KR20040065234A - Ｍｐｅｇ-4 ｆｇｓ 무선 전송 시스템용 변조 알고리즘 - Google Patents

Ｍｐｅｇ-4 ｆｇｓ 무선 전송 시스템용 변조 알고리즘 Download PDF

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KR20040065234A
KR20040065234A KR10-2004-7008601A KR20047008601A KR20040065234A KR 20040065234 A KR20040065234 A KR 20040065234A KR 20047008601 A KR20047008601 A KR 20047008601A KR 20040065234 A KR20040065234 A KR 20040065234A
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compression
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fgs
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KR10-2004-7008601A
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미한조세프
반데르샤아르미헬라
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 가변 대역폭 전송을 위한 MPEG-4 FGS 압축 비디오 스트림을 변조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 비디오 스트림의 소스가 제공되고, 비디오 압축, 에러 정정 코드 생성, 또는 심벌 컨스털레이션 맵핑 중 하나 이상을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하기 위한 수단을 갖는 디스플레이가 제공된다. 소스 비디오 스트림은 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위해 MPEG-4 FGS 압축을 사용하여 압축된다. 비디오 압축은 디스플레이로부터의 제어 입력 신호에 기초하여 선택적으로 수행된다. 압축 비디오 스트림을 위한 에러 정정 코드가 부가될 수도 있고, 그의 생성 및 부가는 디스플레이로부터의 제어 입력 신호에 기초하여 선택적으로 제어될 수도 있다. 다음, 최종 비디오 심벌들은 컨스털레이션들에 맵핑될 수도 있고, 이 맵핑은 또한 제어 입력 신호에 기초하여 선택적으로 제어된다. 최종 압축 출력 비디오 스트림은 이어서 디스플레이에 전송된다.

Description

ＭＰＥＧ-4 ＦＧＳ 무선 전송 시스템용 변조 알고리즘{Modulation algorithm for a MPEG-4 FGS wireless transmission system}
"MPEG"은 일반적으로 동영상 전문가 그룹에 의해 개발된 비디오 및 오디오 압축을 위한 표준들의 발전 추세를 나타낸다. 디지털 전송을 위한 동영상의 압축을 위한 필요성은 이용 가능한 대역폭들과는 대조적으로 비압축 비트율들의 피상적인 조사에서조차 명백해진다. MPEG-1은 초당 약 150만 비트의 전송율에서 순차적인 비디오를 코딩하기 위해 설계되었다. 이는 특히 비디오-CD 및 CD-i 미디어를 위해 설계되었다. MPEG-2는 초당 400만 비트의 전송율들에서 인터레이스된 이미지들(interlaced images)을 코딩하기 위해 설계되었다. MPEG-2 표준은 디지털 텔레비전(DTV) 브로드캐스트들, 디지털 다기능 디스크(DVD) 기술, 및 비디오 저장 시스템들과 같은 다양한 적용들에 사용된다. MPEG-4는 인터넷 비디오 전송 및 무선 통신들 시장을 목표로 더욱 유동성 있는 코딩 표준을 사용하는 매우 낮은 비트율 적용들을 위해 설계되었다.
MPEG4 비디오 압축 표준은 다양한 시간적 및 공간적 해상도들에서의 임의의 형상의 비디오 객체 평면(VOP)의 콘텐트 기반 접속 또는 전송을 허용한다. MPEG4는 객체 및 품질 스케일 가능성 모두를 지원한다. FGS(Fine Granularity Scalable)은 MPEG4 표준에 의해 채택되는 스케일 가능 코딩 방식의 한 형태이다. FGS 인코딩 방식은 2개의 계층들: 고정된 최소 한계 비트율로 각각의 프레임을 인코딩하는 기초 계층; 및 원래 화상과 재구성된 기초 계층 화상 사이의 차이를 인코딩하는 하나 이상의 향상 계층들로 MPEG4 비트스트림이 인코딩되게 한다. 향상 계층은 비트플레인(bitplane) 코딩 방식을 거쳐 인코딩되고, 따라서 향상 계층 비트스트림들은 임의의(세분화된) 수의 향상 계층의 비트 플레인들이 전송 대역폭에 따라 디코더에 전송될 수 있다는 점에서 스케일 가능하다. FGS 코딩 방식은 MPEG4 버전 4에 의해 완성되었다.
MPEG-4 디코더는 단지 기초 계층만을 또는 기초 계층 및 FGS 향상 계층의 임의의 부분 집합을 디코딩할 수도 있다. 이는 디코딩 디바이스가 제한된 또는 가변 대역폭이고 저장 용도들일 때 유용하다.
또한 스트리밍 프로파일이라 칭하는, FGS 프로파일은 스트리밍 적용들을 위한 비디오 코딩 도구로서 MPEG-4에 의해 최근에 채택되었다. FGS는 2001년 3월에 국제 표준이 되었다. FGS는 이하의 것을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아닌 무선 비디오 스트리밍을 위한 다수의 장점들을 제공한다.
- 매우 다수의 동시 유니캐스트(주문형) 스트림들을 출력할 때(트랜스코딩또는 동시 접근들과는 달리) 최소 실시간 처리 및 전송율 제어를 수행하기 위한 스트리밍 서버의 가용화.
- 수신기들(예를 들면, GSM 등)의 이종 저속 기술들에 기인하는 또는 네트워크 조건들의 동적 변화(예를 들면, 혼잡 이벤트들)에 기인하는 예측 불가능한 대역폭 변동들에 대한 적응성의 제공.
- 스케일 가능 복잡성 디코딩을 허용함으로써, 낮은 전력 디바이스들(즉, 이동 전화들) 및 공통 수신기들(예를 들면, 셋탑 박스들 및 디지털 텔레비전들)에 부가하여 강력한 컴퓨터들, 상이한 품질을 갖는 임의의 소정 비디오 콘텐트의 스트림 및 디코딩 기회의 제공.
- 멀티캐스트 및 유니캐스트 적용들 모두를 지원하는 능력의 허용. 이는, 일반적으로 상이한 형태들의 적용들을 만족시키도록 상이한 포맷들로 콘텐트를 코딩하기 위한 필요성을 제거한다. 더욱이, 멀티캐스트 적용들에 있어서, 스케일 가능 코딩된 스트림들은 전송을 위한 더 적은 대역폭을 요구한다.
- 인터넷 및 무선 네트워크들에 걸쳐 상당히 공통인 패킷 및 비트 에러 손실들에 대한 탄력성(resiliency) 가용화.
FGS 구조
FGS 프레임워크에 관한 부가 정보는 본원에 참고로 포함되는 에이취. 라다(H. Radha), 엠. 반 데르 샤르(M. van der Schaar), 및 와이. 첸(Y. Chen)에 의한 "IP를 통한 멀티미디어 스트리밍을 위한 MPEG-4 FGS 비디오 코딩 방법" 멀티미디어 상의 IEEE 트랜잭션들, 2001년 3월, Vol. 3, No. 1에 이용 가능하다.
MPEG-4 종속성 비스케일 가능한 코더로 코딩되는 기초 계층에 부가하여, FGS는 순차적인(세분화된) 방식으로 코딩된 단일의 향상 계층로 구성된다.
기초 계층은, 이용 가능 대역폭(시간 변화 네트워크에 걸친)의 비트율이 항상 RBL보다 크도록(RBL≤Rmin) 선택된 비트율 RBL로 코딩되고, 여기서 Rmin은 대역폭의 최소 비트율이다. 그 후, 향상 계층은 비트율 (Rmax-RBL)을 사용하여 인코딩 시간에 오버 코딩(over-coding)되고, 여기서 Rmax는 대역폭의 최대 비트율이다. 다음, 향상 계층은 낮은 복잡성 비트 플레인 매립 이산 코사인 변환(DCT) 알고리즘을 이용함으로써 순차적으로(비트 플레인 대 비트 플레인) 코딩된다. 순차적인 순서에서, 더 많은 유효 비트 플레인들이 최하위 비트 플레인들에 앞서 전송된다. 향상 계층 프레임들은 화면내 코딩되지만, 시간적 리던던시 개발로부터의 코딩 효율은, MPEG-4 움직임 보상 방식이 기초 계층에 이용되기 때문에 부분적으로 유지된다.
스트리밍 서버에서, 향상 계층은 전송 시간에 이용 가능한 대역폭을 완전히 이용하여 기초 계층 비디오를 향상시킨다. FGS 구조는, 향상 계층 내의 패킷- 또는 비디오- 손실들이 전파되지 않기 때문에 기초 계층 비디오가 신뢰적으로 전달되는 한, 탄력적 비디오 전송을 허용한다.
FGS에 의한 멀티캐스팅
멀티캐스팅 적용들에 있어서, FGS는 또한 인코딩, 스트리밍, 및 디코딩 프로세스들을 위한 유동성 프레임워크를 또한 제공한다. 유니캐스트 경우와 동일하게, 인코더는 임의의 소정 범위의 대역폭[Rmin=RBL, Rmax=REL]을 사용하여 비디오 스트림의 콘텐트를 압축하고, 여기서 REL은 향상 계층의 비트율이다. 따라서, 동일한 압축 스트림들이 유니캐스트 및 멀티캐스트 적용들 모두에 사용될 수 있다. 전송시에, 멀티캐스트 서버는, 그 각각이 총 대역폭의 임의의 소정 부분을 점유할 수 있는 임의의 바람직한 수의 "멀티캐스트 채널들"로 FGS 향상 계층을 분할한다. 디코더 측에서는, 수신기는 "기초 계층 채널" 및 수신기가 접속 가능한(예를 들면, 수신기 접속 대역폭에 따라) 임의의 수의 FGS 향상 계층 채널들에 "서명(subscribe)"할 수 있다. 수신기가 서명하는 FGS 향상 계층 채널들의 수에 무관하게, 디코더는 단지 단일 향상 계층만을 디코딩해야 한다는 것을 주목하는 것이 중요하다.
따라서, 멀티캐스팅에 있어서, 각각의 수신기는 동일한 소스 인코더로부터 채널 조건들에 따라 상이한 품질의 비디오 스트림을 수신할 수 있다. 인코더는 예측된 채널 조건들에 따라 기초 계층와 향상 계층들 사이의 비디오 데이터를 분할할 수 있다.
더욱이, MPEG-4에 의해 표준화된 FGS 코딩 방식은 또한 상술한 FGS 신호 대 잡음비(SNR) 스케일 가능성에 부가하여 FGS 시간적 스케일 가능성을 포함한다. 더욱이, 공간 스케일 가능성이 또한 공지된 바와 같이 용이하게 부가될 수 있다. 따라서, FGS 트레이드-오프들(trade-offs)이 SNR, 시간적 및 공간적 차원들에 수행될 수 있고, 다양한 우선권들이 다양한 계층들에 할당될 수 있다. 이러한 관계로, 다양한 FEC 레벨들이 동등하지 않은 에러 보호를 보장하도록 상이한 계층들에 할당될 수 있다. 이러한 방법은 수반된 다양한 디바이스들의 성능들에 따라 또한 수행될 수 있다.
현재의 무선 통신 시스템들은 독립적인 방식으로 개발되었다. 물리 계층, MAC 계층 및 소스 코딩은 모두 서로 독립적으로 개발되었다. 각각의 계층은 가능한 정도로 효율을 위해 최적화되었다. 미래의 개선들을 위해, 상이한 계층들을 교차하는 알고리즘의 조합 형태가 요구된다.
따라서, 무선 전송을 위해 비디오 스트림의 최적화를 향상시키도록 변조와 MPEG-4 FGS 인코딩을 조합하기 위한 방법 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 비디오 스트림이 전송되고 있는 계층에 기초하여 MPEG-4 FGS 전송의 물리 계층을 최적화하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 FGS 알고리즘과 같은 스케일 가능한 비디오 코딩 방식(scheme)들에 특정한 유니크 형태의 소스 채널 코딩을 이용한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대표적인 조합형 FGS 변조 방식의 다이어그램.
도 2는 클라이언트 수신기/디스플레이 디바이스로부터의 피드백의 사용에 의한 비디오 스트림의 변조를 위한 본 발명의 대표적인 프로세스의 흐름도.
도 3은 본 발명의 대표적인 실시예에 사용되는 바와 같은 64 QAM 컨스털레이션을 도시하는 다이어그램.
도 4는 물리 계층들 상의 다양한 MPEG-4 FGS 계층들의 다중화를 위한 본 발명의 대표적인 프로세스의 개략 다이어그램.
도 5는 본 발명의 대표적인 실시예에 따른 IEEE 802.11a LAN 물리 계층 인코딩 상의 MPEG-4 FGS 계층 패킷들 맵핑의 예를 도시하는 도면.
본 발명의 목적 및 장점들이 설명되고 이어지는 설명으로부터 명백해질 뿐만 아니라, 본 발명의 실시에 의해 학습될 것이다. 본 발명의 부가의 장점들은 기록된 설명 및 그의 청구범위, 뿐만 아니라 첨부된 도면들로부터 특히 강조된 방법들 및 시스템들에 의해 실현되고 획득될 것이다.
이들 및 다른 장점들을 성취하기 위해 및 실시되고 설명된 바와 같은 본 발명의 목적에 따라, 본 발명은 압축 비디오 스트림이 FGS을 사용하는, 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림 변조 방법을 포함한다. 먼저, 비디오 스트림의 소스가 제공되고, 뿐만 아니라 비디오 압축을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하기 위한 수단을 갖는 디스플레이가 제공된다. 다음, 소스 비디오 스트림은 기초 계층 및 적어도 하나의 향상 계층을 갖는 압축 출력 비디오 스트림을 생성하도록 FGS에 의한 비디오 압축을 사용하여 압축된다. 수행된 비디오 압축은 디스플레이로부터의 제어 입력 신호에 기초한다. 최종 압축 출력 비디오 스트림은 이어서 디스플레이를 위해 전송된다.
다른 실시예에서, 압축 비디오 스트림의 전송의 채널 코딩이 전송된 비디오 스트림의 물리 계층의 계층적 변조에 의해 로버스트하고 보다 덜 로버스트하게 수행된다.
또 다른 실시예에서, 압축 비디오 스트림의 전송의 채널 코딩은 전송된 비디오 스트림의 물리 계층의 시분할 변조에 의해 로버스트하고 보다 덜 로버스트하게 수행된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 또한 압축 비디오 스트림이 FGS를 사용하는 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림 변조 방법을 포함한다. 비디오 스트림의 소스 및 에러 정정 코드 생성을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하기 위한 수단을 갖는 디스플레이가 제공된다. 다음, 소스로부터의 비디오 스트림은 압축 출력 비디오 스트림을 생성하도록 MPEG-4 FGS 압축과 같은 FGS에 의한 압축을 사용하여 압축된다.
다음, 에러 정정 코드는 압축 비디오 스트림을 위해 생성되고, 에러 정정 코드 생성의 제어가 디스플레이로부터의 제어 입력 신호에 기초한다. 다음, 생성된 에러 정정 코드는, 디스플레이로 이후에 전송되는 에러 정정 코드를 갖는 압축 출력 비디오 스트림을 생성하도록 압축 출력 비디오 스트림에 부가된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 압축 비디오 스트림이 FGS를 사용하는 가변대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림 변조 방법을 포함한다. 먼저, 비디오 스트림의 소수 및 컨스털레이션들에 대한 비디오 심벌들의 맵핑을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하기 위한 수단을 갖는 디스플레이가 제공된다. 다음, 소스로부터의 비디오 스트림은 압축 출력 비디오 스트림을 생성하도록 FGS에 의한 압축을 사용하여 압축된다. 이 압축된 비디오 출력 스트림의 비디오 심벌들은 이어서 컨스털레이션들에 맵핑되고, 맵핑은 디스플레이로부터의 제어 입력 신호에 기초하여 제어된다. 최종 맵핑된 압축 출력 비디오 스트림은 이어서 디스플레이에 전송된다.
본 발명은 또한 압축 비디오 스트림이 FGS을 사용하는 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림 변조 시스템을 포함한다. 시스템은 비디오 스트림의 소스, 비디오 압축을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하기 위한 수단을 갖는 디스플레이, 비디오 소스 스트림으로부터 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위한 FGS를 갖는 비디오 스트림 압축 엔진, 및 압축 출력 비디오 스트림을 디스플레이로 전송하기 위한 송신기를 포함하고, 비디오 압축은 디스플레이로부터의 제어 입력 신호에 기초하여 수행된다.
상기의 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명 모두는 예시적인 것이며, 청구된 발명의 부가의 설명을 제공하기 위해 의도된다는 것을 이해한다.
본 명세서에 포함되고 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 방법 및 시스템의 부가의 이해를 설명하고 제공하기 위해 포함된다. 설명과 함께, 도면들은 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
이하의 설명은 당 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 수행하고 사용하는 것을 가능하게 하도록 제시된다. 바람직한 실시예의 다양한 변경들이 당 기술 분야의 숙련자들에게 즉시 명백해질 것이며, 본원에 설명된 개시 내용은 첨부된 청구범위 및 본 발명의 사상 및 범주로부터 일탈하지 않고 다른 실시예들 및 적용들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 의도되는 것은 아니고, 본원에 설명된 개시 내용과 일치하는 광범위한 범주에 따르도록 의도된다.
본 발명에 따르면, 감소된 대역폭 전송을 위한 FGS 비디오 스트림을 변조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 한정이 아닌, 예시를 위해, 본원에 실시된 방법 및 시스템은 MPEG-4 FGS 전송의 물리 계층의 최적화에 관련된다. MPEG-4 압축에 대한 참조가 수행되지만, 상기 방법 및 시스템은 이용 가능하거나 개발된 대안적인 신호 압축 기술에 사용될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 최적화는 비디오 스트림을 디스플레이 하기 위해 수신기 또는 디스플레이 디바이스로부터의 피드백 및 전송되는 비디오 스트림의 계층에 기초한다.
유리하게는, 시스템 및 방법은 물리 계층, MAC 계층 및/또는 소스 코딩 계층에 대한 다수의 변조 알고리즘들 중 하나의 적용을 개별적으로 또는 다양한 형태로 수반할 수도 있다. 이 변조는 디스플레이 디바이스로부터의 제어 신호에 의해 선택적으로 제어된다.
도 1은 수신기/디스플레이로부터의 제어 입력에 기초하여 전송된 비디오 스트림을 변조하기 위한 대표적인 시스템 및 프로세스의 다이어그램이다.
본 실시예에 따르면, 비디오 소스(1)로부터의 비디오 스트림은 MPEG-4 FGS 압축 엔진(2)으로 입력된다. 비디오 소스(1)는, 예를 들면 라이브 비디오 또는 임의의 포맷의 미리 레코딩된 비디오일 수도 있다. 따라서, 비디오 소스(1)는 표준 텔레비전 포맷 또는 MPEG-4 압축 엔진(2)이 존재하는 임의의 다른 포맷일 수도 있다.
MPEG-4 압축 엔진(2) 등은 범용 또는 특수 마이크로프로세서에서 작동하는 특수 소프트웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 예를 들면, MPEG-4 압축 엔진(2)은 특수 비디오 처리 컴퓨터 칩 또는 칩셋 내에 인코딩될 수도 있다. 마찬가지로, 압축엔진(2)은 통상의 마이크로컴퓨터와 같은 범용 컴퓨터 칩 상에서 실행되는 특수 소프트웨어로 대안적으로 실시될 수도 있다.
FGS를 사용하는 전형적인 MPEG-4 압축의 결과는 기초 계층(3) 및 하나 이상의 향상 계층들(4)의 생성이다. 기초 계층(3) 및 향상 계층(들)(4)의 목적인 일반적인 용도는 본원에 부분적으로 설명되고 당 기술 분야에 공지되어 있다.
선택적으로, 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 에러 정정 코드(ECC)(5)가 각각의 계층에 부가될 수도 있다. ECC(5)는 일반적으로 기초 계층(3) 및 향상 계층(들)(4) 데이터에 정보를 부가함으로써 기능하여, 몇몇 데이터가 처리 또는 전송 중에 손실될 때 원래 계층들의 몇몇 부분이 재구성될 수 있게 한다. 이에 의해, ECC(5)는 ECC(5)가 얼마나 많은 대역폭을 사용하는지에 따라 다소 로버스트(robust)하게 형성될 수도 있다. 본원에 정의된 바와 같은 용어 "로버스트"는 당 기술 분야에 공지되어 있고 일반적으로 제한 없이 데이터 손실 또는 손상으로부터 복원하는 능력 또는 그것의 결여를 칭한다. 예를 들면, ECC(5)로의 최소 접근은 ECC(5)가 적용되는 각각의 패킷의 단부에 단일 검사합(checksum)을 배치시키는 것이다. 이 보호 레벨은 단일 비트의 손실 데이터의 재구성만을 허용한다. 더 많은 ECC(5) 비트들이 부가됨에 따라, 더 많은 양의 손실 데이터의 재구성 가능성이 있다. ECC(5)의 상기 및 대안적인 방법 및 요건이 당 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. MPEG-4 FGS 압축(2)에 의해, 기초 계층(3) 및 향상 계층(들)(4)로의 ECC(5)의 생성 및 첨부가, 컴퓨터 소프트웨어 또는 펌웨어를 실행하는 특수 또는 범용 프로세서들의 사용을 포함하는 다수의 방식들로 성취될 수도있다. ECC(5)의 부가는 본 발명을 실시하는데 필수적인 것은 아니고, 원한다면 ECC(5)를 완전히 생략할 수도 있다.
본 발명에 따른 ECC(5)의 적용에 부가하여, 또는 대안적으로, 방법 및 시스템은 심벌 맵퍼(6)를 부가로 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 심벌 맵퍼(6)는 컨스털레이션들(또한 본원에 설명됨)로의 기초 계층(3) 및 향상 계층(들)(4)의 맵핑을 제어한다. 심벌 맵퍼(6)는, 당 기술 분야에 공지된 바와 같이 임의의 다양한 하드웨어 플랫폼들 상에서 실행되는 소프트웨어, 펌웨어 등일 수도 있다. 최종적으로, ECC(5) 및 제공된다면 심벌 맵퍼(6)에 의해 변경된 바와 같은 압축 스트림은 전송될 패키지를 형성한다.
전송 패키지는 송신기(7)로 송신되고, 여기서 디스플레이 디바이스(9) 등(이하, "디스플레이")과 같은 수신기로 전송된다(8). 전송은 임의의 통신 라인 또는 네트워크 상의 임의의 이용 가능한 통신들 프로토콜에 의해 수행될 수도 있다. 이는 모바일 셀룰러 통신들 네트워크들에 의한 바와 같은 무선 전송, 뿐만 아니라 하드 와이어 네트워크 및 인터넷 등에 의한 전송을 포함한다.
본 발명에 따르면, 디스플레이는 피드백 제어 신호(10)를 생성하여 MPEG-4 FGS 압축 엔진(2), ECC(5) 모듈 또는 심벌 맵퍼(6) 중 적어도 하나 또는 임의의 조합에 이를 송신한다. 이 피드백 제어 신호(10)는 디스플레이(9)에 송신된 전송된 MPEG-4 FGS 압축 비디오 스트림을 변조하고 최종적으로 최적화하도록 생성된다.
신호 품질 지시기(SQI)가 송신기를 제어하도록 디스플레이로부터 피드백될 수 있다. 피드백된 값은 FGS 계층당 신호 대 잡음비(SNR), 비트 에러율 또는 SQI에 공통적인 몇몇 다른 것일 수 있다.
SQI는 송신기에 의해 수신될 수도 있고, 요구되는 바에 따라 심벌 맵퍼(6), ECC(5) 모듈 또는 MPEG 4 FGS 압축 엔진(2), 또는 이들의 임의의 조합으로 피드백될 수도 있다. 예로서, SQI가 불량이면(즉, 수신기에서의 다수의 에러들), 심벌 맵퍼(6) 내의 LSB들이 고정값(즉, 예를 들면 이들 상에 맵핑된 향상 계층이 없음)으로 설정될 수 있고 이는 하부 계층들을 더욱 로버스트하게 할 수 있다.
다른 예로서, SQI가 불량이면, ECC(5) 모듈은 계층들을 더욱 로버스트하게 하도록 ECC를 증가시킬 수도 있다. 이들 임의의 팩터들을 변경함으로써, MPEG 4 FGS 스트림들의 전송율이 적응될 수도 있다. SQI가 양호하면, ECC(5) 모듈은 ECC를 감소시킬 수도 있고 MPEG 4 FGS 비트율들은 이에 의해 증가되어 더 많은 정보를 송신할 수도 있다. 이 방식으로, 디스플레이는 총 송신기 시스템의 적응을 제어할 수 있다.
예로서, 컬러 비디오를 디스플레이하는 능력이 없는 디스플레이(9)(즉, "흑백" 디스플레이)는 따라서 흑백(및 그레이스케일) 정보만을 인코딩하도록 엔진에 지시하는 MPEG-4 FGS 압축 엔진(2)으로의 피드백 제어 신호(10)를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 매우 제한된 대역폭 또는 소형 디스플레이를 갖는 디스플레이(9)는 임의의 향상 계층(들)(4)의 ECC(5)에 대한 기초 계층(3)의 ECC(5)를 증가시키기 위해 ECC(5) 모듈로의 피드백 제어 신호(10)를 생성할 수도 있다.
도 2는 디스플레이 수신기/디스플레이 디바이스로부터의 피드백의 사용에 의해 비디오 스트림의 변조를 위한 대표적인 프로세스의 흐름도이다. 소스 비디오스트림(11)의 시작시에, 스트림은 상술한 바와 같은 MPEG-4 FGS 압축 엔진 등을 사용하여 비디오 압축된다(12). 압축 엔진은 수신기 또는 디스플레이 디바이스, 또는 심지어는 신호 송신기 디바이스로부터 제어 입력을 수용하도록 설계된다. 그러나, 최초에는 피드백 제어 신호가 아직 생성되지 않을 수도 있으므로, 압축 엔진은 압축 파라미터들의 적당한 디폴트 세트를 사용할 수 있다. 마찬가지로, 압축 엔진은 압축 파라미터들의 최근 사용된 세트로 시작할 수 있다. 유사하게, 스트림이 전송되는 디스플레이가 제어 신호를 발생할 수 없으면, 본 발명의 다른 양태에 따라 제공된 디폴트 값들에 의해 변조가 제어될 수 있다.
비디오 압축 단계(12)에 의해 생성된 압축 비디오 스트림은 이어서 전송(13)을 위해 스트림을 패키징하는 송신기로 통과되고, 다음에 비디오 정보를 포함하는 스트림을 디스플레이에 전송한다(14).
수신기 및/또는 디스플레이 디바이스는 이어서 비디오를 수신하고, 디코딩하고 디스플레이한다(15). 다음, 수신기/디스플레이 디바이스는 비디오 압축 단계에 의해서와 같이 비디오 스트림의 변조를 제어하도록 피드백 제어 신호를 생성할 수도 있다(16). 이 프로세스는 비디오 스트림의 종료에 도달할 때까지(18) 계속되고, 여기서 프로세스가 종료된다.
선택적으로, ECC 부가 및 심벌 맵핑과 같은 압축 후 단계들이 또한 수신기/디스플레이 디바이스로부터의 피드백에 의해 변조될 수도 있다.
더욱이, 디스플레이(9)는 기초 계층(3) 및 향상 계층(들)(4)가 맵핑되는 컨스털레이션들의 맵핑을 변경할 수도 있다. 심벌 맵퍼는 상이한 FGS 계층들로부터모든 비트 스트림들을 취하고, 이어서 컨스털레이션(구상 진폭 변조(QAM) 컨스털레이션) 상에 이들을 맵핑한다. 맵핑은, FGS 기초 계층이 MSB들 상에 맵핑되고 향상 계층이 더 높을수록 최하위 비트들이 심벌 내에 전송되도록 수행된다.
기초 계층 데이터는 전송된 스트림의 MSB들에 맵핑될 수 있고 향상 계층들은 LSB들에 맵핑될 수 있다. 상이한 계층들 상의 채널 코딩은 상이할 수 있다(즉, 기초 계층 상의 더욱 로버스트한 코딩). 이 임의의 계층 상의 부가된 코딩은 더욱 로버스트한 계층 전송을 초래하지만, 해당 계층에 대한 더 낮은 비트율의 타협을 갖는다.
스트림을 더욱 로버스트하게 하는 하나의 방법의 예는 스트림 상의 채널 코딩을 증가시키거나 전송된 심벌당 비트들의 수를 낮추는 것이다(예를 들면, 4QAM이 16QAM보다 더 로버스트함). 스트림이 더욱 로버스트할수록 수신기에 더 적은 비트 에러들이 존재할 수 있다- 이는 더 적은 패킷 에러들에 동등하며- 이는 스크린 상의 더 적은 비디오 드롭 아웃들(drop outs)을 의미한다.
일례는 QAM 컨스털레이션일 수 있다. 요구되는 비트들의 수 및 컨스털레이션 크기들은 표 1에 나타낸다. 다중 크기 컨스털레이션은 도 3에 도시된다. 이는 또한 계층적 변조로서 공지되어 있다.
표 1: 컨스털레이션당 비트-표시
비트들 번호 비트 표시 컨스털레이션
2 A1A0 4QAM
4 B1B0A1A0 16QAM
6 C1C0B1B0A1A0 64QAM
8 D1D0C1C0B1B0A1A0 256QAM
도 3은 3개의 컨스털레이션 부분 집합들을 갖는, 본 발명의 대표적인 실시예에 사용되는 바와 같은 64QAM 컨스털레이션을 도시하는 다이어그램이다. 도 3의 정사각형 내부의 모든 심벌들은 동일한 A1 및 A0를 갖는다(비트들의 나머지는 상관하지 않을 수 있다). 4개의 이러한 심벌들이 도 3의 컨스털레이션에 존재한다. 이는 노이지(noisy) 4QAM 컨스털레이션이다. 16개의 컨스털레이션 B 부분 집합들 심벌들이 완전한 컨스털레이션에 존재한다. 각각의 컨스털레이션 부분 집합 B에서 비트들 A1 A0 B1 B0는 동일하다. 이는 16QAM 컨스털레이션로 고려될 수 있다. 컨스털레이션 C는 완전한 컨스털레이션이고 각각의 심벌들을 사용한다. 각각의 컨스털레이션 부분 집합들은 또한 이들 사이에 유클리드 거리를 갖는다(상이한 비트들의 수).
도 3의 컨스털레이션에 기초하여, 판정 디바이스(슬라이서)는 컨스털레이션 심벌에 가장 근접한 수신 심벌을 선택할 수 있다. 이는 수신 심벌이 특정 분할된 부분 집합에 있을 때까지 컨스털레이션을 분할함으로써 간단히 성취될 수 있다.
예를 들면, 수신기 X가 기초 계층만을 수용할 수 있다고 가정한다(이 경우, 기초 계층은 2 비트들 (A1 A0)-4QAM 상에 맵핑된다]. 수신기 Y는 단지 하나의 향상 계층만을 수신할 수 있다(비트들의 총 수는 4(A1 A0 B1 B0)-16QAM이다). 다른 수신기 Z는 2개의 향상 계층들을 수신할 수 있다(비트들의 수는 6(A1 A0 B1 B0 C1C0)-64QAM이다). 이 경우, 각각의 계층은 초당 2x 비트(bps)의 비트율을 갖고, 여기서 x는 초당 심벌들의 수이다. 도 3으로부터, 수신기 X는 컨스털레이션의 각각의 지점 상에 A에 의해 표시되는 영역 상에 분할되고, 수신기 Y는 B에 의해 표현되는 영역 상에 분할되고, 수신기 Z는 C에 의해 표현되는 영역 상에 분할될 수 있다. 컨스털레이션 내의 각각의 심벌 사이의 거리는 d이다. 각각의 B 영역 사이의 평균 거리는, 도 3에서 2d이고, 각각의 A 영역 사이의 거리는 4d이다. 따라서, 본 예의 각각의 계층은 다음의 것보다 더 로버스트한 대략 1.5 데시벨이다. 본 발명의 한 양태에 따르면, 따라서 더 많은 로버스트성이 피드백 제어 신호에 의해 제어되는 바와 같이 비트율의 손실과 무관하게 각각의 계층들을 코딩함으로써 부가될 수 있다. 예를 들면, 기초 계층은 16QAM 컨스털레이션의 2MSB들 상에 맵핑될 수도 있고 향상 계층은 16QAM 컨스털레이션의 2LSB들 상에 맵핑될 수도 있다. 비율 1/2 콘볼루션 코딩(convolution coding)이 계층들 중 하나 또는 모두에 부가될 수 있고 이 경우 더욱 로버스트하지만 비트율은 절반일 수도 있다.
대안적으로, 및 본 발명의 다른 양태에 따르면, 기초 계층은 향상 계층보다 더 낮은 레벨 컨스털레이션로 맵핑될 수 있다(즉, 기초 계층에 대해 4 레벨 QAM 및 향상 계층에 대해 16 레벨 QAM). 채널 코딩은 각각의 계층에 대해 상이할 수 있다. 이는 또한 더욱 로버스트한 기초 계층 전송을 초래할 수 있다. 이 모드에서, 기초 계층에 대한 비트율은 향상 계층에 대한 비트율보다 더 적을 수 있다. 예를 들면 및 도 1에 실시된 바와 같이, 기초 계층(3)는 심벌당 2 비트들을 가질 수 있고, 반면 향상 계층(4)는 심벌당 4 비트들을 가질 수 있다. 기초 계층(3) 및 향상계층(4)는 데이터 스트림 상에 다중화될 수 있다. 예를 들면, 2개의 기초 계층 비트들이 송신될 수 있고, 이어서 하나의 향상 계층 비트가 송신되고, 이것이 반복될 수 있다. 수신기는 스트림이 기초 계층 또는 향상 계층일 때를 인식할 수도 있고, 따라서 이는 적절한 컨스털레이션로 판정 디바이스(슬라이서) 내의 수신기 컨스털레이션을 스위칭할 수 있다.
이는 시분할 변조로서 공지되어 있고 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 시분할 다중화는, IEEE 802.11a 또는 IEEE 802.11b 사양들에 따라 설계되는 바와 같은 전형적인 패킷화 무선 근거리 통신망(LAN) 상에 맵핑될 수도 있다.
물리 계층들 상의 다양한 MPEG-4 FGS 계층들의 다중화는 예시를 위해 도 4에 도시되어 있다. 기초 계층 패킷은 인코딩되고 비교적 높은 정도의 로버스트성을 갖는 4QAM 컨스털레이션 패킷(26)으로서 물리적 시스템 상에 전송된다. 이 패킷은 더 낮은 정도의 로버스트성을 갖는 16QAM 컨스털레이션 패킷(27)으로서 물리 계층 상에 전성된 향상 계층 패킷으로 이어질 수도 있다. 다음, 가변 정도들의 로버스트성을 갖는 임의의 수의 향상 계층들이 전송될 수도 있다. 예를 들면, 도 4는 다음에 전송되는 64QAM 컨스털레이션 향상 계층 패킷(28)을 도시한다. 최종적으로, 4QAM 컨스털레이션 패킷(29)으로서 도시된 바와 같은 더 많은 기초 계층 패킷들, 및 16QAM 컨스털레이션 패킷(30)과 같은 더 많은 향상 계층 패킷들이 마찬가지로 전송될 수도 있다.
도 5는 MPEG-4 FGS 계층 패킷들이 어떠한 방식으로 IEEE 802.11a LAN 물리 계층 인코딩 상에 맵핑될 수도 있는지의 예이다. 예로서, 기초 계층 패킷(31)은가장 로버스트한 6Mbps 물리 계층(32) 상에 맵핑될 수도 있다. 다음, 향상 계층(33)는 덜 로버스트한 12Mbps 34 또는 다른 물리 계층(도시한 바와 같은 48Mbps 35 또는 54Mbps 36, 또는 IEEE 802.11a에 의해 제공된 임의의 다른 것과 같은) 상에 맵핑될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 비디오 압축, ECC 생성, 및/또는 심벌 맵핑의 변조를 포함하는 제어 신호에 따라 변조되는 바와 같은 압축 비디오 스트림이 이어서 디스플레이에 전송된다.
다양한 변경들 및 변형들이 본 발명의 사상 및 범주로부터 일탈하지 않고 본 발명의 방법 및 시스템에 수행될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물들의 범주 내에 있는 변경들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림을 변조하는 방법으로서, 상기 압축 비디오 스트림은 FGS(Fine Granularity Scalable)을 사용하는, 상기 압축 비디오 스트림 변조 방법에 있어서,
    - 비디오 스트림의 소스를 제공하는 단계와;
    - 비디오 압축을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하는 수단을 갖는 디스플레이를 제공하는 단계와;
    - 기초 계층 및 적어도 하나의 향상 계층(enhancement layer)을 갖는 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위해 FGS에 의한 비디오 압축을 사용하여 상기 소스로부터 상기 비디오 스트림을 압축하는 단계로서, 상기 압축은 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 수행되는, 상기 압축 단계와;
    - 상기 압축 출력 비디오 스트림을 전송하는 단계와;
    - 상기 전송된 압축 출력 비디오 스트림을 디스플레이하는 단계를 포함하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비디오 압축은 MPEG-4 FGS 비디오 압축인, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비디오 압축은 최상위 비트들(MSB들)로 맵핑될 상기비디오 스트림의 기초 계층의 양 및 최하위 비트들(LSB들)로 맵핑될 향상 계층의 양을 규정하고, 상기 비디오 압축은 상기 압축 비디오 스트림의 MSB들로 맵핑된 상기 기초 계층의 양을 변경하기 위해 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 따라 수정되는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 압축 비디오 스트림의 전송은 상기 MSB들을 위한 로버스트한 채널 코딩 및 상기 LSB들을 위한 보다 덜 로버스트한 채널 코딩을 사용하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비디오 스트림의 비디오 압축은 상기 적어도 하나의 향상 계층보다 낮은 컨스털레이션(constellation)으로 상기 기초 계층을 맵핑하는 단계를 포함하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압축 비디오 스트림의 전송은 상기 기초 계층을 위한 로버스트한 채널 코딩 및 상기 적어도 하나의 향상 계층들을 위한 보다 덜 로버스트한 채널 코딩을 사용하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 채널 코딩은 상기 전송된 비디오 스트림의 물리 계층의 계층적 변조에 의해 로버스트하고 보다 덜 로버스트하게 행해지는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 채널 코딩은 상기 전송된 비디오 스트림의 물리 계층의 시분할 변조에 의해 로버스트하고 보다 덜 로버스트하게 행해지는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  9. 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림을 변조하는 방법으로서, 상기 압축 비디오 스트림은 FGS를 사용하는, 상기 압축 비디오 스트림 변조 방법에 있어서,
    - 비디오 스트림의 소스를 제공하는 단계와;
    - 에러 정정 코드 생성을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하는 수단을 갖는 디스플레이를 제공하는 단계와;
    - 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위해 FGS에 의한 압축을 사용하여 상기 소스로부터 상기 비디오 스트림을 압축하는 단계와;
    - 상기 압축 비디오 스트림을 위한 에러 정정 코드를 생성하는 단계로서, 에러 정정 코드 생성은 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 제어되는, 상기 생성 단계와;
    - 에러 정정 코드를 갖는 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위해 상기 압축 출력 비디오 스트림에 상기 생성된 에러 정정 코드를 부가하는 단계와;
    - 에러 정정 코드를 갖는 상기 압축 출력 비디오 스트림을 전송하는 단계와;
    - 에러 정정 코드를 갖는 상기 전송된 압축 출력 비디오 스트림을 디스플레이하는 단계를 포함하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 비디오 압축은 MPEG-4 FGS 비디오 압축인, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  11. 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림을 변조하는 방법으로서, 상기 압축 비디오 스트림은 FGS를 사용하는, 상기 압축 비디오 스트림 변조 방법에 있어서,
    - 비디오 스트림의 소스를 제공하는 단계와;
    - 컨스털레이션들에 대한 비디오 심벌들의 맵핑을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하는 수단을 갖는 디스플레이를 제공하는 단계와;
    - 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위해 FGS에 의한 압축을 사용하여 상기 소스로부터 상기 비디오 스트림을 압축하는 단계와;
    - 컨스털레이션들에 비디오 심벌들을 맵핑하는 단계로서, 맵핑은 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 제어되는, 상기 맵핑 단계와;
    - 상기 압축 출력 비디오 스트림을 전송하는 단계와;
    - 상기 전송된 압축 출력 비디오 스트림을 디스플레이하는 단계를 포함하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 비디오 압축은 MPEG-4 FGS 압축인, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
  13. 가변 대역폭 전송을 위한 압축 비디오 스트림을 변조하는 시스템으로서, 상기 압축 비디오 스트림은 FGS(Fine Granularity Scalable)을 사용하는, 상기 압축 비디오 스트림 변조 시스템에 있어서,
    - 비디오 스트림의 소스와;
    - 비디오 압축을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하는 수단을 갖는 디스플레이와;
    - 비디오 스트림의 소스로부터 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위한 FGS를 갖는 비디오 스트림 압축 엔진으로서, 비디오 압축은 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 수행되는, 상기 비디오 스트림 압축 엔진과;
    - 상기 압축 출력 비디오 스트림을 상기 디스플레이에 전송하기 위한 송신기를 포함하는, 압축 비디오 스트림 변조 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 사용된 비디오 압축은 MPEG-4 FGS 비디오 압축인, 압축 비디오 스트림 변조 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 압축 비디오 스트림을 위한 에러 정정 코드를 생성하는 에러 정정 코드 발생기를 더 포함하며, 상기 에러 정정 코드는 상기 압축 비디오 스트림에 부가되며, 상기 디스플레이의 상기 제어 입력 신호는 상기 에러 정정 코드 발생기를 제어하는, 압축 비디오 스트림 변조 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 압축 비디오 스트림의 전송에 앞서 컨스털레이션들에 상기 압축 비디오 스트림의 비디오 심벌들을 맵핑하는 심벌 맵퍼를 더 포함하고, 상기 디스플레이의 상기 제어 입력 신호는 상기 심벌 맵퍼를 제어하는, 압축 비디오 스트림 변조 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 압축 비디오 스트림의 채널 코딩은 상기 압축 비디오 스트림의 전송에 앞서 물리 계층의 계층적 변조에 의해 로버스트하거나 보다 덜 로버스트하게 행해지는, 압축 비디오 스트림 변조 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 압축 비디오 스트림의 채널 코딩은 상기 압축 비디오 스트림의 전송에 앞서 물리 계층의 시분할 변조에 의해 로버스트하거나 보다 덜 로버스트하게 행해지는, 압축 비디오 스트림 변조 시스템.
  19. 가변 대역폭 전송을 위한 MPEG-4 FGS 압축 비디오 스트림을 변조하는 방법에 있어서,
    - 비디오 스트림의 소스를 제공하는 단계와;
    - 비디오 압축, 에러 정정 코드 생성, 또는 심벌 컨스털레이션 맵핑 중 하나 이상을 제어하기 위한 제어 입력 신호를 생성하는 수단을 갖는 디스플레이를 제공하는 단계와;
    - 압축 출력 비디오 스트림을 생성하기 위해 FGS에 의한 압축을 사용하여 상기 소스로부터 상기 비디오 스트림을 압축하는 단계로서, 비디오 압축은 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 선택적으로 수행되는, 상기 압축 단계와;
    - 상기 압축 비디오 스트림을 위한 에러 정정 코드를 생성하고 부가하는 단계로서, 에러 정정 코드 생성 및 부가는 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 선택적으로 제어되는, 상기 에러 정정 코드 생성 및 부가 단계와;
    - 컨스털레이션들에 비디오 심벌들을 맵핑하는 단계로서, 맵핑은 상기 디스플레이로부터의 상기 제어 입력 신호에 기초하여 선택적으로 제어되는, 상기 맵핑 단계와;
    - 상기 압축 출력 비디오 스트림을 전송하는 단계와;
    - 상기 전송된 압축 출력 비디오를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 압축 비디오 스트림 변조 방법.
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