KR20080023902A - 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜패킷 재전송 장치 - Google Patents

지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜패킷 재전송 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜 패킷 재전송 장치에 있어서, T-DMB로부터 수신된 TS 데이터를 역다중화(demuxing)하여 비디오(H.264) 와 오디오(BSAC), 그리고 PSI 정보를 분리하며, 각 비디오 데이터와 오디오 데이터 그리고 PSI는 실시간 IP 스트리밍(streaming)을 위해 RTP에 인캡슐레이션하는 RTP 트랜스코더(transcoder)와, 상기 트랜스코더에서 정의된 RTP 포맷의 데이터에 대해 RTP 및 UDP/IP에 대해 인캡슐레이션을 하며 이를 멀티캐스팅 주소를 통해 출력하는 IP 스트리머를 구비한다.
Figure P1020060088026
지상파, DMB, IP, 패킷, 재전송

Description

지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜 패킷 재전송 장치{INTERNET PROTOCOL PACKET RE-TRANSPORTING APPARATUS FOR DIGITAL MULTIMEDIA BROADCASTING SERVICE}
도 1은 종래의 지상파 DMB의 IP 재전송 시스템의 블록 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지상파 DMB의 IP 재전송 시스템의 블록 구성도
도 3은 도 2 중 IP 패킷화 장치의 구성도
도 4는 AU 헤더와 SL 패킷 헤더와의 상관 관계를 나타낸 도면
도 5는 SDP 구성의 예시도
도 6은 SLConfigDescriptor와의 SDP와의 연관 관계를 나타낸 도면
도 7은 SDP 파일의 수신 과정의 예시도
도 8은 단말기에서 컨텐츠 접근의 예시도
본 발명은 지상파 디지털 멀티미디어 방송(DMB: Digital Multimedia Broadcasting) 서비스에 관한 것으로, 특히 인터넷 프로토콜(IP: Internet Protocol) 패킷(packet) 재전송 방법에 관한 것이다.
통상적으로, DMB 서비스를 제공받기 위해서는 별도의 DMB 방송 수신 장치가 필요하다. DMB 방송 수신 장치를 구비하지 못한 일반적인 IP 기반의 유무선 방에서는 DMB 방송을 수신할 수 없었다. 이와 같은 일반적인 IP 기반의 유무선 망에서 DMB 서비스를 제공받을 수 있도록 하는 방법으로서, MPEG2-TS/MPEG4-SL로 구성된 DMB 방송 데이터를 IP 인캡슐레이션(incapsulation)하여 전송하는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다.
이러한 연구를 통해 형성된 DMB 서비스에 대한 패킷 방식의 재선송 시스템에 의해서, DMB 데이터의 복호화 기능이 구현되어 있는 장치를 통해, 별도의 DMB 수신 장치를 구비하지 못한 패킷 방식을 지원하는 단말기에서 DMB 데이터를 수신하고 시청할 수 있게 된다.
이와 같이, 지상파 DMB 서비스를 위한 전용 단말기 없이도 IP망에 접속할 수 있는 보편적인 단말기로도 지상파 DMB 서비스를 이용할 수 있다. 이는 지상파 DMB 기지국의 설치되지 않은 곳이나, DMB 신호가 충분하지 못하여 지상파 DMB 서비스를 받지 못하지만 IP 서비스를 받을 수 있는 곳에서 지상파 DMB 서비스를 이용할 수 있다.
기존 제시된 T-DMB 재전송 모델은 도 1에서 보는 바와 같다. 도 1을 참조하면, T-DMB 로부터 수신된 MPEG2 TS는 TS의 해체 없이 그대로 IP 패킷화되어 스트리밍된다. 이와 같은 방식은 비교적 T-DMB 수신장치와 IP 스트리밍 장치의 구조가 간 단해질 수 있는 장점이 있다.
그런데, 도 1의 방법은 T-DMB의 TS를 그대로 IP에 전송하는 TS over IP를 기본 기술로 사용하고 있다. 이와 같은 방법은 T-DMB의 송출장치에서 이미 MPEG4 SL을 포함한 다층 구조의 전송구조에 기인한 불필요한 기능의 중복 및 오버해드 증가 그리고 TS의 null data에 따른 오버해드가 따른다.
또한 TS에 인캡슐레이션되어 있으므로 IP 전송시 필요한 에러내성 부호화 기법등을 활용할 수 없다. 그리고 OMA, DXB, DVH-CBMS 등의 모바일 TV 및 DVB-IPTV phase2 등이 상호 호환성 유지를 위한 공통 계층으로 H.264 비디오 코덱이 바로 IP에 실리는 형태를 취하고 있으로 향후 상호 호환성 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 설명한 TS over IP 방식의 문제점에 대한 해결을 위하여, 전송 시 발생하는 오버해드를 최소화하고 에러에 강인한 구조를 지니며 향후 타 모바일 TV 솔루션과 상호호환성이 유지되도록 할 수 있는 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜 패킷 재전송 장치를 제공함에 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
본 발명의 전체 구성도는 도 2에서 보는 바와 같다. 이때 서버단의 구성은 도 3과 같다. 도 2 및 도 3을 참조하면, TDMB 비디오 서비스 스트림을 그 입력으로 하고 출력으로 TDMB over IP 스트림을 생성한다. 이때 TDMB 비디오 서비스 스트림은 하기 참조문헌[1]의 MPEG-2 시스템 규격과 하기 참조문헌[2]의 MPEG-4 시스템 규격을 기본으로 하는 참조문헌[9]의 규격에 따른다.
입력으로 들어온 TDMB 비디오 서비스 스트림은 참조문헌[9]에 근거하여 TDMB VIDEO SERVICE PARSER에 의해 각 서비스에 대한 IOD, OD, BIFS, VIDEO, AUDIO 정보를 얻는다. 이때 IOD, OD, BIFS 정보는 참조문헌[2]의 규격에 따른다. SDP 생성기는 참조문헌[5]의 규격을 따르며 IOD 로부터 각 서비스의 서술 정보를 얻고, OD의 SLConfigDescriptor로부터 A/V/OD/BIFS의 RTP 패킷 구조를 얻는다. 이때 OD의 SLConfigDescriptor는 참조문헌[3] 에 정의된 AU 헤더구조를 기술하기 위한 SDP 정보로 변환된다.
T-DMB의 수신장치는 기존 제시된 수신장치와 다를 바가 없다. 그러나 IP 스트리밍(streaming) 기능을 수행하기 앞서서 TS/RTP 변환 트랜스코더(transcoder)는 T-DMB로부터 수신된 TS 데이터를 역다중화(demuxing)하여 비디오(H.264) 와 오디오(BSAC), 그리고 PSI 정보를 분리한다. 각 비디오 데이터와 오디오 데이터 그리고 PSI는 실시간 IP 스트리밍을 위해 RTP에 인캡슐레이션되어진다. 이때 시스템 클럭은 RTP의 타임 스탬프(time stamp)를 이용하게 되며, AV간 lip synch 부분은 MPEG4 SL을 그대로 사용하여 단말에서 이를 이용하도록 한다. PSI 정보는 FLUTE라는 파일 전송 프로토콜을 이용하여 보다 안정되게 단말에 전송될 수 있도록 한다.
IP 스트리머(streamer)에서는 트랜스코더에서 정의된 RTP 포맷의 데이터에 대해 RTP 및 UDP/IP에 대해 인캡슐레이션을 하게 되며 이를 멀티캐스팅 주소를 통해 출력되어 진다. 이러한 RTP 변환과정에 대한 세부 절차는 다음과 같다.
- OD에 대한 RTP 패킷화기(Packetizer)는 OD 정보중 SLConfigDescriptor를 제외한 나머지 정보를 RTP 패킷화한다. 이때 RTP 패킷화 형식은 참조문헌[3]을 따르며 TDMB VIDEO SERVICE DECODER로부터 얻은 OD의 SL 패킷헤더를 이용하여 구성된다.
- BIFS 정보는 RTP 패킷화된다. 이때 RTP 패킷화 형식은 참조문헌[3]을 따르며 TDMB VIDEO SERVICE DECODER로부터 얻은 BIFS의 SL 패킷 헤더를 이용한다.
- VIDEO 정보는 RTP 패킷화된다. 이때 RTP 패킷화 형식은 참조문헌[4]의 규격을 따른다.
- AUDIO 정보는 RTP 패킷화된다. 이때 RTP 패킷화 형식은 참조문헌[3]을 따르며 TDMB VIDEO SERVICE DECODER로부터 얻은 AUDIO의 SL 패킷 헤더를 이용한다.
- UDP/IP DATA PACKETIZER는 입력으로 들어온 FLUTE 및 RTP 패킷들을 UDP/IP 패킷화한다.
도 4는 RTP 내의 AU 헤더와 SL 패킷 헤더와의 상관관계를 나타낸 도면이다. 도면에서 정의한 AU-헤더의 구조는 TDMB 서비스 규격에서 사용되는 MPEG-4 시스템 규격 참조문헌[2]의 SL 패킷 헤더와 연관성을 가지고 있다. 때문에 TDMB over wibro에서 OD/BIF/AUDIO 데이터의 RTP 패킷화기는 SL 패킷 헤더 중 연관성이 있는 필드의 값을 이용하여 패킷화를 진행한다. SL 패킷 헤더 구조는 IOD 혹은 OD를 통해 전달되는 SLConfigDescriptor에 의해 정의 되며, SL 패킷헤더와 SLConfigDescriptor에 대한 자세한 내용은 참조문헌[2]에 정의되어 있고 본 발명에서는 생략한다. SL 패킷헤더와 AU-헤더와의 관계는 다음과 같다.
- AU 헤더의 'AU-size' 필드의 값은 SL 패킷 헤더의 'accessUnitLength' 필드의 값과 같은 의미를 가지며 그 값을 패킷화 과정에서 이용할 수 있다.
- AU 헤더의 'AU-Index/AU-Index-delta' 필드의 값은 SL 패킷헤더의 'AU-sequenceNumber' 필드의 값과 유사한 의미를 가지며 그 값을 이용하는 것이 가능하다.
- AU 헤더의 'CTS-flag'와 'CTS-delta' 값은 SL 패킷헤더의'compositionTimeStampFlag'와 'compositionTimeStamp' 필드의 값과 각각 같거나 혹은 유사한 의미를 가지며 그 값을 패킷화 과정에서 이용할 수 있다.
- AU 헤더의 'DTS-flag'와 'DTS-delta' 값은 SL 패킷헤더의'decodingTimeStampFlag'와 'decodingTimeStamp' 필드의 값과 같거나 혹은 유사한 의미를 가지며 그 값을 패킷화 과정에서 이용할 수 있다.
- AU 헤더의 'RAP-flag' 필드의 값은 SL 패킷헤더의 'randomAccessPointFlag'의 값과 같은 의미를 가지며 그 값을 패킷화 과정에서 이용할 수 있다.
TDMB 비디오 서비스에서 비디오 압축규격은 H.264이고 그 표준은 참조문 헌[7]에 정의되어 있다. 인터넷 프로토콜에 대한 표준화 기관인 IETF에서는 OD/BIFS와 같은 MPEG-4 시스템 스트림이나 TDMB 오디오 압축 규격인 ER-BSAC(참조문헌[8]) 스트림을 참조문헌[3]의 규격으로 RTP 패킷화 하는 것으로 정의하였다. 하지만 H.264 비디오의 RTP 패킷 구조는 RFC 3984(참조문헌[4])에 따라야 하기 때문에 VIDEO에 대한 RTP 패킷화기는 참조문헌[4] 규격에 따라 수행되며 자세한 기술내용은 본 발명에서는 생략된다.
SDP는 인터넷에서 멀티미디어 세션에 참여하기 위한 사용자가 필요로 하는 정보를 전달하고 실시간으로 멀티미디어 세션을 정의할 목적으로 IETF에 의해 표준화된 프로토콜이다. 여기서, 멀티미디어 세션은 멀티미디어 송신자, 수신자, 및 발신자에서 수신자로 흐르는 데이터 스트림으로 이루어진다. 'Session Description'은 한 멀티미디어 세션에 참여하기 위해 충분한 정보를 전달하기 위해 잘 정의된 포맷을 가리킨다. SDP는 <type>=<value> 형태로 기술되며, TDMB over wibro에서 세션에 대한 정보를 가진 SDP는 FLUTE 패킷화를 거쳐 전달된다. SDP는 크게 'Session Description'과 'media description'으로 구성되어있고 세부 규격은 참조문헌[5]에 정의되어 있으며 본 발명에서 SDP 내에 추가적으로 기술해야 할 부분과 SLConfigDescriptor와의 연관관계로부터 기술 되는 부분들을 설명한다.
도 5에서는 TDMB over wibro를 위한 SDP의 예를 나타내었다. SDP에 SDP의 번호를 명시하기 위해 "a=sdpn:" 이라는 속성필드를 추가한다. a=sdpn:<n>/<m>의 형태로 나타낼 수 있으며 n은 현재 SDP의 번호, m은 현재 IP 스트림에 존재하는 모든 SDP의 총 개수를 나타낸다. 도 5의 예를 들어 설명하면 a=sdpn:1/3의 의미는 총 3 개의 SDP가 현재 스트림에 존재하며 그 중 첫 번째를 SDP라는 것을 나타낸다.
'SDP version'은 o=<username> <session id> <version> <network type><address type> <address>에서 <version>으로 명시하고, SDP id는 <session id>로 명시한다. 이전과 다른 새로운 SDP가 구성되었을 때 <version>의 번호를 바꾸어 새로운 정보가 생성되었음을 알릴 수 있다. <session id>는 SDP의 제공자에 대한 ID가 기술된다. IOD에 포함된 BIFS와 OD에 관한 DecoderConfigDescriptor 정보는 SDP에서 decoderConfigDescriptor=XXXXXXX;를 통해 Base64 부호화 방법으로 기술된다. Base64 부호화(encoding)는 이진데이터나 ASCII 데이터를 64개의 문자열로 변환하는 부호화하는 방법이다. 이때 "XXXXXX"는 Base64 부호화 방법이 적용된 임의의 문자열 값을 가리킨다.
프로그램 이름과 프로그램 정보는 각각 SDP 의 "s=" 와"i=" field 로 나타내어진다.
도 6은 SLConfigDescripter와 SDP와의 연관 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 SDP 파일의 수신 과정 예를 나타낸 것이다. 도면에서 보는 바와 같이
1) TOI(Transfer Object Identifier) =0으로 전송되는 FLUTE 패킷 즉 FDT를 수신 받는다.
2) FDT를 Table 1의 XML 스키마를 이용한 XML 파서를 통해 복호화하여 각 SDP 파일들에 대한 정보를 얻는다.
3) 선택된 서비스에 대한 SDP 파일을 FLUTE 헤더의 TOI 필드의 값을 참조하여 얻는다.
FDT와 SDP에 대한 각 FLUTE 패킷들은 'Carousel(주기적 전송)' 과정을 통해 계속하여 반복 전송된다. 이러한 반복 전송은 수신단에서 모든 SDP 파일을 올바르게 수신할 수 있는 것을 가능하게 해준다. 또한 만약 SDP 파일들이 새롭게 업데이트 되었다면 FLUTE 헤더안에 'FDT Instance ID'라는 필드의 값은 증가하게 되고 수신단은 새로운 SDP 파일이 전송되고 있다는 것을 알아낼 수 있다.
도 8은 단말에서 상기 설명한 컨텐츠를 수신하는 예이다. 그 순서는 아래와 같다.
단계1) well-known UDP 포트를 통해 SDP 정보를 얻는다. 이때 수신은 상기에서 기술한 과정을 따른다. 어느 하나의 서비스가 선택되었을 경우 해당 서비스의 SDP에서 BIFS, OD, VIDEO, AUDIO에 관한 RTP 헤더 구조, 포트 번호 등 각 정보의 수신과 관련된 정보를 얻는다. 또한 BIFS와 OD 의 복호기 초기화 정보인 'DecoderConfigDescriptor' 정보를 획득한다.
단계2) BIFS-명령 혹은 OD에 관련된 스트림을 해당 단계1에서 획득한 포트 번호로부터 수신한다.
단계3) 수신받은 OD 스트림 내에 있는 정보중 비디오, 오디오에 관련된 'DecoderConfigDescriptor' 정보 및 'SLConfigDescriptor' 정보를 얻는다.
단계4) 단계3에서 얻은 정보를 바탕으로 해당 포트 번호로부터 오디오, 비디오 데이터를 수신 받는다
위와 같은 과정을 통해 출력되어진 스트리밍 데이터는 WLAN AP 및 WiBro MBS 시스템과 연동되어 무선 전송이 가능하게 된다. 또한 IP 스트리머 모듈은 단말과의 시그널링을 담당하게 된다. 본 발명에서는 보다 효과적인 트래픽 관리를 위해 멀티캐스팅을 목표로 한다. 멀티캐스팅에 대한 프로토콜 처리는 IP 스트리머부에서 처리하게 된다. 실제 멀티캐스팅에 대한 'join/drop'에 관련된 IGMP 처리는 본 발명에 따른 시스템이 설치될 네트워크 내의 라우터가 담당하게 되므로 IP 스트리머 모듈이 IGMP의 직접적인 처리는 하지 않게 된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜 패킷 재전송 장치가 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜 패킷 재전송 방법은 T-DMB와 같은 모바일에 적합한 멀티미디어 소스를 IP로 재전송하는 기술을 제공함에 있어서 보다 효과적인 방법을 제시하고 있다. 이는 향후 전개될 WiBro 상용화의 킬러 어플리케이션이될 수 있으며 IPTV의 확장으로써 모바일망과의 연동을 위한 기술로써 활용될 수 있다.
[참조문헌]
[1] ISO/IEC 13818-1: 2000 "Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems"
[2] ISO/IEC 14496-1: 2001 "Information technology -- Coding of audio-visual objects -- Part 1: Systems"
[3] IETF RFC 3640: "RTP Payload Format for Transport of MPEG-4 Elementary Streams".
[4] IETF RFC 3984: "RTP Payload Format for H.264 Video".
[5] IETF RFC 2327: "SDP: Session Description Protocol"
[6] IETF RFC 3926: "FLUTE - File Delivery over Unidirectional Transport"
[7] ISO/IEC 14496-10: "Information technology - Coding of audio-visual objects - Part 10: Advanced Video Coding".
[8] ISO/IEC 14496-3: "Information technology - Coding of audio-visual objects - Part 3: Audio".
[9] ETSI TS 102 428 V1.1.1 "Digital Audio Broadcasting (DAB): DMB video service; User Application Specification"

Claims (1)

  1. 지상파 디지털 멀티미디어 방송 서비스의 인터넷 프로토콜 패킷 재전송 장치에 있어서,
    T-DMB로부터 수신된 TS 데이터를 역다중화(demuxing)하여 비디오(H.264) 와 오디오(BSAC), 그리고 PSI 정보를 분리하며, 각 비디오 데이터와 오디오 데이터 그리고 PSI는 실시간 IP 스트리밍(streaming)을 위해 RTP에 인캡슐레이션하는 RTP 트랜스코더(transcoder)와,
    상기 트랜스코더에서 정의된 RTP 포맷의 데이터에 대해 RTP 및 UDP/IP에 대해 인캡슐레이션을 하며 이를 멀티캐스팅 주소를 통해 출력하는 IP 스트리머를 포함함을 특징으로 하는 패킷 재전송 장치.
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