KR20040108716A - 다운로딩과 스트리밍을 결합하는 전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널 전송률보다 높은 인코딩율에서 인코딩된 공지된 지속기간의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일을 전송하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 제1 시간 기간 동안 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜(TCP와 같은 전달 프로토콜)을 사용함으로써 데이터를 다운로딩하는 단계, 및 제2 시간 기간 동안 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜(UDP와 같은 전달 프로토콜)을 사용함으로써 데이터를 스트리밍하는 단계를 포함한다. 제2 시간 기간(스트리밍)은 콘텐츠의 공지된 지속기간에 비례한다. 바람직하게, 비례 인자는 1과 같다. 인터넷을 통한 오디오/비디오의 전송이 그 응용이다.

Description

다운로딩과 스트리밍을 결합하는 전송 방법{Transmission method combining downloading and streaming}

미국특허 6,029,200에 기술된 바와 같이, 인트라넷 또는 인터넷을 통해 멀티미디어 콘텐츠를 전송하도록 두가지 접근법들이 사용될 수 있다. 제1 접근법에서, 멀티미디어 콘텐츠가 다운로딩되는 것은, 콘텐츠가 재생될 수 있기 전에 사용자에게 복사되어야 하는 것을 의미한다. 제2 접근법에서, 멀티미디어 콘텐츠가 스트리밍되는 것은, 재생이 시작되기 전에 거의 대기 시간 없이 데이터의 연속적인 흐름으로서 사용자에게 공급된다는 것을 의미한다. 미국특허 6,029,200는, 전송기 및 수신기가 UDP 및 TCP 전달 프로토콜들을 포함한 다양한 네트워크 전달 프로토콜들을 지원하는 스트리밍 시스템을 기술하고, 상기 다양한 네트워크 전달 프로토콜들은 스트리밍을 시작하려는 시도시에 미리지정된 순서로 행해진다.

상기 접근법들은 이하의 결점들을 갖는다:

- 다운로딩 접근법은 사용자 쪽에 지연을 가져온다(사용자는 데이터의 재생을 시작하기 위해 전송 종료시까지 대기해야 한다).

- 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜들(TCP와 같은 전달 프로토콜)은, 레이트 제어가 오디오/비디오 렌더링의 연속성을 방해할 수 있기 때문에 오디오/비디오 데이터의 스트리밍에 적절하지 않다(만약 전송 프로토콜이 전송률에 갑작스런 변화를 가한 경우, 수신기는 렌더링될 데이터를 제시간에 수신하지 못할 것이고, 이것은 오디오/비디오 렌더링시 중단을 초래한다).

- 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜(UDP와 같은 전달 프로토콜)을 사용하여 데이터를 성공적으로 스트리밍하기 위해, 데이터의 인코딩율은 채널의 전송률보다 높지 않을 것이다. 인터넷을 통해 데이터를 전송하는 경우, 채널 전송률은 무엇보다도, 클라이언트가 인터넷에 어떤 방법으로 접속했는지(32kbps 또는 56kbps 모뎀,ADSL...)에 의존한다. 일반적으로, 일부 데이터 파일들은 동일한 콘텐츠에 대해 서버쪽에 저장되고, 각각의 데이터 파일은 콘텐츠의 상이한 인코딩 비트율에 대응한다. 콘텐츠를 요청하는 경우, 클라이언트는 그가 인터넷에 어떤 방법으로 접속했는지를 알려주어야 하고, 이것은 전달될 데이터 파일을 자동으로 지정한다. 따라서, 전송된 데이터 파일의 인코딩율과, 따라서 렌더링된 콘텐츠의 질은 클라이언트의 인터넷 접속 전송률에 의해 제한된다.

본 발명의 목적은 전술된 결점들을 갖지 않는 전송 시스템, 전송기, 수신기, 전송 방법, 및 전송 방법을 구현하는 프로그램을 제안하는 것이다.

본 발명은 전송기, 콘텐츠 재생기를 구비한 수신기, 및 상기 전송기와 상기 수신기 사이의 전송 채널을 포함하는 전송 시스템으로서, 상기 전송 채널은 채널 전송률을 갖고, 상기 전송기 및 상기 수신기는 레이트 제어(rate control)를 갖는 전달 프로토콜과 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 지원하는 전송 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 또한 상기 전송 시스템에 사용되도록 의도된 전송기 및 수신기에 관한 것이다.

본 발명은 또한 전송 방법 및 상기 전송 방법을 구현하는 명령들을 포함하는 프로그램에 관한 것이다.

본 발명은 특히 인터넷을 통해 오디오 또는 비디오를 전송하는, 흥미있는 어플리케이션들을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 전송 시스템 예의 개략적인 표현을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 전송 시스템에서 데이터 교환들의 개략적인 표현을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 전송 시스템의 동작을 설명하는 다이어그램.

도 4는 본 발명에 따른 전송 방법 예의 흐름도.

본 발명에 따른 전송 시스템은 전송기, 콘텐츠 재생기를 구비한 수신기, 및 전송기와 수신기 사이의 전송 채널을 포함하고, 전송 채널은 채널 전송률을 갖고, 전송기 및 수신기는 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜과 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 지원하며, 전송기 및 수신기는 채널 전송률보다 높은 인코딩율에서 인코딩된 공지된 지속기간의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일을 전송기로부터 수신기로 전송하기 위해, 수신된 데이터를 저장하는 제1 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜을 사용하고, 수신된 데이터를 재생하는 제2 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 사용하도록 구성되며, 제2 시간 기간은 공지된 지속기간에 비례하고, 1과 같거나 이보다 작은 비례 인자(proportionality factor)를 갖는다.

본 발명은 전술된 다운로딩 및 스트리밍 접근법들의 결합이다. 제1 시간 기간 동안, 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜(TCP 프로토콜과 같은 전달 프로토콜)을 사용하여 데이터가 다운로딩되고, 제2 시간 기간 동안, 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜(UDP 프로토콜과 같은 전달 프로토콜)을 사용하여, 데이터가 스트리밍된다.

채널 전송률은 전송 채널의 혼잡(congestion) 상태에 의존하여 시간에 따라 변화할 수 있다. 다운로딩 기간의 지속기간은 전송될 데이터 파일의 인코딩율과 전송 시간에서의 채널 전송률간의 차이(이하에서 유효 채널 전송률이라 칭함)에 의존한다.

상기 결합은 채널 전송률보다 높은 인코딩 비트율을 갖는 데이터 파일을 전송하게 하여, 따라서 렌더링된 콘텐츠의 질을 향상하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 의해 제공된 해결책은 이하의 이점들을 갖는다:

- 그것은 다운로딩 접근법 고유의 지연을 제한한다.

- 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜은 스트리밍을 위해서가 아니라 다운로딩을 위해서 사용된다.

- 비례 인자가 1과 같은 경우, 제2 시간 기간은 콘텐츠의 지속기간과 같다. 그렇게 함으로써, 네트워크 자원들이 최적의 방식으로 사용된다(만약 제2 시간 기간이 콘텐츠의 지속기간보다 짧은 경우, 이용가능한 전송 시간은 충분히 사용되지 않을 것이다). 전송 채널이 제2 시간 기간 동안 두드러지게 변화하지 않는 한, 렌더링시에 중단들이 방지된다(제2 시간 기간이 콘텐츠의 지속기간보다 긴 경우, 중단들이발생한다). 전송 채널의 상태가 변화하는 중요한 위험이 있는 경우, 데이터의 렌더링시에 임의의 중단들이 존재하지 않게 하도록 비례 인자가 1보다 작게 선택될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서, 수신기는 특정 데이터 파일에 대한 요청을 송신하도록 구성되고, 전송기는:

- 제1 시간 기간 동안 채널 전송률의 추정들을 계산하고;

- 채널 전송률의 추정들로부터 제1 시간 기간의 추정들을 계산하고;

- 제1 시간 기간의 추정이 데이터 파일의 전송 시작 이후에 경과된 시간과 실질적으로 동일한 경우 제1 시간 시간을 종료하도록 구성된다.

이 제1 실시예에서, 전달될 데이터 파일은 클라이언트에 의해 지정되고, 스트리밍 기간의 지속기간은 콘텐츠의 지속기간에 비례하므로, 전송기는 유효 채널 전송률에 의존하여 다운로딩 기간의 지속기간을 계산한다.

본 발명의 제2 실시예에서, 수신기는 콘텐츠에 대한 인증된 지연 시간을 나타내는 요청을 송신하도록 구성되고, 전송기는:

- 채널 전송률의 추정을 계산하기 위해 수신기에 학습 데이터를 송신하고;

- 전송될 데이터 파일을 채널 전송률의 추정 및 인증된 지연 시간으로부터 선택하도록 구성된다.

이 제2 실시예에서, 클라이언트는 전달될 데이터 파일을 지정하지 않지만, 데이터의 렌더링을 시작하기 전에 클라이언트가 수용하는 지연 시간을 지정한다. 다운로딩 모드의 지속기간은 인증된 지연 시간과 근사할 것이다. 전송기는 우선유효 전송률의 평가를 하게 한다. 유효 채널 전송률을 공지는 그 후, 인증된 지연 시간과 근사한 다운로딩 모드의 지속기간과 함께 전송될 수 있는 최대 인코딩율의 데이터 파일을 선택한다.

본 발명은 또한, 첨부된 도면들을 참조하여 기술될 것이다.

본 발명에 따른 전송 시스템의 개략적인 표현이 도 1에 주어진다. 상기 전송 시스템은 콘텐츠 서버(2)를 구비한 전송기(1), 수신 버퍼(5)와 콘텐츠 재생기(7)를 구비한 수신기(3), 및 전송 채널(9)을 포함한다. 콘텐츠 서버(2)는 데이터 파일들 F1,...,Fi,...,FN을 저장한다.

전송기(1) 및 수신기(3) 양자는 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜과 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 지원한다.

레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜은 수신기로부터 수신된 정보로부터 대역폭이 이용가능한 채널을 추정(estimate)하고, 상기 추정들로부터 목표 출력 비트율들을 발생하며, 상기 목표 출력 비트율들을 시행하도록 데이터의 전송 시간들을 제어한다.

반대로, 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜은 데이터의 전송 시간들을 제어하지 않는다. 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜이 사용되는 경우, 출력 비트율은 어플리케이션 APPL에 의해 설정된다.

예를 들어, 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜은 TCP 프로토콜(Transmission Control Protocol)이고, 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜은 UDP 프로토콜(User Datagram Protocol)이다. 일반적으로, TCP 및 UDP는 IP 프로토콜을 통해 실행한다.

전송기(1) 및 수신기(3) 양자는 또한, IETE(Internet Engineering Task Force)에 의해 RFC 1889에서 규정된 실시간 전달 프로토콜(RTP)을 TCP/UDP 프로토콜들 상부에서 지원한다. RTP 프로토콜의 목적은 오디오 또는 비디오와 같은 실시간 데이터를 전송하는 어플리케이션들에 적절한 단-대-단(end-to-end) 전달 기능들을 제공하는 것이다. RTP 프로토콜은 제어 기능성들을 제공하는 제어 프로토콜(RTCP)를 포함한다. RTP 및 RTCP는 기본 전달 프로토콜들(underlying transport protocols)과 독립적이도록 설계된다.

도 2에 표현되는 바와 같이, 수신기(3)는 전송기(1)에 콘텐츠 요청들 R을 송신하도록 구성되고, 전송기(1)는 일정한 인코딩율에서 인코딩된 요청 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일 Fi을 송신함으로써 상기 요청들에 응답하도록 구성된다.

도 1에 표현된 전송 시스템의 동작이 이제 도 3을 참조하여 기술될 것이다. 도 3에 따라, 전송기(1)로부터 수신기(3)로 공지된 지속기간 P의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일의 전송은 이하에 의해 달성된다:

- 수신된 데이터를 수신기(3)의 수신 버퍼(5)에 저장하는 제1 시간 기간 T1동안 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜(예를 들어, TCP)을 사용,

- 제2 시간 기간 T2동안 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜(예를 들어, UDP)을 사용,

- 제2 시간 기간의 시작시에 수신된 데이터의 렌더링을 시작.

수신기(3)는 수신된 패킷들을 관찰함으로써 전달 프로토콜의 변화를 검출할 수 있다(예를 들어, 패킷들이 TCP 패킷들인지 아니면 UDP 패킷들인지를 검출할 수 있다). 선택적으로, 수신기(3)에 RTCP 패킷을 송신함으로써 다운로딩 모드에서 스트리밍 모드로 전환하는 경우, 전송기(1)가 수신기(3)에 통지한다. 상기 통지는 콘텐츠 재생기(7)에 의해 시작 신호로서 사용될 수도 있다.

본 발명의 제1 실시예에서, 클라이언트는 수신하기를 원하는 데이터 파일을 그의 요청 R에 지정한다.

해당 데이터 파일에 대해, 제2 시간 기간은 콘텐츠의 공지된 지속기간에 비례하므로 제1 및 제2 시간 기간 사이의 전환 시점은 채널 전송률의 추정으로부터 결정되고, 1과 같거나 이보다 작은 비례 인자 K를 갖는다.

다운로딩 모드에서 스트리밍 모드로의 전환 시점 결정은 이제 도 4를 참조하여 기술될 것이다. 도 4에 따라:

- 단계 S1에서, 데이터 파일의 다운로딩이 시작된다.

- 단계 S2에서, 채널의 현재 전송률 ENB이 추정된다:

여기서 NTB는 이미 전송된 바이트들의 수

TSDS는 다운로딩이 시작된 이후의 시간(초)

- 단계 S3에서, 제1 시간 기간의 추정 DD이 계산된다:

여기서 S는 데이터 파일의 사이즈(바이트)

B는 전송될 데이터 파일에 대한 콘텐츠의 인코딩율(바이트/초)

는 콘텐츠의 지속기간(초),

K는 1과 같거나 1보다 작은 비례 인자이다.

- 단계 S4에서, 다운로딩이 시작된 이후의 시간 TSDS은 제1 시간 기간 DD의 추정과 비교된다. 그것이 제1 시간 기간의 추정과 같거나 이보다 높은 경우, 전송기는 스트리밍 모드로 전환한다(단계 S5). 그것이 제1 시간 기간의 추정보다 낮은 경우, 전송기는 단계 S2로 되돌아가기 전에 일정한 시간 Δ를 대기한다. 예를 들어, Δ= DD-TSDS.

- 단계 S5에서, 데이터 파일의 나머지가 스트리밍된다.

예가 본 발명을 도시하도록 이제 주어질 것이다. 4kB/s의 네트워크 비트율에 대해, B=5kB/s,, S=1.5MB인 경우, 제1 시간 기간의 지속기간은 75s일 것이다. 본 발명이 8kB/s의 비트율을 갖는 전송 채널을 통해 5kB/s의 비트율을 갖는 데이터 파일의 전송을 허용한다는 것을 상기 예로부터 알 수 있다. 상기 경우에 도입된 지연은 오직 75s이다.

본 발명의 제2 실시예에서, 클라이언트는 그의 요청 R에 인증된 지연 시간 LT을 지정하고, 서버는 상기 인증된 지연 시간 및 채널 전송률 ENB의 추정에 의존하여 전송될 데이터 파일을 선택한다:

여기서 기호 <<>>는 <<근사치>>를 의미한다.

전송될 데이터 파일을 선택하기 위해, 서버는 우선 유효 채널 전송률의 추정을 계산해야 한다. 상기는 수신기에 학습 데이터(learning data)를 송신함으로써 달성된다:

- 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜을 사용,

- 또는 추측된 채널 전송률보다 높은 전송률에서 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 사용, 및 유효 채널 전송률을 추정하도록 수신기에 의해 이전에 송신된 제어 정보(예를 들어, RTCP 패킷들)를 사용.

전송될 데이터 파일이 일단 선택되면, 제1 시간 기간의 유효 지속기간은 이하이다:

- 본 발명의 제1 실시예에 대해 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이 계산됨,

- 또는 클라이언트의 요청에 나타내어지는 인증된 지연으로 고정됨.

전술된 전송 방법은 전송기 및 수신기에 위치된 컴퓨터들 또는 디지털 프로세서들의 제어하에서 실행가능한 명령들의 집합에 의해 바람직하게 구현된다.

기술된 방법, 수신기, 전송기, 및 전송 네크워크와 관련하여, 변경들 또는 개선들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제안될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 발명은 따라서 제공된 예들에 제한되지 않는다.

동사 "포함하다" 및 그의 동사 변화형의 사용은 청구항에 진술된 것들 이외의 요소들 또는 단계들의 존재를 배재하지 않는다.

Claims (10)

1. 전송기, 콘텐츠 재생기를 구비한 수신기, 및 상기 전송기와 상기 수신기 사이의 전송 채널을 포함하는 전송 시스템으로서,

   상기 전송 채널은 채널 전송률을 갖고, 상기 전송기 및 상기 수신기는 레이트 제어(rate control)를 갖는 전달 프로토콜과 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 지원하며, 상기 전송기 및 상기 수신기는 상기 채널 전송률보다 높은 인코딩율에서 인코딩된 공지된 지속기간(duration)의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일을 상기 전송기로부터 상기 수신기로 전송하기 위해, 수신된 데이터를 저장하는 제1 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖는 상기 전달 프로토콜을 사용하고, 상기 수신된 데이터를 재생하는 제2 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖지 않는 상기 전달 프로토콜을 사용하도록 구성되며, 상기 제2 시간 기간은 상기 공지된 지속기간에 비례하고, 1과 같거나 이보다 작은 비례 인자(proportionality factor)를 갖는, 전송 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수신기는 특정 데이터 파일에 대한 요청을 송신하도록 구성되고,

   상기 전송기는:

   - 상기 제1 시간 시간 동안 상기 채널 전송률의 추정들을 계산하고;

   - 상기 채널 전송률의 상기 추정들로부터 상기 제1 시간 기간의 추정들을 계산하고;

   - 상기 제1 시간 기간의 추정이 상기 데이터 파일의 전송 시작 이후에 경과된 시간과 실질적으로 동일할 때, 상기 제1 시간 기간을 종료하도록 구성되는, 전송 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수신기는 콘텐츠에 대한 인증된 지연 시간을 나타내는 요청을 송신하도록 구성되고,

   상기 전송기는:

   - 상기 채널 전송률의 추정을 계산하기 위해 상기 수신기에 학습(learning) 데이터를 송신하고;

   - 전송될 상기 데이터 파일을 상기 채널 전송률의 상기 추정 및 상기 인증된 지연 시간으로부터 선택하도록 구성되는, 전송 시스템.
4. 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜과 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 지원하는 전송기로서,

   상기 전송기는 상기 채널 전송률보다 높은 인코딩율에서 인코딩된 공지된 지속기간의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일의 채널 전송률을 갖는 전송 채널을 통한 전송을 위해, 제1 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖는 상기 전달 프로토콜을 사용하고, 제2 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖지 않는 상기 전달 프로토콜을사용하도록 구성되며, 상기 제2 시간 기간은 상기 공지된 지속기간에 비례하고, 1과 같거나 이보다 작은 비례 인자를 갖는, 전송기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전송기는 또한:

   특정 데이터 파일에 대한 요청을 수신하는 경우,

   - 상기 제1 시간 기간 동안 상기 채널 전송률의 추정들을 계산하고;

   - 상기 채널 전송률의 상기 추정들로부터 상기 제1 시간 기간의 추정들을 계산하고;

   - 상기 제1 시간 기간의 추정이 상기 데이터 파일의 전송 시작 이후에 경과된 시간과 실질적으로 동일할 때, 상기 제1 시간 기간을 종료하도록 구성되는, 전송기.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 전송기는 또한:

   콘텐츠에 대한 인증된 지연 시간을 나타내는 요청을 수신하는 경우,

   - 상기 채널 전송률의 추정을 계산하기 위해 상기 수신기에 학습 데이터를 송신하고;

   - 전송될 상기 데이터 파일을 상기 채널 전송률의 추정 및 상기 인증된 지연 시간으로부터 선택하도록 구성되는, 전송기.
7. 콘텐츠 재생기를 구비하고, 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜 및 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 지원하는 수신기로서,

   상기 수신기는 채널 전송률보다 높은 인코딩율에서 인코딩된 공지된 지속기간의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일의 채널 전송률을 갖는 전송 채널을 통한 수신을 위해, 수신된 데이터를 저장하는 제1 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖는 상기 전달 프로토콜을 사용하고, 상기 수신된 데이터를 재생하는 제2 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖지 않는 상기 전달 프로토콜을 사용하도록 구성되며, 상기 제2 시간 기간은 상기 공지된 지속기간에 비례하고, 1과 같거나 이보다 작은 비례 인자를 갖는, 수신기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 수신기는 또한, 콘텐츠에 대한 상기 제1 시간 기간에 대한 값을 나타내는 요청을 송신하도록 구성되는, 수신기.
9. 채널 전송률을 갖는 전송 채널을 통해, 상기 채널 전송률보다 높은 인코딩율에서 인코딩된 공지된 지속기간의 콘텐츠를 포함하는 데이터 파일을 전송하는 전송 방법으로서,

   - 수신된 데이터를 저장하는 제1 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖는 전달 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송하는 단계; 및

   - 상기 수신된 데이터를 재생하는 제2 시간 기간 동안에는 레이트 제어를 갖지 않는 전달 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 제2 시간 기간은 상기 공지된 지속기간에 비례하고, 1과 같거나 이보다 작은 비례 인자를 갖는, 전송 방법
10. 프로세서에 의해 실행되는 경우, 제 9항에 청구된 전송 방법을 구현하는 명령들을 포함하는 프로그램.