KR20070048014A

KR20070048014A - 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 데이터품질 관리 방법

Info

Publication number: KR20070048014A
Application number: KR1020050104983A
Authority: KR
Inventors: 문수정; 임용석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2007-05-08

Abstract

송·수신 단에 버퍼(buffer)를 두고 실시간제어프로토콜(Real Time Control Protocol: RTCP)을 이용하여 네트워크의 데이터 레이트를 계산하고, 전송률을 조절함으로써 수신 측의 데이터 품질을 보장할 수 있는 것을 특징으로 하는 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 품질 관리 방법.

QoS, RTCP, 비트 레이트, 패킷 손실률

Description

실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 데이터 품질 관리 방법{A data quality managing method via bit rate control in Real Time Control Protocol}

도 1은 본 발명의 적용이 가능한 송·수신 시스템의 구성 예이다.

도 2는 본 발명의 적용이 가능한 송·수신 시스템의 다른 구성 예이다.

도 3은 본 발명에 따른 데이터 수신 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 데이터 송신 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 따른 실시간 데이터 품질 관리를 위한 데이터의 송·수신 절차를 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 데이터 품질 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 데이터 전송 에러가 발생하기 쉬운 구간에서 송·수신 단에 버퍼를 두고 비트 레이트를 조절함으로써 네트워크를 통해 실시간으로 송·수신되는 데이터의 품질을 관리할 수 있는 방법에 관한 것이다.

미디어를 플레이 하기 위해서는 각각의 미디어는 필요한 데이터 레이트가 주 어진다. 예를 들어 어느 비디오가 초당 30 프레임(frame)을 지원하고 비트 레이트가 600kbps라 한다면, 비디오 디코더는 초당 75KBytes이상의 데이터를 필요로 하게 된다. 종래에는 미디어 전송 시 세션설정프로토콜(Session Description Protocol: SDP) 메시지를 이용해서 비트레이트 정보를 기술함으로써 정해진 대역폭을 얻어와 그 대역폭으로만 데이터를 전송한다. 즉, 수신 측이나 송신 측이 600kbps의 인터넷 프로토콜 멀티미디어 서브시스템(Internet Protocol Multimedia Subsystem: IMS)망에서 대역을 할당하여 비디오를 플레이 할 수 있도록 한다. 무선 구간은 전송 에러가 많고 대역폭이 충분하지 않다는 특성을 가지고 있다. 따라서, 종래 기술과 같이 SDP 메시지를 이용해서 대역폭을 계속 고정하고 쓸 수 없다는 불편함이 있다. 즉 어느 순간에는 망에 데이터량이 많아서 고정된 전송률을 제공할 수 없는 경우가 생긴다. 이러한 경우, 수신 측에서 데이터 패킷을 많이 잃어버려 결국 제대로 된 동영상 플레이를 해 줄 수 없게 된다.

본 발명은 무선 네트워크를 이용한 실시간 미디어 전송에서 데이터의 품질을 유지할 수 있는 관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 무선 구간의 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있는 실시간 네트워크 데이터 전송의 품질 관리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 버퍼링을 통해 오류가 생긴 데이터들의 재전송을 통해 양질의 QoS를 보장하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 품질 관리 방법은 송·수신 측의 버퍼를 통해서 실시간 네트워크 대역폭을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 품질 관리 방법의 다른 특징은 SS/RR(Send Report/ Receive Report)를 통해 송·수신 측에서 현재의 네트워크 대역폭을 알 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 품질 관리 방법의 다른 특징은 패킷 손실의 정도가 일정 기준 값을 초과하면 전송 측의 비트 레이트를 낮추고, 그 정도가 심한 경우 새로운 SDP를 통해 전송할 미디어의 비트 레이트를 낮게 인코딩하여 전송하는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 품질 관리 방법의 다른 특징은 송·수신 측에 버퍼(buffer)를 두고 실시간제어프로토콜(Real Time Control Protocol: RTCP)을 이용하여 네트워크의 데이터 레이트를 계산하고, 전송률을 조절함으로써 수신 측의 데이터 품질을 보장할 수 있는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 수신 데이터 품질 관리 방법은 송신 측으로부터 제공된 세션기술프로토콜(Session Description Protocol: SDP)을 통해 수신할 미디어의 비트 레이트(bit rate)를 추출하는 과정과; 추출된 비트 레이트에 맞게 대역폭과 버퍼를 할당하는 과정과; 패킷 오류의 비율을 설정된 범위 값과 비교하는 과정과; 패킷의 오류 범위가 설정된 범위를 벗어나면 비트 레이트 다운 요청 메시지를 송신 측으로 전송하는 과정을 포함하여 이루 어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 수신 데이터 품질 관리 방법의 세부적 특징은 상기 비트 레이트 다운 요청 메시지는 수신 리포트(Receive Report: RR)을 통해 전송되는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 수신 데이터 품질 관리 방법의 세부적 특징은 대기허용가능시간(tolerable wait second)을 설정하는 과정을 더 포함하는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 수신 데이터 품질 관리 방법의 세부적 특징은 상기 버퍼에 데이터가 저장되는 속도를 통해 현재 네트워크의 대역폭을 측정하는 과정을 더 포함하는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 수신 데이터 품질 관리 방법의 세부적 특징은 패킷 오류 비율과 설정된 범위 값을 비교하는 과정이 수신한 패킷 중 에러가 발생하는 비율이 수신 측에서 재전송된 데이터를 사용할 수 있는 시간을 넘어서거나, 현재 대역폭의 크기가 할당된 대역보다 작게 되는지 판단하는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 수신 데이터 품질 관리 방법의 세부적 특징은 상기 비트 레이트 다운 요청 메시지는 특정 값으로 입력된 실시간제어프로토콜(Real Time Control Protocol: RTCP)의 응용 패킷의 서브타입(subtype) 값과, 새롭게 계산된 비트 레이트 값이 포함된 응용 의존(application dependent) 데이터를 포함하는 점이다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 송신 데이터 품질 관리 방법은 세션기술프로토콜(Session Description Protocol: SDP)을 통해 전송할 미디어의 비트 레이트를 포함시켜 전송하는 과정과; 데이터 송신 중 수신 측으로부터 수신 응답(Receive Report)을 수신하여 비트 레이트 다운 요청 여부를 판별하는 과정과; 비트 레이트 다운 요청인 경우, 비트 레이트 재조정 필요성 여부를 판단하는 과정과; 판단 결과에 따라, 새로운 비트 레이트 값으로 데이터를 전송하거나, 새로운 비트 레이트로 재 인코딩을 수행하여 데이터를 전송하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 송신 데이터 품질 관리 방법의 세부적 특징은 상기 비트 레이트 다운 요청 여부를 판별하는 과정이 실시간제어프로토콜(RTCP)의 응용 패킷의 서브타입값을 확인하여 이루어지는 점이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 1은 본 발명의 적용이 가능한 송·수신 시스템의 구성 예이고, 도 2는 본 발명의 적용이 가능한 송·수신 시스템의 다른 구성 예이다. 즉, 본 발명은 도 1에서와 같이, 서버(130)와 이동통신 단말기(110) 사이 혹은 도 2와 같이 이동통신 단말기(210)와 이동통신 단말기(230)의 사이에서 구현 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 실시간 데이터 품질 관리를 위한 데이터의 송·수신 절차를 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 데이터 송신 절차를, 도 5는 데이터 수신 절차를 구분하여 조금 더 구체적으로 나타낸 흐름도이다. 이하에서 각 흐름도를 이용하여 본 발명에 따른 실시간 데이터 품질 관리과정을 설명하기로 한다.

송·수신의 세션 설정 과정(S41, S51)에서 송신 측에서는 보낼 미디어의 비트 레이트를 세션 기술 프로토콜(Session Description Protocol:SDP)에 적어 비트 레이트를 대역 및 버퍼를 할당한다 (S42).

세션 기술 프로토콜(SDP)란 멀티미디어 세션 및 관련 스케줄 정보를 기술하기 위한 아스키 문장 기반의 프로토콜을 말한다. 세션에 가담할 수 있도록 멀티미디어 세션의 매체 스트림에 관한 정보를 전달하는 것이며, 멀티미디어 세션은 지속 시간 동안 일단의 매체 스트림으로 정의되고, 세션이 진행되는 시간은 연속적일 필요는 없다. 인터넷상 멀티캐스트 기반의 세션은 기본적으로 세션의 존재와 시간을 알리는 수단과 세션의 가담 정보를 전달하는 수단의 2가지 목적이 있다. SDP 정보 내용은 세션의 이름과 목적, 세션 진행 시간, 세션 구성 매체, 매체 수신 정보 등이 포함된다.

수신 측에서는 세션기술 프로토콜에 포함된 비트 레이트를 추출하여(S52) 대역 및 버퍼를 할당한다. 대역은 비트 레이트×β의 값을 갖는다. 여기에서, β는 1보다 크거나 같은 값을 가지며, 초기에 데이터를 주고 받음으로써 β를 정한다. 제일 처음의 β값은 무조건 큰 수 ( >= 2 )로 설정한다. 한편, 버퍼는 비트 레이트× γ의 값을 갖는 데, 대개 RR/SR의 시간을 5초 정도로 하기에 5초 정도의 데이터를 버퍼링한다 (S53).

이어, 미디어 수신 측에서는 대기 허용 가능 시간(Tolerable Wait Second: TWS)를 설정한다 (S54).

송신 측에서 데이터를 전송하면(S43) 수신 측에서 데이터를 수신한다 (S55).

수신 측에서는 버퍼에 미디어 데이터가 채워지는 속도를 통해 현재 네트워크의 대역폭(bandwidth)을 측정한다. 네트워크의 대역폭은 초당 버퍼에 채워지는 데이터량으로 산출할 수 있다. 또한, 수신한 패킷 중 에러가 발생하는 패킷 손실률(packet loss rate)을 측정한다 (S56).

이어, 패킷 손실률을 기준 값(Threshold: P_th)과 비교하여(S57), 패킷 손실률이 기준값(P_th) 이하, 즉, 이해할 수 있을 정도의 시간 내에 도착한 데이터이면 응답 리포트(Receive Report: RR)를 통해 재전송 요청을 하여 데이터의 오류를 수정한다(S60). 이때, 수신 측에서 재전송된 데이터를 사용할 수 있는 시간은 (RR속도 + 오류 데이터가 도착하는 속도) < 오류 데이터가 버퍼에 머무를 수 있는 시간(즉, P_th) 의 조건을 만족하는 경우이다.

한편, 미디어 수신 측에서 패킷 손실률이 기준 값(P_th)을 넘어서거나, 대역폭이 기준 값보다 작으면 실시간 제어프로토콜(RTCP)의 응용 패킷(Application packet)의 서브타입(subtype)값을 미리 정해진 특정 값으로 입력하고(S58), 응용의 존 데이터(application-dependent data)에 새롭게 계산된 비트 레이트를 넣어 즉시 비트 레이트 다운(down)을 요청한다 (S59).

송신 측에서는 재전송 요청을 수신하면(S44), 실시간 제어프로토콜(RTCP) 응용 패킷(application packet)의 서브타입(subtype) 값을 확인한다(S45).

비트 레이트 다운 요청인 것인지 확인하고(S46), 만일 비트 레이트의 다운을 요청한 것이라면 응용의존 데이터(application-dependent data)의 비트 레이트를 확인한다. 이때의 비트 레이트가 β만을 조정하여 비트 레이트를 맞출 수 있는 정도라면 β를 조정하여(S48) 새로운 비트레이트로 데이터를 보낸다.

그러나, β<1 이 된다면 송신 측 미디어의 비트 레이트를 재조정하여(예를 들어 새로운 비트 레이트로 재 인코딩을 수행) 재인코딩된 비트 레이트 정보를 수신 측에 알려준다.

도 4는 본 발명에 따른 데이터 송신 절차만을 분리하여 좀 더 상세히 나타낸 흐름도이다. 그 절차를 살펴보면, 세션기술프로토콜(Session Description Protocol: SDP)을 통해 전송할 미디어 데이터의 비트 레이트 정보를 포함시켜 전송한다(S41).

수신 측과 비트 레이트를 맞추어 대역과 버퍼를 할당한다(S42).

설정된 비트 레이트로 미디어 데이터를 전송한다(S43).

데이터 전송 중에 재전송을 요청하는 응답 리포트(Receive Report)를 수신하면(S44), 실시간 제어프로토콜(RTCP) 응용 패킷(application packet)의 서브타입(subtype) 값을 확인한다(S45).

그러나, β<1 이 된다면 송신 측 미디어의 비트 레이트를 재조정하여(예를 들어 새로운 비트 레이트로 재 인코딩을 수행) 재인코딩된 비트 레이트 정보를 수신 측에 알려주고 데이터를 전송한다 (S49).

도 5는 데이터 수신 절차를 구분하여 나타낸 흐름도이다. 세션이 설정되면(S51) 송신 측으로부터 제공된 세션 기술 프로토콜(SDP)을 통해 수신할 미디어의 비트 레이트(bit rate)를 추출한다 (S52).

이어, 추출된 비트 레이트에 맞게 대역폭과 버퍼를 할당하면서(S53), 대기허용가능시간(tolerable wait second: TWS)을 설정한다. 여기에서 대기 허용 가능시간이란 사용자가 미디어 데이터를 수신하면서 견딜 수 있는 정도를 의미하는 것으로, 그 값은 단말기 내에 설정된 값일 수도 있고 사용자에 의해 설정될 수도 있다 (S54).

데이터를 수신하면서(S55), 대역폭과 패킷 손실률을 측정한다. 미디어 데이터가 버퍼에 채워지는 속도를 통해 현재 네트워크의 대역폭을 측정하고, 수신한 패킷 중 에러가 발생하는 비율(패킷 손실률)을 측정한다 (S56).

쓰레스 홀드(P_th) 시간 이내에 도착한 데이터이면 응답 리포트(Receive Report: RR)를 통해 송신 측에 재전송을 요청하여 데이터의 오류를 수정한다(S60).

패킷 오류의 비율을 설정된 범위 값과 비교하여(S57), 패킷의 오류 범위가 설정된 범위를 벗어나거나, 대역폭이 기준 값보다 작으면 비트 레이트 다운 요청 메시지를 송신 측으로 전송한다. 실시간 제어 프로토콜(RTCP)의 응용 패킷의 서브타입(subtype)을 특정 값으로 입력하고(S58), 응용 의존 데이터(application dependent data)에 새롭게 계산된 비트 레이트 값을 넣어 즉시 비트 레이트 다운을 요청한다. 즉, 수신 측에서 미디어 비트 레이트를 맞춰줄 수 없는 망 상태가 되면 수신 측에서 새로운 미디어 비트 레이트를 요청함으로써 수신 측의 화질의 QoS를 보장해 줄 수 있도록 한다 (S59).

이상에서는 무선 구간 만을 언급하였지만 유선 구간에서도 이러한 메카니즘의 적용이 가능하다. 또한, 유무선 구간 특히 대역폭이 좁은 무선구간에서 실시간 제어 프로토콜(RTCP)을 이용하여 미디어 전송을 하는 모든 응용 프로그램에 적용 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 네트워크 데이터 품질 관리방법은 설정된 시간 동안의 버퍼링을 통하여 안정적인 미디어 플레이를 수행할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 버퍼링을 통해 오류가 생긴 데이터들의 재전송을 통해 양질의 품질을 보장할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

송·수신 단에 버퍼(buffer)를 두고 실시간제어프로토콜(Real Time Control Protocol: RTCP)을 이용하여 네트워크의 데이터 레이트를 계산하고, 전송률을 조절함으로써 수신 측의 데이터 품질을 보장할 수 있는 것을 특징으로 하는 비트 레이트 조절을 통한 실시간 네트워크의 품질 관리 방법.
송신 측으로부터 제공된 세션기술프로토콜(Session Description Protocol: SDP)을 통해 수신할 미디어의 비트 레이트(bit rate)를 추출하는 과정과;

추출된 비트 레이트에 맞게 대역폭과 버퍼를 할당하는 과정과;

대기허용가능시간(tolerable wait second)을 설정하는 과정

패킷 오류의 비율을 설정된 범위 값과 비교하는 과정과;

패킷의 오류 범위가 설정된 범위를 벗어나면 비트 레이트 다운 요청 메시지를 송신 측으로 전송하는 과정을 포함하여 이루어지는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 수신 데이터 품질 관리 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 비트 레이트 다운 요청 메시지는 수신 리포트(Receive Report: RR)을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 수신 데이터 품질 관리 방법.
제 2 항에 있어서, 대기허용가능시간(tolerable wait second)을 설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 수신 데이터 품질 관리 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 버퍼에 데이터가 저장되는 속도를 통해 현재 네트워크의 대역폭을 측정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 수신 데이터 품질 관리 방법.
제 5 항에 있어서, 패킷 오류 비율과 설정된 범위 값을 비교하는 과정은,

수신한 패킷 중 에러가 발생하는 비율이 수신 측에서 재전송된 데이터를 사용할 수 있는 시간을 넘어서거나, 현재 대역폭의 크기가 할당된 대역보다 작게 되는지 판단하는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 수신 데이터 품질 관리 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 비트 레이트 다운 요청 메시지는 특정 값으로 입력된 실시간제어프로토콜(Real Time Control Protocol: RTCP)의 응용 패킷의 서브타입(subtype) 값과, 새롭게 계산된 비트 레이트 값이 포함된 응용 의존(application dependent) 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 수신 데이터 품질 관리 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미디어 데이터는 인터넷 프로토콜 멀티미디어 서브시스템(Internet Protocol multimedia subsystem: IMS) 망을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 수신 데이터 품질 관리 방법.
세션기술프로토콜(Session Description Protocol: SDP)을 통해 전송할 미디어의 비트 레이트를 포함시켜 전송하는 과정과;

데이터 송신 중 수신 측으로부터 수신 응답(Receive Report)을 수신하여 비트 레이트 다운 요청 여부를 판별하는 과정과;

비트 레이트 다운 요청인 경우, 비트 레이트 재조정 필요성 여부를 판단하는 과정과;

판단 결과에 따라, 새로운 비트 레이트 값으로 데이터를 전송하거나, 새로운 비트 레이트로 재 인코딩을 수행하여 데이터를 전송하는 과정을 포함하여 이루어지는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 송신 데이터 품질 관리 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 비트 레이트 다운 요청 여부를 판별하는 과정은 실시간제어프로토콜(RTCP)의 응용 패킷의 서브타입값을 확인하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 송신 데이터 품질 관리 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 미디어 데이터는 인터넷 프로토콜 멀티미디어 서브시스템(Internet Protocol multimedia subsystem: IMS) 망을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 실시간 네트워크에서의 비트 레이트 조절을 통한 송신 데이터 품질 관리 방법.