티미디어 전송서버(20)와, 웹 서버(38)를 포함하는 웹 호스팅 서버가 클라이언트 PC(40)가 인터넷망 등의 네트워크를 통해서 상호 연계되는 것으로서, 실시간으로 진행되는 라이브 소스를 데이터 변환 및 압축과정을 거쳐 상기 웹 서버(38)에 접속된 클라이언트들에게 실시간으로 전송하게 된다.
상기 멀티미디어 전송서버(20)는 카메라 등으로부터 아날로그형태의 동영상 신호를 입수하여 디지탈 변환 및 엠제이펙 코드 변환한 후 멀티미디어 처리장치(30)에 전송하는 비디오 켑쳐 카드(21)와, 마이크 등으로부터 아날로그 음성신호를 입수하여 디지탈 변환 및 오디오 코드 변환한 후 상기 멀티미디어 처리장치(30)에 전송하는 오디오 켑쳐 카드(25)와, 상기 입수되는 비디오 및 오디오 데이터를 클라이언트 네트워크의 대역폭에 따라 혼합비율을 제어하여 전송하는 멀티미디어 처리장치(30)와, 웹상에서 접속하는 클라이언트에게 웹 전송형식으로 멀티미디어 데이터를 전송하는 웹처리서버(38)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 비디오 캡쳐카드(21)는 카메라 등으로부터 아날로그 비디오신호를 수신하여 일정한 주기(또는 초당 프레임수 fps 와 샘플링 비율 bitrate)로 샘플링하고 이를 디지탈신호로 변환하여 RGB형태의 동영상 원본 파일을 형성하는 A/D 변환부(22)와, 상기 A/D 변환부(22)에서 수신된 RGB 데이터를 JPEG 포멧에 따라 인코드하여 특정의 압축비율로 압축하는 M-JPEG 코덱(23)과, 상기 인코드된 M-JPEG 데이터를 상기 멀티미디어 처리장치에 고속으로 전송처리되도록 하는 PCI 컨트롤러(24)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 오디오 켑쳐 카드(25)는 마이크 등으로부터 수신되는 아날로그 음성신호를 일정주기로 샘플링한 후 디지탈 데이터로 변환하는 A/D 변환부(26)와, 상기 디지탈 음성 데이터를 특정의 압축 포멧으로 인코드하여 압축하는 오디오 코덱(27)과, 상기 압축된 오디오 데이터를 상기 멀티미디어 처리장치(30)에 고속으로 전송처리하기 위한 PCI 컨트롤러(28)로 이루어질 수 있다. 상기 오디오 코덱(27)으로는 MPEG Layer-3, Windows Media 오디오 코덱, Voxware 등의 오디오 코덱 변환이 이용될 수 있다.
상기와 같이 방대한 데이터량을 갖는 동영상 데이터(RGB 형태의 데이터)를 압축(인코더)함에 있어서, 상기 비디오 캡쳐카드(21)에서 엠제이펙 코드 변환처리가 CPU를 거치지 않고 상기 엠제이펙 코덱(23)에 의해 하드웨어적으로 곧바로 이뤄지기 때문에, 상기 멀티미디어 처리장치(30)의 CPU 등의 프로세서(33, 34)에 걸리는 업무가 상대로 작아지게 되고 클라이언트의 연결자체에도 훨씬 안정적인 성능을 발휘하며, 많은 클라이언트가 연결되어도 속도저하가 발생하지 않을 수 있다.
한편, 상기 멀티미디어 처리장치(30)는 상기 비디오 켑쳐카드(21)에서 수신되는 엠제이펙 형태의 비디오 데이터를 일시 저장하는 비디오 버퍼(31)와, 상기 오디오 켑쳐카드(25)에서 수신되는 오디오 데이터를 일시 저장하는 오디오 버퍼(32)와, 클라이언트 PC(40)로 전송되는 일정 시간당 데이터량을 각 클라이언트 소켓(37)별로 체크하여 클라인언트의 데이터 수용능력을 판단하는 송신용량 체크부(36)와, 상기 체크된 클라이언트의 데이터 수용능력에 따라 비디오 신호와 오디오 신호의 혼합비율을 조정하여 해당 클라이언트 소켓(37)을 통해 전송하는 비디오/오디오 혼합부를 포함하여 구성된다.
메인 프로세서(33)는 솔라리스, 리눅스, 프리비에스디 등의 유닉스 O/S 운영체제를 통해 캡쳐카드(21)와 오디오카드(25) 제어에 의한 데이터의 변환 및 전송, 클라이언트 접속 등 서버(20)에서 이뤄지는 전반적인 처리과정을 제어하기 위한 프로세서이다.
서브 프로세서(34)는 클라이언트가 상기 서버(20)에 접속하는 경우 클라이언트의 소켓(37)을 생성하고 각 클라이언트에 대한 업무를 처리하기 위한 프로세서로서, 각 클라이언트에 대한 소켓 생성 및 비디오/오디오 혼합비율 조정, 송신 데이터량 체크 등의 처리를 제어한다.
한편, 상기 비디오/오디오 혼합부(35)는 일정량의 비디오 프레임 데이터와 오디오 프레임 데이터를 혼합하여 일련의 멀티미디어 스트림을 구성하기 위한 것으로서, 일정한 시간동안 송신되어진 데이터의 량을 계산하여, 저속의 네트워크망과 저성능의 클라이언트 PC에 전송하는 경우는 상대적으로 비디오 데이터의 구성비율을 감소하여 네트워크의 부담을 줄여주고 네트워크의 수용대역폭이 클 경우는 오디오에 대한 비디오 데이터의 상대적 구성비율을 증가함으로써 클라이언트로 하여금 고화질의 동영상을 감상할 수 있게 한다. 따라서, 상기 비디오/오디오 혼합부(35)는 네트워크망 또는 클라이언트 PC의 데이터 수용능력에 대하여 최적의 혼합비율로 데이터를 전송함으로써 클라이언트는 자신의 환경하에서 최상의 멀티미디어 서비스를 받을 수 있게 된다. 또한, 네트워크망 또는 클라이언트의 데이터 수용능력은 각 클라이언트 소켓(37)별로 일정시간당 데이터 전송률을 체크하여 판단하게 된다.
또한, 상기 멀티미디어 전송서버(20)에 연결된 웹서버(38)에는 다수의 웹프로그램(39)을 구비하여 인터넷망(6)을 통해 접속되는 클라이언트 PC(7)에 상기 멀티미디어 데이터를 웹 형식으로 변환하여 웹상에서 제공한다.
한편, 클라이언트는 웹브라우저(43)를 통해서 상기 웹서버(38)에 접속한 후 멀티미디어 스트림데이터를 비디오와 오디오로 분리하여 엠제이펙 디코더(41)를 통해 비디오 데이터를 복원하고 상기 오디오 인코더(코덱)(27)와 동일한 압축 포맷을 갖는 오디오 디코더(42)를 통해서 라이브 오디오 신호를 복원하여, 노버퍼링 및 노 다운로드 상태로 웹상에서 라이브 소스를 실시간으로 감상할 수 있게 된다.
하지만, 웹상에서 처리하기 위해 자바 애플릿 등의 형식으로 변환하는 과정에서 전송의 지연이 발생하고 자바 애플릿으로 이루어진 플레이어가 상기 웹서버(38)로부터 전송되는 멀티미디어 스트림을 모두 처리하지 못할 수 있기 때문에 본 발명은 다음과 같이 클라이언트로 하여금 플러그인 플레이어(50)를 자신의 컴퓨터 PC에 설치하도록 하여 상기 멀티미디어 전송서버(20)와 직접적인 전송이 이뤄지도록 할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 플러그인 플레이어를 통한 멀티미디어 전송시스템의 개괄적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 클라이언트 PC(5, 7)는 비디오/오디오 분리부(51)와, 엠제이펙 디코더(52)와, 오디오 디코더(54)와, 스트림 버퍼(53, 55)와, 미디어 재생부(56)로 이루어 지는 플러그인 플레이어(50)를 포함하여 상기 멀티미디어 전송서버에 직접 접속할 수 있다.
상기 플러그인 플레이어(50)는 상기 멀티미디어 서버(20)에 최적으로 호환되게 구성되어 서버의 성능을 최대한으로 발휘할 수 있도록 하는 것으로서, 클라이언트가 상기 플레이어(50)를 실행하게 되면 자동으로 상기 서버(20)에 접속하게 되고 서버와 네트워크 라인의 한계성능까지의 능력을 끌어내도록 이루어 진다.
또한, 본 발명은 통신망이나 다른 장애로 인해 발생될 수 있는 이상 디스플레이현상을 방지하기 위해 일정 용량의 스트림 버퍼(53, 55)를 구비할 수 있다.
한편, 비디오 데이터에 대한 스트림버퍼(53)는 FiFo 버퍼로 이뤄질 수 있으며, 이는 디코딩된 비디오 데이터를 일시적으로(약 0.5~2초) 저장한 후 상기 미디어 재생부(56)를 통해 디스플레이함으로써, 네트워크의 불안 등에 따른 화면 단절현상을 방지하는 기능을 한다.
오디오 데이터에 대한 스트림버퍼(55)는 원형버퍼로 이뤄질 수 있으며, 이는 디코딩된 오디오 데이터를 저장하여 네트워크 불안으로 멀티미디어 스트림이 단절되는 경우 상기 저장된 오디오 데이터를 지속적으로 재생하게 되어 단절현상을 극복하게 된다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 엠제이펙 코드 변환을 하드웨어적으로 처리하고 접속된 네트워크의 전송능력을 판단하여 비디오/오디오 혼합비율을 최적의 상태로 전송하게 됨으로써, 멀티미디어 전송시간을 최대한으로 단축하여 실시간 방송을 가능하게 하고 클라이언트로 하여금 고화질의 멀티미디어 서비스를 감상할 수 있게 한다.

Claims (5)

  1. 아날로그형태의 동영상 신호를 입수하여 디지탈 변환 및 M-JPEG 코덱 변환한 후 멀티미디어 처리장치에 전송하는 비디오 캡쳐카드와;
    아날로그 음성신호를 입수하여 디지탈 변환 및 오디오 코덱 변환한 후 멀티미디어 처리장치에 전송하는 오디오 캡쳐카드와;
    상기 입수되는 비디오 및 오디오 데이터를 클라이언트 네트워크의 대역폭에 따라 혼합비율을 제어하여 멀티미디어 스트림을 전송하는 멀티미디어 처리장치와;
    상기 멀티미디어 스트림을 수신하여 비디오 및 오디오 신호를 복원하는 클라이언트 PC;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 클라이언트가 웹브라우저를 통해서 노버퍼링, 노 다운로드 상태로 웹상에서 라이브 소스를 실시간으로 감상할 수 있도록 웹서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 비디오 켑쳐카드는 카메라 등으로부터 아날로그 비디오신호를 수신하여 일정한 주기로 샘플링하고 이를 디지탈신호로 변환하는 A/D 변환부와, 상기 A/D 변환부로부터 RGB 데이터를 수신한 후 엠제이펙 포멧에 따라 하드웨어적으로 인코드하여 압축하는 엠제이펙 코덱를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 멀티미디어 처리장치는 상기 비디오 켑쳐카드에서 수신되는 M-JPEG형태의 비디오 데이터를 일시 저장하는 비디오 버퍼와, 상기 오디오 카드에서 수신되는 오디오 데이터를 일시 저장하는 오디오 버퍼와, 클라이언트 PC로 전송되는 일정 시간당 데이터량을 각 클라이언트 소켓별로 체크하여 클라인언트의 데이터 수용능력을 판단하는 송신용량 체크부와, 상기 체크된 클라이언트의 데이터 수용능력에 따라 비디오 신호와 오디오 신호의 혼합비율을 조정하여 해당 클라이언트 소켓을 통해 전송하는 비디오/오디오 혼합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 클라이언트 PC는 멀티미디어 전송서버에 최적화된 플러그인 플레이어를 구비하고, 디코딩되는 비디오 데이터를 일정량 저장하는 FiFo 스크림버퍼와, 디코딩되는 오디오 데이터를 일정량 저장하는 원형 스트림버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신량에 따른 비디오/오디오 합성률 제어 및 하드웨어적 엠제이펙 변환을 이용한 실시간 멀티미디어 전송 시스템.
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