KR20050099078A - 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법은, 무선 인터넷 망을 이용한 주문형 비디오(VOD)의 실시간 스트리밍 서비스에 있어서, 수신 단말측으로부터 상기 수신 단말측의 에러 상황을 알 수 있는 패킷 손실률(PLR) 정보를 제공받는 단계와; 상기 패킷 손실률(PLR) 정보에 의해 부호화기의 부호화 모드가 선택되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 무선 인터넷을 이용한 스트리밍 전송 시, MPEG-4 부호화 모드 특성 및 복잡도를 고려하여, 수신 단말 측에서의 에러 상황을 알 수 있는 PLR(Packet Loss Rate) 정보에 따라 적응적으로 상기 MPEG-4 부호화 모드를 선택함으로써, 단말 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉 성능을 향상시켜 영상 품질을 향상시키고, 궁극적으로 단말에서의 계산량 감소와 사용자에게 보다 우수한 실시간 비디오 영상 서비스를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Description

실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법{MPEG-4 coding mode selection method for real-time streaming service}
본 발명은 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법에 관한 것으로, 특히 무선인터넷을 이용한 실시간 스트리밍 서비스 시, VOD(Video On Demand) 스트리밍 서버 측면에서의 영상 품질 향상을 위한 MPEG-4(Motion Picture Experts Group-4) 부호화 모드 선택 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
먼저 상기 VOD 서비스란 Video On Demand의 약어로 서비스 이용자의 요구에 따라 영화나 뉴스 등의 영상 기반 서비스를 전화선이나 케이블을 통해 제공하는 새로운 개념의 영상 서비스 사업을 말한다. 상기 VOD 서비스는 비디오 프로그램을 디지털로 압축하여 비디오 서버에 저장하고, 가입자가 원하는 프로그램을 고속 통신망을 이용하여 제공하는 서비스로서 이용자는 프로그램의 선택, 재생, 제어, 색인검색, 질의 등을 할 수가 있다.
또한, 최근 들어서는 상기 VOD 서비스를 CDMA1x 및 EVDO(Evolution Data Only) 등과 같은 무선 인터넷을 통해 실시간으로 제공하고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스 시스템은 VOD 서비스를 제공하는 VOD 서버(100)와, 상기 VOD 서비스를 제공받기 위해 무선 인터넷망(120)에 가입된 다수의 단말기(140)로 구성된다.
여기서, 상기 VOD 서버(100)를 통해 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스를 제공하기 위해서는, 상기 서버(100)에서 제작된 영상 또는 동영상(110)을 MPEG-4 부호화기(encoder)를 이용하여 압축된 비트 스트림(bit stream)으로 변환하고(112), 이후 상기 비트 스트림에 대한 패킷화(packetization) 과정을 수행한 다음(114), 패킷 네트워크(즉, 무선 인터넷망) 전송을 위한 총 40 바이트(IP 헤더(20byte)(119) + UDP(User Datagram Protocol) 헤더(8 byte)(118) + RTP(Real-time Transport Protocol) 헤더(12byte)(116))의 헤더 정보를 추가한 후, 패킷 망에 전송한다.
또한, 이 때 RTCP(Real-time Transport Control Protocol)는 네트워크 에러 상황 즉, 패킷 손실률에 대한 정보를 피드백(feedback) 한다.
상기 패킷 손실은 패킷 망의 비 동시성(non-synchronous nature)에 따른 패킷 지연에 의해 발생되며, 이러한 현상으로 인하여 수신측(단말기) 복호화기(decoder)에서는 데이터의 손실에 따라 복호화 시 화면이 깨지는 현상이 나타난다.
일반적으로 상기 복호화기에서는 이러한 에러 부분에 대하여 에러 은닉(error conceal) 방법을 사용하게 되는데, 그 성능을 크게 좌우하는 것이 서버 측면에서의 스트리밍 전송 방법이며, 상기 스트리밍 전송 방법은 상기 단말기 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉을 수월하게 하는 것이 관건이다.
한편, 차세대 동영상 기술로 주목 받고 있는 상기 MPEG-4 기술은 낮은 전송률을 가지고 고화질 비디오를 실현하는 장점을 가지고 있는 것으로, 특히 MPEG-4는 상당한 엔코딩 효율을 보여주는데, 이는 ACE(Advanced Coding Efficiency) 알고리즘 때문으로 알려지고 있다.
또한, 상기 서버 내의 MPEG-4 부호화기 내에는 여러 가지 다양한 부호화 모드를 지원하고 있는데, 이는 수신측 단말의 구현 규격(specification) 및 복잡도(complexity)를 구분 짓는 프로파일(profile) 및 레벨(level) 정의에 따른다.
현재, VOD 서비스에 사용되는 MPEG-4 부호화기의 프로파일 및 레벨은 일반적으로 심플 프로파일(simple profile) 정의에 따르며, 상기 심플 프로파일에 포함되는 부호화 모드는 기본 기술(basic tool) 모드와 에러 탄력성 기술(error resilience tool) 모드로 나뉘어 진다.
도 2는 심플 프로파일 정의에 의한 종래의 MPEG-4 부호화기의 부호화 모드를 나타내는 도면이다.
여기서, 상기 종래의 MPEG-4 부호화기(200)의 부호화 모드 중 기본 기술(basic tool)은 부호화 성능 향상을 위한 기본적인 툴(tool)로서 I-VOP(Video On Plane), P-VOP, AC/DC Prediction(AC/DC), 4-MV, Unrestricted MV(UMV)가 있으며, 에러 대응 향상을 위한 에러 탄력적 기술(error resilience tool)로는 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM), 데이터 분할(Data Partitioning, DP), 역방향 가변길이 부호화(Reversible Variable Length Coding, RVLC) 등이 있다.
상기 각각의 세부적인 기술에 대한 사항은 "ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, N3908, MPEG-4 Video Verification Model version 18.0, January 2001/Pisa"에 자세히 기술되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 MPEG-4 부호화기에서 지원하고 있는 에러 탄력적 기술(error resilience tool)은 기본적으로 채널 비트 에러가 존재하는 서킷 망과 같은 응용에서 그 성능이 최대한 발휘되는 것으로, 무선 인터넷과 같은 패킷 망에 적용하기 위해서는 소정의 수정 및 보완이 요구된다.
또한, 종래의 경우 앞서 설명한 VOD 서비스에서는 전송 네트워크의 에러 상황에 상관없이 상기 MPEG-4 부호화 모드를 한번 정하면, 그에 따라 일률적으로 적용하고 있는데, 이는 네트워크의 에러 상황이 전혀 고려되지 않기 때문에 그 수정이 불가피한 상황이다.
본 발명은 네트워크 에러 상황에 적응적으로 대응하기 위해 무선 인터넷을 이용한 스트리밍 전송 시, MPEG-4 부호화 모드 특성 및 복잡도를 고려하여 수신 단말 측에서의 에러 상황을 알 수 있는 PLR(Packet Loss Rate) 정보에 따라 적응적으로 상기 MPEG-4 부호화 모드를 선택함으로써, 단말 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉 성능을 향상시켜 영상 품질을 향상시키는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법은, 무선 인터넷 망을 이용한 주문형 비디오(VOD)의 실시간 스트리밍 서비스에 있어서, 수신 단말측으로부터 상기 수신 단말측의 에러 상황을 알 수 있는 패킷 손실률(PLR) 정보를 제공받는 단계와; 상기 패킷 손실률(PLR) 정보에 의해 부호화기의 부호화 모드가 선택되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선택된 부호화 모드에 의해 부호화된 비트 스트림이 패킷화되는 단계와; 상기 패킷화된 비트 스트림에 헤더 정보가 추가되어 무선 인터넷 망에 전송되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부호화기는 MPEG-4 부호화기이며, 상기 패킷 손실률(PLR)은 실시간 제어 프로토콜(Real-time Transport Control Protocol, RTCP)를 통해 피드백(feedback)되어 제공됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 부호화기의 부호화 모드는 상기 제공받은 패킷 손실률(PLR)에 따라 A-모드 내지 E-모드의 5가지 모드로 구분됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 무선 인터넷을 이용한 스트리밍 전송 시, MPEG-4 부호화 모드 특성 및 복잡도를 고려하여, 수신 단말 측에서의 에러 상황을 알 수 있는 PLR(Packet Loss Rate) 정보에 따라 적응적으로 상기 MPEG-4 부호화 모드를 선택함으로써, 단말 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉 성능을 향상시켜 영상 품질을 향상시키고, 궁극적으로 단말에서의 계산량 감소와 사용자에게 보다 우수한 실시간 비디오 영상 서비스를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 VOD 서버에 구비된 MPEG-4 부호화기의 각 모드를 나타내는 도면이다.
본 발명은 무선 인터넷과 같은 패킷 망을 이용하는 VOD 서비스에 있어서, 네트워크 에러 상황에 적응적으로 대응하기 위해 무선 인터넷을 이용한 스트리밍 전송 시, MPEG-4 부호화 모드 특성 및 복잡도를 고려하여 수신 단말 측에서의 에러 상황을 알 수 있는 패킷 손실률(Packet Loss Rate, PLR) 정보에 따라 적응적으로 상기 MPEG-4 부호화 모드를 선택할 수 있도록, 상기 MPEG-4 부호화기의 모드가 다수개 구비되어 있음을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스 시스템은 VOD 서비스를 제공하는 VOD 서버(300)와, 상기 VOD 서비스를 제공받기 위해 무선 인터넷망(320)에 가입된 다수의 단말기(340)로 구성된다.
이 때, 상기 VOD 서버(300)에 구비된 MPEG-4 부호화기는, 종래와 달리 부호화 모드가 고정되어 그에 따라 일률적으로 적용되는 것이 아니라, 수신 단말 측에서의 에러 상황을 알 수 있는 PLR(Packet Loss Rate) 정보에 따라 적응적으로 부호화 모드가 변경됨을 그 특징으로 한다.
즉, 상기 VOD 서버를 통해 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스를 제공하기 위해서는, 상기 서버에서 제작된 영상 또는 동영상(310)을 MPEG-4 부호화기(encoder)를 이용하여 압축된 비트 스트림(bit stream)으로 변환(312)하고, 이후 상기 비트 스트림에 대한 패킷화(packetization) 과정을 수행한 다음(314), 패킷 네트워크(즉, 무선 인터넷망) 전송을 위한 총 40 바이트(IP 헤더(20byte)(319) + UDP(User Datagram Protocol) 헤더(8 byte)(318) + 실시간 프로토콜(Real-time Transport Protocol, RTP) 헤더(12byte)(316))의 헤더 정보를 추가한 후, 패킷 망에 전송하는데,
본 발명은 실시간 제어 프로토콜(Real-time Transport Control Protocol, RTCP)를 통해 네트워크 에러 상황 즉, 패킷 손실률(Packet Loss Rate, PLR)에 대한 정보를 피드백(feedback)하고, 상기 PLR 정보를 이용하여 적응적으로 MPEG-4 부호화기(encoder)의 부호화 모드를 선택(312)하게 함으로써, 단말 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉 성능을 향상시켜 영상 품질을 향상시키고, 궁극적으로 단말에서의 계산량 감소와 사용자에게 보다 우수한 실시간 비디오 영상 서비스를 제공할 수 있게 한다.
도 4를 참조하여 상기 PLR 정보를 이용하여 적응적으로 MPEG-4 부호화기(encoder)의 부호화 모드를 선택하는 것을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 VOD 서버에 구비된 MPEG-4 부호화기의 일 실시예는, 5가지 모드로 구현되며, 각각의 모드는 수신 단말로부터 피드백 받는 PLR 정보에 의해 선택된다.
상기 5가지 부호화 모드를 각각 설명하면, 먼저 A-모드(300)는 피드백된 PLR 정보 즉, 네트워크 에러 상황을 판단할 수 있는 패킷 손실률이 0~5%인 경우 선택되는 모드로서, 이는 심플 프로파일 정의에 의한 MPEG-4 부호화 모드 중 기본 기술(basic tool)로만 구성됨을 특징으로 한다.
즉, 상기 A-모드(400)는 최대의 부호화 성능을 구현하기 위한 기술만을 동작 시키기 위해 부호화 성능 향상을 위한 기본적인 툴(tool)로서, I-VOP(Video On Plane), P-VOP, AC/DC Prediction(AC/DC), 4-MV, Unrestricted MV(UMV) 만을 동작시키고, 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM), 데이터 분할(Data Partitioning, DP), 역방향 가변길이 부호화(Reversible Variable Length Coding, RVLC)과 같은 에러 탄력성 기술(error resilience tool)은 동작시키지 않음을 특징으로 한다.
이와 같은 A-모드(400) 동작은 에러가 없는 상황에서 불필요한 상기 RM/ DP/ RVLC에 소비되는 계산량을 제거할 수 있으며, 이와 같은 리소스(resource)를 부호화 성능에 소비되는 리소스로 활용할 수 있게 된다.
다음으로 B-모드(410)는 피드백된 PLR 정보 즉, 네트워크 에러 상황을 판단할 수 있는 패킷 손실률이 5~20%인 경우 선택되는 모드로서, 이는 심플 프로파일 정의에 의한 MPEG-4 부호화 모드 중 기본 기술(basic tool)에 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM)을 추가함으로써, 비트 스트림 사이에 싱크 정보를 삽입, 전송하여 수신 단말측에서 에러 발생시 상기 싱크 정보를 찾아 에러의 탐지 및 은닉을 용이하게 할 수 있다.
그 다음 C-모드(420)는 피드백된 PLR 정보 즉, 네트워크 에러 상황을 판단할 수 있는 패킷 손실률이 20~50% 인 경우 선택되는 모드로서, 패킷 손실이 많이 발생하는 것이므로 주변 매크로 블록을 예측 블록으로 시용하는 AC/DC 모드 특성 상, 이는 매우 에러에 취약하기 때문에 상기 AC/DC 모드는 사용하지 않음을 특징으로 한다. 즉, 상기 B-모드(410)와 비교할 때 상기 AC/DC 모드가 오프(OFF) 됨에 그 차이가 있다.
다음으로 D-모드(430)는 피드백된 PLR 정보 즉, 네트워크 에러 상황을 판단할 수 있는 패킷 손실률이 50~70%인 경우 선택되는 모드로서, 패킷 손실이 많이 발생하는 것이므로, 상기 C-모드(420)와 비교할 때 기본 기술(basic tool) 중 4-MV 모드가 더 오프(OFF)되고, 에러 탄력성 기술(error resilience tool) 중 데이터 분할(Data Partitioning, DP)이 더 추가됨에 그 차이가 있다.
마지막으로 E-모드(440)는 피드백된 PLR 정보 즉, 네트워크 에러 상황을 판단할 수 있는 패킷 손실률이 70~97%인 경우 선택되는 모드로서, 패킷 손실이 매우 많은 최악의 상황의 경우이며, 이 때는 부호화 성능을 향상시키기 위한 AC/DC, 4-MV/ UMV 모드는 모두 오프(OFF)되고, 에러 탄력성 기술(error resilience tool)로서 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM), 데이터 분할(Data Partitioning, DP), 역방향 가변길이 부호화(Reversible Variable Length Coding, RVLC)가 온(ON)됨을 특징으로 한다.
상기와 같은 방법을 사용함으로써, 수신 단말 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉 성능을 향상키고 그에 따라 영상 품질의 향상을 꾀할 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의한 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법에 의하면, 무선 인터넷을 이용한 스트리밍 전송 시, MPEG-4 부호화 모드 특성 및 복잡도를 고려하여, 수신 단말 측에서의 에러 상황을 알 수 있는 PLR(Packet Loss Rate) 정보에 따라 적응적으로 상기 MPEG-4 부호화 모드를 선택함으로써, 단말 측에서의 에러 탐지 및 에러 은닉 성능을 향상시켜 영상 품질을 향상시키고, 궁극적으로 단말에서의 계산량 감소와 사용자에게 보다 우수한 실시간 비디오 영상 서비스를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면
도 2는 심플 프로파일 정의에 의한 종래의 MPEG-4 부호화기의 부호화 모드를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 의한 무선 인터넷을 이용한 VOD 서비스 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 VOD 서버에 구비된 MPEG-4 부호화기의 각 모드를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : VOD 서버 320 : 무선 인터넷망
340 : 단말기
400 : (MPEG-4 부호화 모드 중) A-모드 410 : B-모드
420 : C-모드 430 : D-모드
440 : E-모드

Claims (10)

  1. 무선 인터넷 망을 이용한 주문형 비디오(VOD)의 실시간 스트리밍 서비스에 있어서,
    수신 단말측으로부터 상기 수신 단말측의 에러 상황을 알 수 있는 패킷 손실률(PLR) 정보를 제공받는 단계와,
    상기 패킷 손실률(PLR) 정보에 의해 부호화기의 부호화 모드가 선택되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 부호화 모드에 의해 부호화된 비트 스트림이 패킷화되는 단계와,
    상기 패킷화된 비트 스트림에 헤더 정보가 추가되어 무선 인터넷 망에 전송되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화기는 MPEG-4 부호화기 임을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 패킷 손실률(PLR)은 실시간 제어 프로토콜(Real-time Transport Control Protocol, RTCP)를 통해 피드백(feedback)되어 제공됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화기의 부호화 모드는 상기 제공받은 패킷 손실률(PLR)에 따라 A-모드 내지 E-모드의 5가지 모드로 구분됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 A-모드는 상기 패킷 손실률(PLR)이 0~5%인 경우 선택되는 모드로서, 심플 프로파일에 의한 기본 기술(basic tool)인 I-VOP(Video On Plane), P-VOP, AC/DC Prediction(AC/DC), 4-MV, Unrestricted MV(UMV) 만이 동작됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 B-모드는 상기 패킷 손실률(PLR)이 5~20%인 경우 선택되는 모드로서, 심플 프로파일에 의한 기본 기술(basic tool)인 I-VOP(Video On Plane), P-VOP, AC/DC Prediction(AC/DC), 4-MV, Unrestricted MV(UMV)과, 에러 탄력성 기술(error resilience tool)인 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM)이 동작됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 C-모드는 상기 패킷 손실률(PLR)이 20~50%인 경우 선택되는 모드로서, 심플 프로파일에 의한 기본 기술(basic tool) 중 I-VOP(Video On Plane), P-VOP, 4-MV, Unrestricted MV(UMV)과, 에러 탄력성 기술(error resilience tool)인 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM)이 동작됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 D-모드는 상기 패킷 손실률(PLR)이 50~70%인 경우 선택되는 모드로서, 심플 프로파일에 의한 기본 기술(basic tool) 중 I-VOP(Video On Plane), P-VOP, Unrestricted MV(UMV)과, 에러 탄력성 기술(error resilience tool)인 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM), 데이터 분할(Data Partitioning, DP)이 동작됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 E-모드는 상기 패킷 손실률(PLR)이 70~97%인 경우 선택되는 모드로서, 심플 프로파일에 의한 기본 기술(basic tool) 중 I-VOP(Video On Plane), P-VOP과, 에러 탄력성 기술(error resilience tool)인 재동기 신호의 적응적 삽입(Resynchronization Marker, RM), 데이터 분할(Data Partitioning, DP), 역방향 가변길이 부호화(Reversible Variable Length Coding, RVLC)이 동작됨을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스 시 부호화 모드 선택 방법.
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