KR20050104455A - 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송시스템 - Google Patents

다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송시스템 Download PDF

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KR20050104455A
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Abstract

본 발명은 네트워크망의 데이터 송수신 환경과 클라이언트들의 다양한 품질 요구를 만족시키기 위하여 하나의 실시간 동영상 데이터를 서로 다른 비트율을 갖는 다중 동영상 스트림으로 인코딩하여 실시간으로 클라이언트에게 전송할 수 있도록 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템은 비디오 카메라(100)로부터 전송되는 1채널 실시간 동영상 데이터의 영상을 다채널을 갖는 다수의 영상으로 복제하여 다채널 동영상 데이터를 생성하는 영상 복제장치(220)와; 상기 영상 복제장치(220)로부터 전송되는 다채널 동영상 데이터를 채널별로 각각 분리하여 서로 다른 비트율을 갖도록 인코딩하여 다중 비트율을 갖는 다채널 실시간 동영상 스트림을 생성하는 동영상 압축장치(230)와; 상기 동영상 압축장치(230)를 통하여 출력되는 다중 비트율을 갖는 다채널 실시간 동영상 스트림을 공유 메모리(242)에 저장하고, 상기 공유 메모리(242)에 저장되는 다채널 실시간 동영상 스트림 중 적어도 어느 한 채널의 실시간 동영상 스트림을 인출하여 네트워크 인터페이스(250)를 통하여 기억장치(300) 또는 클라이언트(400)에게 전송하는 중앙제어부(240);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템 { A System for Transporting Moving Picture Stream Having Multi Bit Rates Support In Real Time }
본 발명은 실시간 동영상 스트림 전송 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 네트워크망의 데이터 송수신 환경과 클라이언트들의 다양한 품질 요구를 만족시키기 위하여 하나의 실시간 동영상 데이터를 서로 다른 비트율을 갖는 다중 동영상 스트림으로 인코딩하여 실시간으로 클라이언트에게 전송할 수 있도록 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 아날로그 카메라, TV 안테나, 캠코더 등에서 출력되는 아날로그 동영상 데이터는 TV 모니터를 통하여 디스플레이 되거나, VCR(Video Cassette Recorder) 등의 녹화장치를 통해 저장된다. 최근에는 디지털 미디어의 발달에 힘입어 아날로그 동영상 데이터를 디지털 동영상 데이터로 변환시킨 후 하드디스크 등의 고용량 녹화매체에 저장하여 이용하고 있으며, 더 나아가 디지털 동영상 데이터를 네트워크망을 통하여 원격지에 전송하여 원격지에서 수신된 동영상 데이터를 시청하거나 저장할 수 있도록 하는 등 그 응용분야가 더욱 다양해지고 있다.
하지만, 디지털 동영상 데이터는 그 크기가 방대하기 때문에 다양한 압축 알고리즘을 사용하여 그 크기를 수십 또는 수백분의 일로 압축하여 사용하게 된다. 이렇게 압축된 디지털 동영상 데이터는 복원 알고리즘을 통하여 아날로그 동영상 데이터로 복원된 다음 사용되게 되는데, 상기 압축 과정에서 압축 방법과 압축률에 따라 동영상의 품질이 결정되게 된다. 동영상의 품질을 나타내는 단위로서 초당 비트수(bite/second)를 나타내는 비트율(bit rate)을 사용하게 되는데, 이 비트율이 높을수록 고화질의 동영상을 얻을 수 있으며, 비트율이 낮을 수록 저화질의 동영상을 얻게 된다.
최근, 디지털 비디오 레코더(DVR), 네트워크 카메라 또는 네트워크 비디오 서버 등에서 다양한 동영상 압축 방법을 이용하여 실시간 동영상 데이터를 저장하거나 네트워크망을 통하여 원격지의 클라이언트에게 전송하고 있는데, 이들 대부분은 클라이언트 또는 시스템이 지정한 고정된 비트율을 사용하여 압축하기 때문에, 하나의 동영상 비디오 입력에 대해 모두 동일한 동영상 품질의 출력을 얻을 수밖에 없었다.
하지만, 이러한 하나의 고정된 비트율을 갖는 동영상 품질은 동일한 내용의 동영상 입력에 대해 그 처리 목적이 다르거나 네트워크 환경이 다른 여러 사용자가 동시에 사용하고자 하는 경우 그 응용분야에 제약이 따르게 된다. 예를 들면, 하나의 동영상 입력에 대하여 해당 동영상을 고화질의 비트율로 저장매체에 저장하고자 하는 경우, 동영상 입력을 열악한 네트워크 환경에 따라 저화질의 비트율로 원격지에 전송하고자 하는 경우, 동영상 입력을 양호한 네트워크 환경에 따라 중화질의 비트율로 원격지에 전송하고자 하는 경우, 동영상 입력을 클라이언트 선택에 따라 저화질의 비트율로 전송하고자 하는 경우 등의 다양한 비트율이 요구되는 경우가 발생될 수 있는데, 종래에 하나의 비트율로 고정된 동영상 품질로는 이러한 다양한 요구 조건을 충족할 수 없는 문제가 있었다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 실용신안등록 제318389호가 제안되었는데, 상기 등록실용신안은 모니터상에 고화질의 실시간 동영상을 디스플레이하고 하드디스크에 저화질의 실시간 동영상을 녹화할 수 있는 이중 동영상 압축 방법을 적용한 네트워크 카메라와 네트워크 디지털 비디오 레코더에 관한 것이다. 도 1은 상기 등록실용신안의 구성을 나타낸 도면으로서, 실시간 동영상 디스플레이 전용의 제1 동영상 인코더(120)와, 녹화 전용의 제2 동영상 인코더(130)를 이중으로 내장하고, 비디오 카메라(10)로부터 입력된 하나의 영상에 대하여 각 동영상 인코더가 독립적으로 동영상 압축하여 네트워크 디브이알(170)로 전송하도록 구성된다.
상기의 등록실용신안은 카메라 모듈로부터 촬영된 하나의 디지털 영상에 대하여 각 동영상 인코더가 독립적으로 서로 다른 화질과 속도로 동영상 압축하여 네트워크로 전송할 수 있도록 함으로써, 고화질의 실시간 동영상 디스플레이와 저화질 저속 녹화라는 두 가지 요구 조건을 충족시킬 수 있도록 하고 있다.
하지만, 상기 등록실용신안은 비디오 디코더를 통하여 분기되어 전송되는 비디오 입력을 각각 독립적으로 압축하기 위하여 두개의 동영상 인코더를 사용하기 때문에 시스템의 구축비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 동영상의 압축 비트율이 서로 다른 3개 이상 필요한 경우에는 상기 등록실용신안이 그대로 적용될 수 없었으며, 이에 적용시키기 위하여는 보다 많은 독립적인 동영상 인코더가 필요하기 때문에 시스템 구축에 보다 많은 비용이 소요되어야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 동영상 데이터를 입력받아 동일한 다수의 동영상 데이터로 분기한 후 분기된 다수의 동영상 데이터를 서로 다른 비트율로 압축하여 서로 다른 비트율을 갖는 다수의 동영상 스트림으로 생성하고, 생성되는 동영상 스트림을 기억장치 또는 원격 클라이언트에게 전송할 수 있도록 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 동영상 스트림에 대하여 독자적으로 영상을 구성할 수 있는 특정 프레임을 선별적으로 선택하여 적어도 두 가지 이상의 서로 다른 비트율을 갖는 동영상 스트림으로 재생성함으로써 보다 다양한 비트율의 실시간 동영상 스트림을 기억장치 또는 원격 클라이언트에게 전송할 수 있도록 하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템은 비디오 카메라로부터 촬영되는 동영상 데이터를 입력받아 실시간 동영상 스트림으로 인코딩하여 네트워크망을 통하여 클라이언트에게 제공하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템에 있어서, 상기 비디오 카메라로부터 전송되는 1채널 실시간 동영상 데이터의 영상을 다채널을 갖는 다수의 영상으로 복제하여 다채널 동영상 데이터를 생성하는 영상 복제장치와; 상기 영상 복제장치로부터 전송되는 다채널 동영상 데이터를 채널별로 각각 분리하여 서로 다른 비트율을 갖도록 인코딩하여 다중 비트율을 갖는 다채널 실시간 동영상 스트림을 생성하는 동영상 압축장치와; 상기 동영상 압축장치를 통하여 출력되는 다중 비트율을 갖는 다채널 실시간 동영상 스트림을 공유 메모리에 저장하고, 상기 공유 메모리에 저장되는 다채널 실시간 동영상 스트림 중 적어도 어느 한 채널의 실시간 동영상 스트림을 인출하여 네트워크 인터페이스를 통하여 기억장치 또는 클라이언트에게 전송하는 중앙제어부;를 포함하여 이루어진다.
상기 중앙제어부는 공유 메모리에 저장되는 다채널 실시간 동영상 스트림 중 적어도 어느 한 채널의 실시간 동영상 스트림을 선택하고, 선택된 채널의 실시간 동영상 스트림에 포함된 독자적으로 영상을 구성할 수 있는 특정 프레임을 선별적으로 선택하여 취합함으로써 서로 다른 비트율을 갖는 실시간 동영상 스트림으로 재구성하게 된다.
또한, 상기 중앙제어부는 공유 메모리에 등록 설정된 다수의 채널 중 상기 클라이언트가 요청하는 비트율과 가장 근접한 비트율을 갖는 채널을 설정하고, 설정된 채널의 실시간 동영상 스트림을 클라이언트에게 전송하게 된다.
뿐만 아니라, 상기 중앙제어부는 클라이언트와 설정되는 네트워크망의 데이터 송수신 환경을 검사하여 데이터 송수신 환경이 변경되면, 변경되기 전의 데이터 전송률을 유지하는 다른 채널의 실시간 동영상 스트림을 클라이언트에게 전송하게 된다.
상기 영상 복제장치는 입력되는 동영상 데이터의 1채널 영상을 4채널 영상으로 복제하는 Quad Duplicator와 메모리를 포함하여 이루어지고, 상기 영상 압축장치는 영상 복제장치로부터 전송되는 4채널 영상을 각각 구분하여 인코딩하는 MPEG4 Encoder와 메모리를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템의 네트워크 연결도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 동영상 스트림 전송 시스템은 비디오 카메라(100)를 통하여 촬영되어 실시간으로 전송되는 동영상 데이터를 입력받아 서로 다른 비트율을 갖는 다수의 동영상 스트림으로 인코딩하는 동영상 스트리밍 서버(200)와, 상기 동영상 스트리밍 서버(200)에서 인코딩되어 네트워크망을 통하여 전송되는 실시간 동영상 스트림을 저장하는 다수의 기억장치(300)와, 상기 동영상 스트리밍 서버(200)에서 인코딩되어 네트워크망을 통하여 전송되는 실시간 동영상 스트림을 화면에 디스플레이하는 다수의 클라이언트(400)를 포함하여 이루어진다.
상기 기억장치(300)는 하드디스크 등의 기억매체로서, 동영상 스트리밍 서버(200)로부터 내부 네트워크를 통하여 전송되는 실시간 동영상 스트림을 저장하게 된다. 또한, 상기 클라이언트(400)는 동영상 스트리밍 서버(200)에 동영상 데이터를 요청하여 동영상 스트리밍 서버(200)로부터 외부 네트워크를 통하여 전송되는 실시간 동영상 스트림을 화면에 디스플레이하는 사용자 컴퓨터를 나타낸다. 상기 네트워크망 중 내부 네크워크는 동영상 스트리밍 서버(200)의 입출력 인터페이스를 통하여 직접 연결되는 통신망이나 내부적으로 연결되는 근거리 통신망(LAN)을 의미하며, 외부 네트워크는 인터넷 등의 광역 통신망을 의미하는데, 상기 기억장치(300)와 클라이언트(400)는 위치에 따라 외부 네트워크 또는 내부 네트워크를 통하여 동영상 스트리밍 서버(200)와 연결될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동영상 스트리밍 서버의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
비디오 카메라(100)로부터 전송되는 실시간 동영상 데이터를 다중 비트율을 갖도록 다수의 동영상 스트림으로 인코딩하는 동영상 스트리밍 서버(200)에는 AD변환기(210), 영상 복제장치(220), 영상 압축장치(230), 중앙제어부(240), 네트워크 인터페이스(250) 등이 구비되어 있다.
상기 네트워크 인터페이스(250)는 네트워크망을 통하여 기억장치(300) 및 클라이언트(400)와의 통신을 설정하고 관리하기 위한 통신장치로서, 이 네트워크 인터페이스(250)는 내부 네트워크를 위한 내부 네트워크 인터페이스(251)와 외부 네트워크를 위한 외부 네트워크 인터페이스(252)로 구분되는데, 상기 네트워크 인터페이스(250)는 통상의 LAN 장치 등의 통신 하드웨어 장치와 상기 하드웨어 장치를 구동하는 소프트웨어로 이루어진다.
상기 AD변환기(ADC ; Analog-to-Digital Converter)(210)는 비디오 카메라(100)로부터 입력되는 아날로그 동영상 데이터를 디지털 동영상 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기로서, 이 AD변환기(210)는 비디오 카메라(100)로부터 입력되는 아날로그 동영상 데이터 중 아날로그 오디오 데이터를 디지털 오디오 데이터로 변환하는 오디오 ADC(211)와 아날로그 비디오 데이터를 디지털 비디오 데이터로 변환하는 비디오 ADC(212)로 구성된다. 한편, 이 AD변환기(210)는 상기 비디오 카메라(100)가 디지털 비디오 카메라이거나 입력되는 동영상 데이터가 디지털 동영상 데이터인 경우에는 생략될 수 있다.
상기 영상 복제장치(220)는 AD변환기(210)로부터 전송되는 일채널 동영상 데이터를 다채널 동영상 데이터로 복제하여 출력하는 장치로서, 본 발명의 실시예에서 상기 영상 복제장치(220)는 Quad Duplicator(221)와 메모리(222)를 포함하여 이루어진다. 상기 영상 복제장치(220)에 적용된 Quad Duplicator(221)는 AD변환기(210)의 비디오 ADC(212) 또는 디지털 비디오 카메라로부터 입력되는 1채널 디지털 영상을 4채널 영상으로 복제하게 된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 상기 Quad Duplicator(221)를 통하여 하나의 영상이 4개의 영상으로 복제되는 일례를 나타낸 것으로서, Quad Duplicator(221)에 입력되는 1채널 영상은 4채널 영상으로 복제되어 출력된다. 이 때, 복제된 영상은 원래 영상의 크기보다 1/4로 줄어들기 때문에 각 채널당 영상의 해상도도 1/4로 줄어들게 된다. 예를 들면, Quad Duplicator(221)에 입력되는 1채널 영상의 해상도가 640×480인 경우, Quad Duplicator(221)는 입력 채널의 영상을 320×240의 해상도로 축소하며, 축소된 채널을 복제하여 전체적으로 640×480의 채널로 출력하게 된다.
상기 영상 압축장치(230)는 영상 복제장치(220)로부터 출력되는 다채널 동영상 데이터를 각각 다른 비트율을 갖는 다수의 동영상 스트림으로 인코딩하는 장치로서, 본 발명의 실시예에서 상기 영상 압축장치(230)는 MPEG4 Encoder(231)와 메모리(232)를 포함하여 이루어진다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MPEG4 Encoder(231)를 통하여 다채널 동영상 데이터가 인코딩되는 일례를 나타낸 것으로, 이 MPEG4 Encoder(231)는 Quad Duplicator(221)를 통하여 전송되는 4채널(A)(B)(C)(D)의 영상을 각 채널별로 분리하여 각각 서로 다른 비트율(α)(β)(γ)(δ)을 갖도록 인코딩하여 실시간 동영상 스트림을 생성하게 된다. 또한, MPEG4 Encoder(231)는 상기 AD변환기(210)의 오디오 ADC(211)로부터 전송되는 디지털 오디오 데이터를 인코딩하게 되는데, 이에 따라 MPEG4 Encoder(231)를 통하여 출력되는 실시간 동영상 스트림에는 비디오 영역의 I 프레임과 P 프레임 및 오디오 데이터가 포함된다.
상기 중앙제어부(240)는 동영상 스트리밍 서버(200)의 각 구성부를 제어하고 관리하는 역할을 수행하게 되는데, 이 중앙제어부(240)에는 중앙처리장치(CPU)(241), 메모리(Memory)(242) 및 플래시 메모리(Flash Memory)(243) 등의 하드웨어 장치가 구비되어 컴퓨터 시스템을 동작시키게 된다. 상기 플래시 메모리(243)에는 중앙처리장치(241)에 의해 인식되어 실행되는 Pumper 소프트웨어가 탑재되는데, 중앙처리장치(241)는 이 Pumper 소프트웨어를 실행시켜 Pumper 프로세스를 생성시키고 생성된 Pumper 프로세스는 영상 압축장치(230)로부터 전송되는 실시간 동영상 스트림을 제어하여 네트워크 인터페이스(250)를 통하여 기억장치(300) 또는 클라이언트(400)에게 전송하게 된다.
상기 메모리(242)는 영상 압축장치(230)를 통하여 출력되는 다채널 동영상 스트림을 임시 저장하는 공유영역 메모리로서, 본 발명의 실시예에서 상기 메모리(242)에는 영상 압축장치(230)의 Encoder 프로세스의 제어에 의해 영상 압축장치(230)로부터 출력되는 다채널 동영상 스트림이 저장된다. 이 때, 메모리(242)에는 Encoder 프로세스와 Pumper 프로세스 등 다른 프로세스가 동시에 접근될 수 있기 때문에 프로세스간의 충돌을 방지하기 위하여 세마포어(Semaphores)가 사용된다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공유 메모리의 구조 일례를 나타낸 것으로, 하나의 버퍼(buf)에 모든 데이터가 등록되어 포인터(Offset)로서 접근되게 된다. 도 6에 표시된 Nextoffset은 다음 데이터가 위치될 오프셋을 나타내고, 버퍼가 다 차게 되면 처음부터 다시 쓰기 시작하는데, 처음부터 다시 쓰기 시작한 부분을 가리키고 있는 큐의 슬롯은 유효 Flag가 0이 되어 구분될 수 있도록 한다. 또한, 각 데이터의 등록 정보를 나타내기 위하여 각 채널별로 하나씩의 환형큐(CQ ; Circular Queue)가 구비되는데, 각 큐에는 30개의 슬롯이 포함되며, 큐의 각 슬롯에는 다음과 같은 필드가 포함된다.
Flag : 해당 슬롯의 유효 여부 (0 : 유효하지 않음, 1 : 유효함)
Type : 미디어 형 (0 : I 프레임, 1 : P 프레임, 2 : 오디오 데이터)
TSP : 데이터의 생성시간 (timestamp)
Len : 데이터의 길이
Offset : 데이터가 위치하고 있는 buf내의 위치
Lastindex : 큐에서 가장 최근에 쓰여진 슬롯 번호
또한, 이 공유 메모리(242)에는 비디오와 동기화되는 오디오 데이터가 저장되어야 하는데, 오디오 데이터는 그 크기가 작고 빈번하게 발생되기 때문에 본 발명의 실시예에서 비디오 한 프레임 사이의 모든 오디오 데이터를 하나의 오디오 버퍼에 저장하게 된다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오디오 버퍼의 일례를 나타낸 것으로, 큐에서 오디오 버퍼가 하나의 슬롯을 차지하게 되는데 오디오 버퍼는 buf에 복사된 후 클리어(Clear) 된다. 상기 공유 메모리(242)에 비디오 및 오디오 데이터가 등록되는 과정은 도 13에서 후술된다. 상기 도 6의 공유 메모리 구조에서는 오디오 데이터의 저장 위치를 나타내는 오디오 채널 정보가 표시되어 있지 않지만, 상기 공유 메모리(242)에는 오디오 데이터의 저장 정보를 나타내는 오디오 채널의 환형큐가 더 포함될 수 있으며, 경우에 따라서는 별도의 오디오 채널을 대신하여 비디오 채널에 오디오 정보가 포함될 수도 있다.
한편, 상기 플래시 메모리(243)에 탑재된 Pumper 소프트웨어는 중앙처리장치(241)에 의해 실행되어 Pumper 프로세스를 생성시키게 되는데, 이 Pumper 프로세스는 공유 메모리(242)에 저장되는 각 채널의 동영상 스트림에 포함된 비디오 프레임을 선별적으로 선택하여 동영상 스트림의 비트율을 더욱 다양하게 생성하고 이를 기억장치(300) 또는 클라이언트(400)에 전송하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 Pumper 프로세스는 공유 메모리(242)에 저장되는 동영상 스트림 중 독자적으로 영상을 구성할 수 있는 I 프레임을 선별적으로 선택하여 동영상 스트림을 재구성함으로써 비트율을 더욱 다양하게 만든다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 Pumper 프로세스를 통하여 동영상 스트림이 재구성되는 일례를 나타낸 것으로, Pumper 프로세스는 각각의 채널에 대하여 한 채널당 4개의 서로 다른 비트율을 갖도록 I 프레임을 선별적으로 선택하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, I 프레임과 P 프레임의 데이터 량의 비율이 100:30 이라고 가정하면, I 프레임과 P 프레임 모두를 선택하면 채널 고유의 100％의 동영상 스트림이 생성되고, I 프레임만을 모두 선택하면 53％의 동영상 스트림이 생성되며, I 프레임만을 두 번에 한번 비율로 선택하면 26％의 동영상 스트림이 생성되고, I 프레임만을 네번에 한번 비율로 선택하면 18％의 동영상 스트림이 생성되게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 영상 복제장치(220)인 Quad Duplicator(221)에 입력되는 1채널 동영상 데이터가 영상 압축장치(230)인 MPEG4 Encoder(231)와 중앙제어부(240)를 통하여 다중 비트율을 갖는 다수의 동영상 스트림으로 인코딩되는 전체 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 Pumper 프로세스를 통하여 최종적으로 출력되는 각 채널별 동영상 스트림의 비트율 테이블 일례를 나타낸 것이다.
도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 영상 복제장치(220)에 입력되는 하나의 동영상 데이터는 4채널로 분기되고 영상 압축장치(230)를 통하여 인코딩 됨으로써 4채널의 서로 다른 비트율을 갖는 동영상 스트림이 생성되고, 이 4채널의 동영상 스트림의 I 프레임을 선별적으로 선택하여 각 채널당 4개의 서로 다른 비트율을 갖는 동영상 스트림이 생성됨으로써, 최종적으로 16(4ch×4) 채널의 서로 다른 비트율을 갖는 동영상 스트림이 생성되게 된다.
도 10에 도시된 16채널의 서로 다른 비트율을 갖는 동일한 내용의 동영상 스트림은 클라이언트(400)와의 네트워크 환경 또는 클라이언트(400)의 요청에 의해 적절한 비트율을 갖는 채널의 동영상 스트림이 선택되어 클라이언트(400) 또는 기억장치(300)에 전송되게 된다.
도 11은 실시간 동영상 스트림을 재생성하는 중앙제어부(240)의 Pumper 프로세스와 클라이언트(User)(400)간의 데이터 송수신 과정을 나타내는 일례로서, 클라이언트(400)는 Pumper 프로세스로부터 전송되는 실시간 동영상 스트림에 포함된 TSP를 기준으로 초당 수신되는 데이터 량을 측정하여 수신 비트율을 계산하고, 수신되는 데이터 비트율이 지정된 비트율과 차이가 발생되면 수신 비트율이 지정 비트율을 만족할 수 있도록 새로운 채널을 통한 동영상 스트림 전송을 Pumper 프로세스에 요청하게 되다. 채널 변경을 요청받은 Pumper 프로세스는 요청되는 비트율에 가장 근접하는 새로운 채널의 실시간 동영상 스트림을 선택하여 선택된 채널을 통하여 실시간 동영상 스트림을 클라이언트(400)에게 전송하게 된다.
한편, 동영상 스트리밍 서버(200)의 Pumper 프로세스는 클라이언트(400)의 요청에 의한 것뿐만 아니라, 자체적으로 클라이언트(400)와의 데이터 전송률을 지속적으로 검사하여 트래픽 등에 의하여 데이터 전송률이 변경되는 경우 전송률을 일정하게 유지하기 위하여 다른 채널로 변경하여 실시간 동영상 스트림을 클라이언트(400)에 전송할 수도 있다.
이하에서, 상기의 구성으로 이루어진 실시간 동영상 스트림 전송 시스템을 통하여 다채널 실시간 동영상 스트림이 생성되어 클라이언트에 전송되는 과정에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 동영상 스트림 전송 시스템을 통하여 실시간 동영상 스트림이 생성되고 클라이언트에 전송되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 먼저 실시간 동영상 스트림을 생성하기 위하여 동영상 스트리밍 서버(200) 측은 비디오 카메라(100)를 통하여 실시간으로 동영상을 촬영하게 되고 촬영되는 동영상 데이터는 동영상 스트리밍 서버(200)로 전송된다(단계 S110).
동영상 스트리밍 서버(200)는 비디오 카메라(100)로부터 입력되는 아날로그 동영상 데이터를 AD변환기(210)를 통하여 디지털 동영상 데이터로 변환하여 영상 복제장치(220)로 전송한다(단계 S120). 영상 복제장치(220)의 Quad Duplicator(221)는 입력되는 1채널 동영상 데이터의 영상을 4채널 영상으로 복제하여 영상 압축장치(230)로 전송하게 된다(단계 S130).
영상 압축장치(230)의 MPEG4 Encoder(231)는 영상 복제장치(220)로부터 전송되는 4채널 동영상 데이터를 기설정된 서로 다른 비트율로 각각 인코딩하여 실시간 동영상 스트림을 생성하게 되며(단계 S140), 생성되는 4채널의 동영상 스트림은 공유 메모리(242)에 저장되게 되는데(단계 S150), 상기 공유 메모리(242)에 동영상 스트림이 저장되는 과정은 도 13을 통하여 후술된다.
공유 메모리(242)에 4채널 동영상 스트림이 저장되면, 중앙제어부(240)의 Pumper 프로세스는 4채널 동영상 스트림에 포함된 비디오 프레임의 I 프레임을 선별적으로 선택하여 한 채널당 4개의 서로 다른 비트율을 갖는 동영상 스트림을 생성함으로서 최종적으로 16채널의 서로 다른 비트율을 갖는 실시간 동영상 스트림을 설정할 수 있게 된다(단계 S160).
Pumper 프로세스는 기설정된 비트율의 실시간 동영상 스트림을 클라이언트(400)에 전송하기 위하여 해당 설정 비트율을 갖는 채널을 선택한 후, 선택된 채널에서 해당 비트율의 실시간 동영상 스트림을 인출하여 클라이언트(400)에 전송하게 된다(단계 S170).
실시간 동영상 스트림을 수신하는 클라이언트(400)는 실시간으로 수신되는 동영상 스트림의 초당 데이터 량을 측정하여 수신 비트율을 계산하게 되고, 이 수신 비트율이 기 설정된 비트율과 차이가 발생되게 되면 동영상 스트리밍 서버(200)의 Pumper 프로세스에 설정 비트율을 계속하여 만족할 수 있도록 채널 변경을 요청하게 된다. 동영상 스트리밍 서버(200)의 Pumper 프로세스는 클라이언트(400)로부터 채널 변경 요청신호가 수신되면(단계 S180), 클라이언트(200)의 설정 수신 비트율을 만족하는 채널을 선택하여 선택된 채널로 실시간 동영상 스트림 전송 채널을 변경함으로써 클라이언트(400)에 지속적으로 실시간 동영상 스트림을 전송하게 된다(단계 S181).
상기의 실시간 동영상 스트림 전송 과정은 동영상 스트리밍 서버(200)에 클라이언트(400)로부터 동영상 스트림의 전송 종료 요청이 수신되거나 전송하고자 하는 실시간 동영상 스트림이 모두 전송될 때까지 반복되게 된다(단계 S190).
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 상기 도 12에서 설명한 공유 메모리에 동영상 스트림이 저장되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 동영상 압축장치(230)의 MPEG4 Encoder(231)를 통하여 인코딩된 실시간 동영상 스트림을 공유 메모리(242)에 저장하기 위하여 Encoder 프로세스는 MPEG4 Encoder(231)로부터 인코딩되는 동영상 데이터를 인출하여(단계 S151), 인출된 동영상 데이터가 오디오 데이터인지를 먼저 검사하게 된다(단계 S152).
인출된 동영상 데이터가 오디오 데이터인 경우 해당 오디오 데이터를 공유 메모리(242)의 오디오 버퍼에 등록하고, 오디오 버퍼에 데이터가 등록되었음을 나타내도록 필드 Abuf 값을 1로 설정한다(단계 S152). 오디오 버퍼에 오디오 데이터가 등록되면 상기 단계 S151로 돌아가 다음 동영상 데이터를 인출하여 동영상 데이터가 오디오 데이터인지를 판단하는 상기의 과정을 반복하게 된다.
만약, 인출하는 동영상 데이터가 계속하여 오디오 데이터라면 지속적으로 오디오 버퍼에 오디오 데이터를 등록하고 다음 동영상 데이터를 인출하는 과정을 반복하며, 만약 인출되는 동영상 데이터가 오디오 데이터가 아닌 비디오 데이터인 경우에는 공유 메모리(242)의 세마포어를 확인하게 된다(단계 S154). 공유 메모리(242)의 세마포어는 공유 메모리(242)의 동시 접근을 방지하기 위한 것이므로, 세마포어를 참조하여 공유 메모리(242)의 접근이 가능할 때 세마포어의 값을 변경시켜 다른 프로세스가 접근되지 않도록 설정한 후, 인출된 비디오 데이터를 공유 메모리(242)에 등록하게 된다(단계 S155).
공유 메모리(242)에 비디오 데이터를 등록한 후, Encoder 프로세스는 오디오 버퍼의 Abuf 값을 검사하여 설정 값이 1인지를 확인한다(단계 S156). 만약, 오디오 버퍼의 Abuf 값이 1이라면 오디오 버퍼에 오디오 데이터가 등록되어 있는 것을 나타내므로, Encoder 프로세스는 오디오 버퍼에 등록된 오디오 데이터를 공유 메모리(242)에 복사하여 저장하게 된다(단계 S157).
상기 과정을 통하여 공유 메모리(242)에 비디오 데이터와 오디오 데이터를 등록한 후, 공유 메모리(242)의 세마포어 값을 변경하여 타 프로세스의 접근을 허용토록 하며(단계 S158), 오디오 버퍼에 등록되어 있는 오디오 데이터를 삭제(Clear)한 후(단계 S159), 상기 초기 단계(S151)로 돌아가 상기의 과정을 지속적으로 반복하여 수행하게 된다.
상기의 과정을 통하여 동영상 스트리밍 서버(200)는 비디오 카메라(100)로부터 촬영되는 동영상을 다중 비트율을 갖는 실시간 동영상 스트림으로 생성하여 클라이언트(400)의 요구 조건 또는 네트워크 환경에 적합한 비트율을 갖는 실시간 동영상 스트림을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 동일 내지 유사한 기능을 수행할 수 있도록 적절한 형태로 변형되어 이용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 영상 분할장치(220)에 적용된 Quad Duplicator와 영상 압축장치(230)에 적용된 MPEG4 Encoder는 동일 내지 유사한 기능을 수행하는 다른 종류의 장치로 변경될 수 있으며, Pumper 프로세스에서 실시간 동영상 스트림 중 I 프레임을 다른 비율로 선택하여 비트율을 조절할 수 있음은 당연하다.
따라서, 본 발명은 상기에서 언급되고 도시된 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상으로부터 다양한 변형과 모방이 가능하며 이와 같은 변형과 모방은 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템은 비디오 카메라로부터 촬영되는 하나의 동영상에 대하여 서로 다른 비트율을 갖는 다수의 실시간 동영상 스트림을 생성하여, 클라이언트의 다양한 요구조건이나 네트워크 환경에 따라 최적화된 비트율을 갖는 실시간 동영상 스트림을 클라이언트에게 전송할 수 있으며, 별도의 기억장치에 저장할 수 있으므로 자원의 응용분야를 넓히고 보다 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 이중 동영상 압축 방법을 적용한 네트워크 카메라와 네트워크 디지털 비디오 레코더의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템의 네트워크 연결도,
도 3은 본 발명에 따른 동영상 스트리밍 서버의 전체적인 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 영상 복제장치인 Quad Duplicator를 통하여 영상이 복제되는 것을 나타내는 일 실시예,
도 5는 본 발명에 따른 영상 압축장치인 MPEG4 Encoder를 통하여 동영상 데이터가 인코딩되는 것을 나타내는 일 실시예,
도 6은 본 발명에 따른 공유 메모리의 구조를 나타내는 일 실시예,
도 7은 본 발명에 따른 오디오 버퍼의 구조를 나타내는 일 실시예,
도 8은 본 발명에 따른 Pumper 프로세스를 통하여 동영상 스트림이 재구성되는 것을 나타내는 일 실시예,
도 9는 본 발명에 따른 1채널 동영상 데이터가 다중 비트율을 갖는 다수의 동영상 스트림으로 인코딩되는 전체 과정을 나타낸 흐름도,
도 10은 본 발명에 따른 Pumper 프로세스를 통하여 최종적으로 출력되는 각 채널별 동영상 스트림의 비트율 테이블을 나타내는 일 실시예,
도 11은 본 발명에 따른 Pumper 프로세스와 클라이언트간의 데이터 송수신 과정을 나타내는 일 실시예,
도 12는 본 발명에 따른 동영상 스트리밍 서버를 통하여 실시간 동영상 스트림이 생성되어 클라이언트에 전송되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 13은 본 발명에 따른 공유 메모리에 동영상 스트림이 저장되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 비디오 카메라 200 : 동영상 스트리밍 서버
210 : AD변환기(Analog-to-Digital Converter)
211 : 오디오 ADC 212 : 비디오 ADC
220 : 영상 복제장치 221 : Quad Duplicator
222 : 메모리 230 : 영상 압축장치
231 : MPEG4 Encoder 232 : 메모리
240 : 중앙제어부 241 : 중앙처리장치
242 : 메모리 243 : 플래시 메모리
250 : 네트워크 인터페이스 251 : 내부 네트워크 인터페이스
252 : 외부 네트워크 인터페이스 300 : 기억장치
400 : 클라이언트

Claims (6)

  1. 비디오 카메라로부터 촬영되는 동영상 데이터를 입력받아 실시간 동영상 스트림으로 인코딩하여 네트워크망을 통하여 클라이언트에게 제공하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템에 있어서,
    상기 비디오 카메라(100)로부터 전송되는 1채널 실시간 동영상 데이터의 영상을 다채널을 갖는 다수의 영상으로 복제하여 다채널 동영상 데이터를 생성하는 영상 복제장치(220)와;
    상기 영상 복제장치(220)로부터 전송되는 다채널 동영상 데이터를 채널별로 각각 분리하여 서로 다른 비트율을 갖도록 인코딩하여 다중 비트율을 갖는 다채널 실시간 동영상 스트림을 생성하는 동영상 압축장치(230)와;
    상기 동영상 압축장치(230)를 통하여 출력되는 다중 비트율을 갖는 다채널 실시간 동영상 스트림을 공유 메모리(242)에 저장하고, 상기 공유 메모리(242)에 저장되는 다채널 실시간 동영상 스트림 중 적어도 어느 한 채널의 실시간 동영상 스트림을 인출하여 네트워크 인터페이스(250)를 통하여 기억장치(300) 또는 클라이언트(400)에게 전송하는 중앙제어부(240);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중앙제어부(240)는
    상기 공유 메모리(242)에 저장되는 다채널 실시간 동영상 스트림 중 적어도 어느 한 채널의 실시간 동영상 스트림을 선택하고, 선택된 채널의 실시간 동영상 스트림에 포함된 독자적으로 영상을 구성할 수 있는 특정 프레임을 선별적으로 선택하여 취합함으로써 서로 다른 비트율을 갖는 실시간 동영상 스트림으로 재구성하는 것을 특징으로 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 중앙제어부(240)는
    상기 공유 메모리(242)에 등록 설정된 다수의 채널 중 상기 클라이언트(400)가 요청하는 비트율과 가장 근접한 비트율을 갖는 채널을 설정하고, 설정된 채널의 실시간 동영상 스트림을 클라이언트(400)에게 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 중앙제어부(240)는
    상기 클라이언트(400)와 설정되는 네트워크망의 데이터 송수신 환경을 검사하여 데이터 송수신 환경이 변경되면, 변경되기 전의 데이터 전송률을 유지하는 다른 채널의 실시간 동영상 스트림을 클라이언트(400)에게 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 영상 복제장치(220)는
    입력되는 동영상 데이터의 1채널 영상을 4채널 영상으로 복제하는 Quad Duplicator(221)와 메모리(222)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 영상 압축장치(230)는
    상기 영상 복제장치(220)로부터 전송되는 4채널 영상을 각각 구분하여 인코딩하는 MPEG4 Encoder(231)와 메모리(232)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 비트율을 지원하는 실시간 동영상 스트림 전송 시스템.
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