KR20080111513A - 스태거캐스팅을 이용하는 인터넷 프로토콜 기반 무선 네트워크에서의 멀티캐스트 세션의 심리스 핸드오버 - Google Patents

스태거캐스팅을 이용하는 인터넷 프로토콜 기반 무선 네트워크에서의 멀티캐스트 세션의 심리스 핸드오버 Download PDF

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Abstract

데이터 패킷 손실을 검출하는 것과, 지연된 멀티캐스트 그룹에 참여하는 것과, 지연된 데이터 패킷을 수신하는 것과, 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 원시 데이터 패킷을 복원하는 것을 포함하는 원시 데이터 패킷의 손실로부터 복원하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 지연된 데이터 패킷은 원시 데이터 패킷의 사본, 낮은 비트레이트로 인코딩된 원시 데이터 패킷 또는 패리티 패킷의 사본 중 하나이다. 제1 데이터 시퀀스를 인코딩하고 압축하는 것과, 인코딩되고 압축된 데이터 시퀀스를 패킷화하여 데이터 패킷을 형성하는 것과, 데이터 패킷을 제1 멀티캐스트 그룹에 멀티캐스트하는 것과, 제2 데이터 시퀀스를 인코딩하고 압축하는 것과, 인코딩되고 압축된 제2 데이터 시퀀스를 패킷화하여 패킷을 형성하고 오프셋 시간만큼 지연된 패킷을 제2 멀티캐스트 그룹으로 멀티캐스팅하는 것을 포함하는 스태거캐스팅하는 방법 및 장치 또한 기술된다.
원시 데이터, 데이터 패킷, 복원, 패리티 패킷, 멀티캐스팅, 스태거캐스팅

Description

스태거캐스팅을 이용하는 인터넷 프로토콜 기반 무선 네트워크에서의 멀티캐스트 세션의 심리스 핸드오버{SEAMLESS HANDOVER OF MULTICAST SESSIONS IN INTERNET PROTOCOL BASED WIRELESS NETWORKS USING STAGGERCASTING}
본 발명은 무선 네트워킹에 관한 것으로, 특히 스태거캐스팅(staggercasting)을 이용하는 심리스 핸드오버/핸드오프(seamless handover/handoff)에 관한 것이다.
IP 기반 무선 네트워크에서의 비디오 멀티캐스트/브로드캐스트시에, 비디오 데이터는 UDP/IP 패킷 내에 캡슐화되고(encapsulated), 무선 네트워크를 통해서 이동 장치로 멀티캐스트/브로드캐스트된다. IP 기반 무선 네트워크는 WLAN(wireless local area networks), 셀룰러 네트워크, WMAN(wireless metropolitan area network) 및 WRAN(wireless regional area network)일 수 있다. 이동 장치가 하나의 셀에서 다른 셀로 이동하는 때에, 현재 연관된 기지국(BS)/액세스포인트(AP)로부터 다른 BS/AP로 핸드오버/핸드오프된다. 2개의 BS/AP는 통상적으로 상이한 주파수/채널에서 동작한다. 이동 장치가 새로운 BS/AP와 연관되기 위하여 동작 주파수를 변경하는 때에 많은 패킷이 손실된다.
전형적으로, 브로드캐스트 신호는 모든 가능한 수신기에 동시에 전송된다. 멀티캐스트 신호는 그룹 내의 모든 가능한 (하나 이상의) 수신기의 선택된 부분집합에 동시에 전송된다. 본 명세서에서 사용되는 멀티캐스트는 브로드캐스트 또한 포함한다. 즉, 멀티캐스트 신호가 그룹 내의 모든 가능한 수신기의 선택된 부분집합에 전송될 수 있을 것이며, 선택된 부분집합은 가능한 수신기의 전체 집합을 포함할 수 있을 것이다. 즉, 멀티캐스트 그룹이 전체 수신기이다.
무선 시스템에서, 물리적 계층에서 채널 코딩이 이용되어 다경로 패이딩(fading) 및 간섭에 대하여 패킷을 보호한다. 그러나, 채널 코딩은 핸드오버/핸드오프 동안의 버스트(burst) 패킷 손실을 복원할 수 없다.
한가지 종래 기술의 방법은 ATSC 시스템에서 원래 데이터로부터 시간 지연된/시간 시프트된 복제 데이터(duplicate data)의 송신을 제공하여(스태거링(staggering)) 브로드캐스트 시스템의 견실성을 개선한다. 복제시에, 시간 스태거링(time-staggerring)된 스트림이 전송되며, 시스템은 두 스트림 사이의 시간 시프트의 지속시간까지 손실을 허용할 수 있다. 다른 종래 기술의 방법은 (정확한 원시 데이터를 대신하여) 원시 데이터의 보다 낮은 비트레이트 버전(version)이 시간 지연을 가지고서 반복적으로 전송되는 것을 제공한다. 이러한 접근방식은 잉여(redundant) 데이터에 의해서 이용되는 대역폭을 감소시킨다. 그러나, 이들 종래 기술 체계는 모두 복합 신호를 전송하며, 데이터를 원하는/필요로 하는 클라이언트/수신기가 존재하는지 여부에 관계없이 항상 신호를 전송한다.
또 다른 종래 기술의 방법은 크로스 패킷(cross-packet) FEC(순방향 에러 보정, forward error correction) 코드의 사용을 제공하여 ATSC 시스템에서의 동기화 손실에 대하여 보호한다. FEC 코드는 IP 기반 무선 네트워크에서 손실된 패킷을 복원하는 데에도 이용되었다. 통상적으로, 에러를 가지는 패킷은 링크 계층에 의해서 폐기된다. FEC 코드는 전송 및 애플리케이션 계층에서 데이터 패킷에 이용되며, 손실된 패킷을 복원하는 데에 삭제 디코딩(erasure decoding)이 이용된다. 그러나, FEC 패리티 패킷은 통상적으로 데이터 패킷과 함께 전송된다. 핸드오프/핸드오버 동안에, 긴 에러 버스트(burst)가 발생할 수 있을 것이다. 이러한 긴 에러 버스트는 FEC 용량을 초과하는 데이터 패킷 및 패리티 패킷의 손실을 야기하여, 손실된 데이터 패킷은 복원될 수 없다.
전술한, 본 발명에 의해서 해결되는 문제점은 IP 기반 무선 네트워크를 통한 고화질의 비디오 멀티캐스트/브로드캐스트에 대한 핸드오프/핸드오버 동안 패킷 손실로부터 어떻게 보호하는가에 관한 것이다.
<발명의 개요>
무선 네트워크에서, 이동 장치는 한 기지국/액세스 포인트에서 다른 기지국/액세스 포인트로 핸드오버/핸드오프될 수 있을 것이다. 이러한 핸드오버/핸드오버 기간 동안에 전송되는 데이터는 수신기/이동 장치에 대해 손실된다. 본 발명은 시간 시프트된(스태거캐스팅) 데이터 패킷을 반복하여 송신함으로써 심리스 핸드오프/핸드오버를 위하여 데이터 패킷 손실로부터 복원하는 방법 및 장치를 제공한다. 원시 데이터의 낮은 비트레이트 버전의 스태거캐스팅 또는 크로스 패킷 순방향 에러 보정 코드에 의해서 생성되는 패리티 데이터의 스태거링을 포함하는 다른 실시예 또한 제공된다.
본 명세서에 기술되는 시스템은 하나 이상의 서버/전송기/송신기, 무선 기지국 또는 액세스 포인트, 이더넷(Ethernet) 스위치 및 수신기를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 수신기는 전형적으로 이동 장치이다. 이동 장치는 이동 전화, 셀룰러 전화, 이동 단말기, PDA(personal digital assitant) 및 랩톱(laptop)을 포함하며, 이에 한정되지 않는다.
정규의/원시 데이터 및 시간 시프트된 데이터는 상이한 IP 멀티캐스트 그룹을 이용하여 역방향 양립가능한 방식으로 전송된다. 즉, 이동 장치가 본 발명에서 제공되는 용량을 가지지 않는 경우에는, 패킷 손실에 대하여 낮은 시스템 신뢰도를 가지고서 정규 데이터 패킷만을 여전히 수신할 수 있다. 지연된 복원 패킷은 이동 장치에 의해서 폐기된다. 이것은 레거시(legacy) 장치와의 역방향 양립가능성을 획득한다.
데이터 패킷 손실을 검출하는 것과, 지연된 멀티캐스트 그룹에 참여하는 것과, 지연된 데이터 패킷을 수신하는 것과, 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 원시 데이터 패킷을 복원하는 것을 포함하는 원시 데이터 패킷을 손실로부터 복원하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 지연된 데이터 패킷은 원시 데이터 패킷의 사본, 낮은 비트레이트로 인코딩된 원시 데이터 패킷 또는 패리티 패킷의 사본 중 하나이다. 제1 데이터 시퀀스를 인코딩하고 압축하는 것과, 인코딩되고 압축된 데이터 시퀀스를 패킷화하여 데이터 패킷을 형성하는 것과, 데이터 패킷을 제1 멀티캐스트 그룹으로 멀티캐스트 하는 것과, 제2 데이터 시퀀스를 인코딩하고 압축하는 것과, 인코딩되고 압축된 제2 데이터 시퀀스를 패킷화하여 패킷을 형성하는 것과, 오프셋 시간만큼 지연된 패킷을 제2 멀티캐스트 그룹으로 멀티캐스팅하는 것을 포함하는 스태거링하는 방법 및 장치 또한 기술된다. 패킷은 원시 데이터 패킷의 사본, 낮은 비트레이트로 인코딩된 원시 데이터 패킷 또는 패리티 패킷의 사본 중 하나이다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 기술되는 아래의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다. 도면은 아래의 간략히 기술된 도면을 포함하며, 여기서 도면 상의 유사한 참조 부호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 스태거캐스팅을 이용하는 인터넷 프로토콜 기반 무선 네트워크에서의 멀티캐스트 시스템의 개략도.
도 2a는 본 발명의 원리에 따른 예시적인 스태거캐스팅 비디오 서버/송신기 구현의 흐름도.
도 2b는 본 발명의 원리에 따른 예시적인 스태거캐스팅 비디오 서버/송신기 구현의 개략도.
도 3a는 본 발명의 원리에 따른 예시적인 스태거캐스팅 이동 수신기 구현의 흐름도.
도 3b는 본 발명의 원리에 따른 예시적인 스태거캐스팅 이동 수신기의 개략도.
도 4는 본 발명의 원리에 따른 스태거캐스팅을 이용하는 패킷 손실 복원의 일 예를 도시하는 도면.
도 5a는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 낮은 화질의 비디오를 가지는 예시적인 비디오 서버/인코더 구현의 흐름도.
도 5b는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 낮은 화질의 비디오를 가지는 예시적인 비디오 서버/인코더 구현의 개략도.
도 6a는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원의 멀티캐스트 그룹에서 낮은 화질의 비디오를 가지는 예시적인 이동 수신기 구현의 흐름도.
도 6b는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 낮은 화질의 비디오를 가지는 예시적인 이동 수신기 구현의 개략도.
도 7은 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 낮은 화질의 비디오를 가지는 패킷 손실 복원의 일 예를 도시하는 도면.
도 8a는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 크로스 패킷 FEC 코드에 의해서 생성된 패리티를 가지는 예시적인 비디오 서버/인코더 구현의 일 예의 흐름도.
도 8b는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 크로스 패킷 FEC 코드에 의해서 생성된 패리티 패킷을 가지는 예시적인 비디오 서버/인코더 구현의 개략도.
도 9는 본 발명의 원리에 따른 크로스 패킷 인코딩의 일 예를 도시하는 도면.
도 10a는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 크로스 패킷 FEC에 의해서 생성된 패리티 패킷을 가지는 예시적인 이동 수신기 구현의 흐 름도.
도 10b는 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 크로스 패킷 FEC에 의해서 생성된 패리티 패킷을 가지는 예시적인 이동 수신기 구현의 흐름도.
본 발명은 핸드오프/핸드오버 동안에 데이터 패킷 손실로부터 복원하기 위하여 무선 네트워크에서 스태거캐스팅하는 것에 관한 것이다. 이것은 시간 시프트/시간 지연을 가지는 데이터 패킷을 반복적으로 전송함으로써 획득된다. 데이터 패킷은 원시/정규 데이터 패킷, 또는 이와 달리, 원시 데이터 패킷의 보다 낮은 비트레이트 버전의 사본일 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 크로스 패킷 FEC 코드에 의해서 생성된 패리티 데이터를 스태거캐스팅하기 위한 다른 대안적인 실시예를 제공한다. 본 발명은 비디오 코딩 체계에 독립적이다. 본 발명을 설명하기 위하여 예로써 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트가 이용되었지만, 본 발명은 오디오 스트림을 전송하는 데에도 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전형적인 네트워크 시스템이 도시되어 있다. 다수의 기지국/액세스 포인트(AP1, AP2)가 셀룰러 네트워크를 형성하여 서비스 구역(coverage)을 증가시킨다. 간섭을 감소시키기 위하여, 인접하는 무선 기지국/액세스 포인트(AP1/AP2)는 상이한 주파수 캐리어/무선 채널에서 동작된다. 적어도 하나의 비디오 서버(105)가 고속 이더넷 LAN 또는 기타 유선 고속 네트워크를 통해서 다수의 무선 기지국(BS) 또는 액세스 포인트(AP)에 접속된다. 비디오 서버(105)는 다른 구성요소 중에서도 비디오 인코더(encoder)/트랜스코더(transcoder) 및 패킷타이저(packetizer)를 포함한다. 생생한 비디오 멀티캐스트/브로드캐스트를 위하여, 비디오 콘텐츠는 인코딩/트랜스코딩되고, 패킷화되고, 그 후에 무선 기지국/액세스 포인트(AP1, AP2)를 통해서 많은 이동 클라이언트(110, 115a, 115b, 120a, 120b, 125)에게 멀티캐스트된다. 사전코딩된(pre-coded) 비디오 콘텐츠 또한 패킷화되고 무선 기지국/액세스 포인트를 통해서 다수의 이동 클라이언트에 멀티캐스트된다.
이동 장치(예컨대, 115a, 120b)가 한 셀에서 다른 셀로 이동하는 때에, 이 장치는 현재 연관된 기지국(BS)/액세스 포인트(AP)로부터 다른 BS/AP로 핸드오버/핸드오프된다. 이동 장치(115a, 120b)가 새로운 BS/AP와 연관되기 위하여 동작 주파수를 변경하는 때에 많은 패킷이 손실될 수 있을 것이다. 패킷 손실로부터 복원하고 심리스(seamless) 핸드오버를 달성하기 위하여, 본 발명은 동일한 비디오 콘텐츠(데이터 패킷)를 시간 시프트하여 동시캐스팅(simulcasting)하는 것을 제공한다. 정규의 비디오 패킷 스트림은 IP 멀티캐스트 그룹(통상의 비디오 멀티캐스트 그룹) 내의 모든 기지국/액세스 포인트에 전송된다. 추가적으로, 정규의 비디오 패킷 스트림의 복사본의, 시간 스태거링된/시프트된/지연된 버전(version)이 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연된 복원 멀티캐스트 그룹) 내의 모든 이동 장치에 전송된다. 이러한 기술은 본 명세서에서 스태거캐스팅으로 불린다. 정규의 비디오 스트림 및 시간 시프트된 비디오 스트림은 시간 다이버시티(time-diversity)를 제공하여 핸드오버/핸드오프 상황에서 시스템 견실성을 개선한다. 이러한 시스템은 패킷 손실을 시간 시프트의 지속시간까지 투명하게 허용한다.
이동 장치가 BS/AP로부터 인접하는 BS/AP로 핸드오프되는 때에, 이동 장치는 에러가 검출되거나, 핸드오프/핸드오버 상황이 발생하자마자, 새로운 BS/AP에 정규의 비디오 멀티캐스트 그룹 및 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹 모두에 대한 참여(join)/가입(subscribe)의 요청을 전송한다. 새로운 BS/AP는 무선 링크를 통해서 정규의 비디오 패킷 스트림과 지연된 비디오 패킷 스트림 모두를 송신/멀티캐스트 한다. 이동 장치는 이들 스트림 모두를 수신한다. 몇몇 패킷 또는 비디오 세그먼트(몇몇 비디오 프레임 또는 프레임의 그룹(GOF))가 정규의 비디오 패킷 스트림에서 손실된 것을 이동 장치가 검출하는 경우에는, 이동 장치는 원시 비디오 패킷 스트림의 손실된 패킷 또는 비디오 세그먼트를 복원하기 위하여 시간 지연된 비디오 패킷 스트림으로 스위칭한다. 정규의 비디오 패킷 스트림과 지연된 비디오 패킷 스트림 사이의 시간 시프트 지속시간/기간이 핸드오프 시간보다 큰 경우에는, 손실된 비디오 데이터는 복원될 수 있다. 정규의 비디오 패킷 스트림 내의 손실된 데이터가 복원된 후에, 이동 장치는 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹을 떠나기(leave)/비가입(unsubscribe)/나가기(exit)위한 요청을 BS/AP에 전송할 수 있다. BS/AP와 연관된 이동 장치가 멀티캐스트 그룹(정규의 비디오 데이터 또는 지연된 비디오 데이터)에 대한 데이터를 원하지 않는 경우에는, BS/AP는 이러한 무선 네트워크 내의 멀티캐스트 그룹에 대한 데이터를 전송하지 않고 데이터를 폐기할 것이다. 이것은 무선 대역폭을 절약한다. 이동 장치가, BS/AP가 멀티캐스트 그룹에 참여하거나 떠나는 것을 요청하는 데에 인터넷 멀티캐스트 관리 프로토콜(IGMP) 또는 기타 프로토콜이 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 이동 장치는 멀티캐스트 그룹에 참여하거나 떠나기 위한 요청을 이더넷 스위치에 전송한다. BS/AP와 연관된 이동 장치가 멀티캐스트 그룹에 대한 데이터를 원하지 않는 경우에는, 이더넷 스위치는 그러한 멀티캐스트 그룹에 대한 데이터를 BS/AP에 전송하지 않을 것이다.
구체적으로, 계속해서 도 1을 참조하면, 이동 장치(115b)는 AP2에 의해서 서비스되는/지원되는 셀에서 AP1에 의해서 서비스되는/지원되는 셀로 이동한다. 그렇게 하면서, 이동 장치(이제 115a-AP1에 의해서 지원됨)는 AP1이 정규 및 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹에 참여/가입하기를 요청하며, 정규의 비디오 패킷 스트림(스트림 1)과 비디오 패킷 스트림의 지연된/시간 시프트된 버전(스트림 2) 모두를 수신한다. 정규의 비디오 패킷 스트림에 에러(몇몇 패킷 또는 비디오 세그먼트의 손실)가 검출되는 경우에, 원시 비디오 패킷 스트림의 손실된 패킷 또는 비디오 세그먼트를 복원하기 위하여 이동 장치는 시간 지연된 비디오 패킷 스트림으로 스위칭한다. 정규의 비디오 패킷 스트림과 지연된 비디오 패킷 스트림 사이의 시간 시프트된 지속시간이 핸드오프 시간보다 큰 경우에는, 손실된 비디오 데이터가 복원될 수 있다. 정규의 비디오 패킷 스트림 내의 손실된 데이터가 복원된 후에, 이동 장치(115a)는 BS/AP에 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹을 떠나기/비가입하기/나가기 위한 요청을 전송한다.
유사하게, 이동 장치(120a)는 AP1에 의해서 서비스되는/지원되는 셀로부터 AP2에 의해서 서비스되는/지원되는 셀로 이동한다. 그렇게 하면서, 이동 장치(이제 120b-AP2에 의해서 지원됨)는 AP2가 정규 및 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹에 참여/가입할 것을 요청하고, 정규의 비디오 패킷 스트림(스트림 1) 및 비디오 패킷 스트림(스트림 2)의 지연된/시간 시프트된 버전 모두를 수신한다. 정규의 비디오 패킷 스트림에서 에러(몇몇 패킷 또는 비디오 세그먼트가 손실됨)가 검출되는 경우에는, 이동 장치는 원시 비디오 패킷 스트림의 손실된 패킷 또는 비디오 세그먼트를 복원하기 위하여 시간 지연된 비디오 패킷 스트림으로 스위칭한다. 정규의 비디오 패킷 스트림과 지연된 비디오 패킷 스트림 사이의 시간 시프트 지속시간이 핸드오프 시간보다 큰 경우에는, 손실된 비디오 데이터가 복원될 수 있다. 정규의 비디오 패킷 스트림 내의 손실된 데이터가 복원된 후에, 이동 장치(120b)는 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹을 떠나기/비가입/나가기 위한 요청을 BS/AP에 전송할 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 비디오 서버/전송기 스태거캐스팅 구현의 흐름도이다. 205에서, 소스 인코더/트랜스코더는 압축되지 않은 비디오 데이터 시퀀스를 인코딩/압축한다. 가능한 비디오 코딩 포맷은 H.264, MPEG-2 등을 포함한다. 201에서 압축된 비디오는 패킷타이저에 의해서 패킷화되며, 패킷 헤드가 추가된다. 비디오 멀티캐스트를 위하여 실시간 전송 프로토콜(RTP)이 이용되는 경우에는, 패킷 헤더는 RTP 헤더이다. 단계 215에서 RTP 데이터 패킷은 UDP 내에 캡슐화되며, IP 멀티캐스트 그룹(정규의 비디오 멀티캐스트 그룹) 내에 멀티캐스트된다. 220에서, 이들 패킷화된 압축된 비디오 데이터 패킷 또한 오프셋 시간 Td 동안 저장된다. (정규 및 지연된)비디오 데이터는 215에서 전송/멀티캐스트된다. 비디오 패킷의 지연된 버전은 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연된 복원 멀티캐스트 그룹)에 전송/멀티캐스트된다.
도 2b는 본 발명에 따른 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 비디오 서버/전송기 스태거캐스팅 구현의 개략도이다. 압축되지 않은 비디오 시퀀스 데이터는 비디오 서버/전송기(225)에 의해서 수신된다. 비디오 서버/전송기는 적어도 비디오 트랜스코더/인코더(225a) 및 비디오 패킷타이저(225b)를 포함한다. 비디오 트랜스코더/인코더는 비디오 시퀀스 데이터를 압축한다. 그 후에, 비디오 시퀀스 데이터는 패킷화되며, 프로토콜 스택(230) 및 지연 버퍼(235) 모두로 전송된다. 프로토콜 스택(230)은 적어도 UDP(230a) 및 IP(230b)를 포함한다. 지연 버퍼(235)는 오프셋 시간 Td 동안 패킷화된 압축 비디오 시퀀스의 사본을 저장한다. 지연된 패킷화된 압축 비디오 시퀀스 데이터는 오프셋 시간 Td 이후에 프로토콜 스택에 전달된다. 패킷화된 압축 비디오 시퀀스 데이터(정규 및 지연된 데이터 패킷)는 이더넷 인터페이스(240)로 전달되며, 이것은 정규의/원시 비디오 데이터 패킷을 정규의/원시 멀티캐스트 그룹에 전송/멀티캐스트하며, 지연된 비디오 패킷을 지연된 멀티캐스트 그룹으로 전송/멀티캐스트한다. 본 명세서에서 기술된 구성요소는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 펌웨어, 또는 RISC, ASIC 및/또는 FPGA를 포함하여, 그 임의의 조합일 수 있을 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 이동 수신기/장치 구현의 흐름도이다. 305에서, 원시/정규 비디오 패킷 및 지연된 비디오 패킷은 상이한 멀티캐스트 그룹으로부터 수신된다. 310에서, 정규의 비디오 패킷(비디오 시퀀스 데이터) 및 지연된 비디오 패킷(비디오 시퀀스 데이터)은 정규의 비디오 패킷 스트림과 지연된 비디오 패킷 스트림으로 분리된다. 에러 검출 및 보정이 315에서 수행된다. 에러 검출이 수행되어, 수신된 패킷 시퀀스 번호에서의 차이를 인지함으로써 정규의 비디오 패킷 스트림 내에서 패킷이 소실되었는지 여부를 판정한다. 정규의 비디오 패킷 스트림은 320에서 저장된다. 정규의 비디오 패킷 스트림에서 패킷 손실이 검출된 경우에, 정규의 비디오 패킷 스트림의 손실된 패킷에 대응하는 지연된 비디오 패킷 스트림 내의 패킷이 선택되어 지연 버퍼 내의 정규의 비디오 패킷 스트림 내에 삽입되어 정규의 비디오 패킷 스트림 내의 패킷 손실을 복원/보정한다. 복원된 비디오 패킷은 역패킷화된다. 역패킷화된 비디오 스트림은 330에서 디코딩된다.
도 3b는 본 발명에 따른 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 이동 수신기/장치 구현의 개략도이다. 이더넷/WLAN 인터페이스(335)는 정규의 멀티캐스트 그룹 및 지연된 멀티캐스트 그룹 모두로부터 비디오 시퀀스 데이터(데이터 패킷)를 수신한다. 이더넷/WLAN 인터페이스는 정규의/원시 비디오 시퀀스 데이터(데이터 패킷) 및 지연된 비디오 시퀀스 데이터(데이터 패킷)을 프로토콜 스택(340)에 전달하는데, 이것은 적어도 하나의 UDP 층(340a) 및 IP 층(340b)을 포함한다. 프로토콜 스택(340)은 수신된 비디오 시퀀스를 정규의 비디오 패킷 스트림 및 지연된 비디오 패킷 스트림으로 분리하고, 정규의 비디오 패킷 스트림 및 지연된 비디오 패킷 스트림을 에러 검출 및 보정 모듈(345)로 전달한다. 에러 검출은 에러 검출 및 보정 모듈(345)에 의해서 수행되어, 수신된 패킷 시퀀스 번호의 차이를 인지함으로써 정규의 비디오 패킷 스트림 내의 패킷이 손실되었는지 여부를 결정한다. 정규의 비디오 패킷은 소정의 시간(오프셋 시간) 동안 지연 버퍼(350)에 저장된다. 패킷 손실이 검출된 경우에는, 에러 검출 및 보정 모듈(345)은 제어 모듈(도시되지 않음)에 통지한다. 제어 모듈은 지연된 멀티캐스트 그룹에 참여하고자 하는 요청을 (이동 장치를 대신하여) BS/AP에 전송한다. 정규의 비디오 패킷 스트림의 손실된 패킷에 대응하는 지연된 비디오 패킷 스트림 내의 패킷은 도달한 후에 지연 버퍼(350) 내의 정규의 비디오 패킷 스트림 내에 삽입된다. 복원된 비디오 시퀀스 데이터는 역패킷화(depacketization) 모듈(355)로 전달되어 역패킷화된다. 역패킷화된 비디오 시퀀스 데이터는 비디오 디코더(360)에 전달된다. 비디오 디코더(360)는 역패킷화된 복원된 비디오를 디코딩한다. 에러 검출 및 보정 모듈이 제어 모듈에 패킷 손실을 알리기 전에, 제어 모듈이 이동 장치에 대하여 핸드오프/핸드오버 상황이 존재하고, BS/AP에 지연된 멀티캐스트 그룹에 참여하는 요청을 전송한 것을 아는 것이 가능하다. 그러면, 제어 모듈은 에러 검출 및 보정 모듈(345)로부터 에러 통지를 수신한 이후에 복제 참여 요청을 전송할 필요가 없다.
도 4는 스태거캐스팅을 이용하는 패킷 손실 복원의 예이다. 정규의 비디오 스트림 내의 패킷 4 내지 패킷 8은 핸드오프에 기인하여 손실된다. 이동 장치는 BS/AP로부터 지연된 비디오 스트림(오프셋 시간 Td만큼 시간 시프트됨)을 요청한다. 지연된 비디오 스트림이 이동 장치에 도달하는 때에, 지연된 비디오 스트림 내의 패킷 4 내지 8이 정규의 비디오 스트림 내에 삽입된다.
패킷 손실이 복원된 후에, 에러 검출 및 보정 모듈은 제어 모듈에 지연된 복원 스트림이 더 이상 필요하지 않다는 것을 알릴 수 있다. 제어 모듈은 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹을 떠나기/비가입/나가기 위한 요청을 BS/AP에 전송할 수 있을 것이다. 이것이 지연된 멀티캐스트 그룹을 떠나는 최후의 이동 장치인 경우에는, 즉, 어떠한 이동 장치도 이 지연된 멀티캐스트 그룹 내의 데이터를 원하지 않는 경우에는, BS/AP는 데이터를 이 지연된 멀티캐스트 그룹에 전송하는 것을 중단할 것이다. 본 발명은 새도우잉(shadowing) 및 간섭과 같은 다른 이유에 의해서 야기되는 패킷 손실로부터 복원하는 데에도 이용될 수 있을 것이다.
정규의 비디오 패킷 스트림과 지연된 비디오 패킷 복원 스트림 사이의 시간 시프트(오프셋 시간 Td)는 설계 파라미터이다. 이러한 시간 시프트는 핸드오버에 기인하는 패킷 손실 버스트의 길이에 기초하여 선택된다. 핸드오버 손실의 길이는 Td보다 작다. 시간 시프트는 핸드오버의 예상 또는 평균 길이이거나, 핸드오버의 최대 길이일 수 있다.
다른 실시예는 복제 비디오 패킷 스트림을 전송하는 대신에, 감소된 해상도/프레임레이트/화질의 비디오를 가지는 정규의 비디오 패킷 스트림의 보다 낮은 비트레이트 버전이 지연된 비디오 멀티캐스트 그룹에 전송되는 것이다. 이 방법은 오버헤드를 감소시킨다. 정규의 비디오 데이터 패킷이 핸드오프동안에 손실되는 때에, 보다 낮은 화질의 비디오 버전이 이동 장치에 의해서 이용되어 손실된 패킷을 복원하는데, 이것은 핸드오프/핸드오버 상황동안에 우아한 저하(graceful degradation)를 가능하게 한다.
도 5a는 지연된 복원 IP 멀티캐스트 그룹에서 감소된 화질의 비디오를 이용한, IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 비디오 서버/전송기 구현의 흐름도이다. 비디오 시퀀스 데이터는 505 및 510에서 수신되고 인코딩/트랜스코딩/압축된다. 차이점은 505에서 비디오 시퀀스 데이터의 인코딩/트랜스코딩/압축이 보다 낮은 비트레이트에서 발생하여 대역폭을 보존하고, 핸드오프/핸드오버 패킷 손실의 경우에 비디오의 우아한 저하를 제공한다는 점이다. 510에서 비디오 데이터의 전송을 위하여 비디오 시퀀스 데이터의 인코딩/트랜스코딩/압축이 정규 또는 표준 비트레이트로 발생한다. 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 비디오 시퀀스 데이터는 515 및 520에서 패킷화된다. 다시 한번, 그 차이는, 515에서 보다 낮은 비트레이트 비디오 시퀀스 데이터에 대하여 패킷화가 수행되고, 520에서 정규의 비트레이트 비디오 시퀀스에 대하여 패킷화가 수행된다. 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 패킷화된 낮은 비트레이트 비디오 시퀀스 데이터는 525에서 오프셋 시간 Td 동안 저장된다. 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 패킷화된 정규의 비트레이트 비디오 시퀀스 데이터(데이터 패킷) 및 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 패킷화된 지연된(시간 시프트된) 낮은 비트레이트 비디오 시퀀스 데이터(데이터 패킷)가 530에서 전송/멀티캐스트된다. 비디오 패킷의 지연된 낮은 비트레이트 버전은 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연된 복원 멀티캐스트 그룹)에 전송/멀티캐스트된다. 정규의/원시 데이터 패킷은 원시/정규 멀티캐스트 그룹에 전송/멀티캐스트된다.
도 5b는 지연된 복원 IP 멀티캐스트 그룹에서 감소된 화질의 비디오를 이용한 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 비디오 서버/전송기 구현의 개략도를 도시한다. 비디오 시퀀스 데이터는 수신되고, 2개의 소스 인코더/트랜스코더(535, 540)에 의해서 인코딩/트랜스코딩/압축된다. 인코더/트랜스코더/압축기(535)는 정규의 비디오를 위한 것이며, 인코더/트랜스코더/압축기(540)는 낮은 화질(낮은 비트레이트) 복원 비디오를 위한 것이다. 정규의 압축된 비디오 스트림은 패킷타이저(545)에 의해서 압축 후에 패킷화되며, 패킷은 IP UDP/IP 스택(560) 및 이더넷 인터페이스(656)를 통해서 멀티캐스트 그룹(정규의 비디오 멀티캐스트 그룹) 내에 전송/멀티캐스트된다. 낮은 화질의(낮은 비트레이트) 비디오는 압축 후에 패킷타이저(550)에 의해서 패킷화된다. 낮은 화질의(낮은 비트레이트) 패킷은 오프셋 시간 Td 동안 지연 버퍼(555)에 저장된다. 지연된(시간 시프트된) 낮은 화질의(낮은 비트레이트) 비디오 패킷은 지연 이후에 UDP/IP 스택(560) 및 이더넷 인터페이스(565)를 통해서 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연된/복원 멀티캐스트 그룹)으로 전송/멀티캐스트된다. 프로토콜 스택은 적어도 UDP층(560a) 및 IP층(560b)을 포함한다. 하나의 인코더가 높은 처리 속도를 가지고서 선택적으로 동작하여 정규의 비디오 스트림과 낮은 화질의 복원 스트림 모두를 인코딩하는 별도의 인코더가 구현될 수 있음에 주의하여야 한다. 본 명세서에서 기술되는 구성요소는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어 또는 RSIC, ASIC 및/또는 FPGA를 포함하는 임의의 조합일 수 있을 것이다.
도 6a는 지연된 복원 IP 멀티 캐스트 그룹에서 감소된 화질의 비디오를 이용하는 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 이동 수신기/장치 구현의 흐름도이다. 통상의 비디오 패킷 및 지연된 비디오 패킷이 상이한 멀티캐스트 그룹으로부터 605에서 수신된다. 정규의 비디오 패킷(비디오 시퀀스 데이터) 및 지연된 비디오 패킷(비디오 시퀀스 데이터)이 정규의 비디오 데이터 스트림 및 지연된 비디오 패킷 스트림으로 610에서 분리된다. 에러 검출이 615에서 수행된다. 에러 검출이 수행되어 정규의 비디오 패킷 스트림에 대한 수신된 패킷 시퀀스 번호의 차이를 인지함으로써 정규의 비디오 패킷 스트림에서 패킷이 손실되었는지 여부를 검출한다. 압축된 비디오 시퀀스에서의 에러 전파 특성에 기인하여, 하나의 전송 에러는 다수의 화상이 에러를 가지고서 디코딩되는 것을 야기할 수 있다. 에러 검출이 또한 수행되어 지연된 비디오 패킷 스트림에 대한 수신된 패킷 시퀀스 번호의 차이를 인지함으로써 지연된 비디오 패킷 스트림에서 패킷이 손실되었는지 여부를 판정한다.
620에서 정규의 비디오 패킷 스트림이 역패킷화되며, 지연된 비디오 패킷 스트림이 625에서 역패킷화된다. 역패킷화된 정규의 비디오 스트림은 630에서 디코딩되며, 역패킷화된 지연된 비디오 스트림은 635에서 디코딩된다. 디코딩된 통상의 비디오 스트림의 사본이 640에서 저장되고, 디코딩된 지연된 비디오 스트림의 사본이 645에서 디코딩된다. 650에서 (정규 또는 지연된) 어느 스트림으로부터 디코딩된 화상이 디스플레이되는지 여부에 대한 선택이 이루어진다. 정규의 화상이 에러없이 디코딩되는 경우에, 이것이 항상 디스플레이를 위하여 선택된다. 정규의 비디오 스트림에서 에러가 발생하고 대응하는 지연된 화상이 에러없이 디코딩되는 경우에, 디코딩된 지연된 화상이 디스플레이를 위하여 선택된다. 정규의 화상과 대응하는 지연된 화상 모두 에러를 가진 채 디코딩되는 경우에는 정규의 화상에 대하여 에러 은닉과 같은 다른 기술이 이용될 수 있으며, 은닉된 정규의 화상이 디스플레이를 위하여 선택된다.
도 6b는 지연된 복원 IP 멀티캐스트 그룹에서 감소된 화질의 비디오를 이용하여 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 이동 수신기/장치 구현의 개략도이다. 정규의 비디오 패킷 및 지연된 비디오 패킷이 이더넷/WLAN 인터페이스(655)에서 상이한 멀티캐스트 그룹으로부터 수신된다. 프로토콜 스택(660)에서 정규의 비디오 패킷(비디오 시퀀스 데이터) 및 지연된 비디오 패킷(비디오 시퀀스 데이터)이 정규의 비디오 패킷 스트림 및 지연된 비디오 패킷 스트림으로 분리된다. 프로토콜 스택은 적어도 UDP 층(660a) 및 IP 층(660b)를 포함한다. 에러 검출 모듈(665)에 의해서 에러 검출이 수행되어 정규의 비디오 패킷 스트림에 대한 수신된 패킷 시퀀스 번호의 차이를 인지함으로써 정규의 비디오 패킷 스트림에서 패킷이 손실되었는지 여부를 검출한다. 압축된 비디오 시퀀스의 에러 전파 특성에 기인하여 하나의 전송 에러는 다수의 디코딩된 화상에서의 에러를 야기함을 알아야 한다. 에러 검출이 또한 수행되어 지연된 비디오 패킷 스트림에 대한 수신된 시퀀스 번호의 차이를 인지함으로써 패킷이 손실되었는지 여부를 판정한다.
정규의 비디오 패킷 스트림은 디패킷타이저(de-packetizer,670)로 전달되고, 지연된 비디오 패킷 스트림은 디패킷타이저(675)로 전달된다. 디패킷타이저(670, 675)는 에러 검출된 정규의 비디오 스트림 및 에러 검출된 지연된 비디오 스트림을 각각 역패킷화한다. 역패킷화 에러 검출된 통상의 비디오 패킷 스트림은 정규의 비디오 디코더(680)에 전달되고, 역패킷화된 지연된 비디오 패킷 스트림은 지연된/복원 비디오 디코더(685)로 전달된다. 디코더(680, 685)는 에러 검출된 역패킷화된 정규의 비디오 스트림 및 에러 검출된 역패킷화된 지연된 비디오 스트림을 각각 디코딩한다. 디코딩된 역패킷화된 에러 검출된 정규 비디오 스트림의 사본은 정규 비디오 버퍼(690)에 저장되고, 디코딩된 역패킷화된 에러 검출된 지연된 비디오 스트림의 사본은 복원/지연 비디오 버퍼(695)에 저장된다. 선택기(697)는 어느 스트림(정규 또는 지연된)으로부터 디코딩된 화상이 디스플레이되는지를 판정한다. 정규의 비디오 디코더는 정규의 비디오 스트림에서 어느 프레임이 에러를 가지는지를 알며, 선택기(697)에 통지한다. 지연된/복원 비디오 디코더는 지연된 복원 비디오 스트림에서 어느 프레임이 에러를 가지는지를 알며, 선택기(697)에 통지한다. 정규의 화상이 에러없이 디코딩되는 경우에, 이것이 디스플레이를 위하여 항상 선택된다. 정규의 비디오 스트림에서 에러가 발생하고 대응하는 복원 화상이 에러없이 디코딩되는 경우에, 디코딩된 복원 화상이 디스플레이를 위하여 선택된다. 정규의 화상과 대응하는 복원 화상 모두가 에러를 가진 채 디코딩되는 경우에, 정규의 화상에 대하여 에러 은닉과 같은 다른 기술이 이용될 수 있으며, 은닉된 정규의 화상이 디스플레이를 위하여 선택된다. 하나의 디코더가 높은 처리 속도로 동작하여 정규의 스트림과 복원 스트림 모두를 디코딩하는 예시적인 별도의 디코더가 구현될 수 있음에 주의하여야 한다. 본 명세서에서 기술하는 구성요소는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 펌웨어, 또는 RISC, ASIC 및/또는 FPGA를 포함하는 임의의 조합일 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 원리에 따른 지연된 복원 멀티캐스트 그룹에서 낮은 화질의 비디오를 이용한 예시적인 패킷 손실 복원을 도시한다. 핸드오프에 기인하여 정규의 비디오 스트림에 패킷 손실이 발생하는 때에, 이동 장치는 BS/AP로부터 지연된 복원 비디오 스트림을 요청한다. 정규의 스트림과 지연된 복원 스트림 모두로부터의 비디오 데이터는 적절한 디코더를 이용하여 디코딩된다. 정규의 비디오 스트림은 정규의 비디오 버퍼에서 충분히 지연되어, 대응하는 복원 화상이 복원 비디오 버퍼에서 이용가능하다. 정규의 비디오 스트림으로부터의 화상 1-4는 에러없이 디코딩되어 이들이 디스플레이를 위하여 선택된다. 정규의 비디오 스트림 내의 화상 5-8에서 패킷 손실 에러가 검출되었다. 그러나, 복원 비디오 스트림 내의 대응하는 화상은 패킷 손실 에러를 가지지 않아, 복원 비디오 스트림으로부터의 화상 5-8이 디스플레이를 위하여 선택된다.
복제 비디오 스트림 또는 낮은 화질의 비디오 스트림을 전송하는 것을 대신하는 다른 예에서, 크로스 패킷 순방향 에러 보정 코드에 의해서 생성된 패리티 패킷이 지연된 복원 IP 멀티캐스트 그룹에 전송된다. 비디오 데이터 패킷에 FEC 코드가 이용되어 패리티 패킷을 생성한다. 비디오 패킷 스트림 및 패리티 패킷 스트림은 시간 시프트되어 상이한 IP 멀티캐스트 그룹으로 멀티캐스트된다. 즉, 비디오 스트림 및 패리티 스트림을 일시적인 다이버시티를 위하여 스태거캐스팅한다.
도 8a는 지연된 복원 IP 멀티캐스트 그룹에서 FEC 패리티 패킷을 이용한 무선 IP 네트워트를 통한 예시적인 송신기/서버 구현의 흐름도이다. 805에서 압축되지 않은 비디오 시퀀스 데이터가 수신되고 인코딩/트랜스코딩/압축된다. 810에서 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 비디오 시퀀스 데이터가 패킷화되며, 패킷 헤더가 추가된다. 그 후에, 패킷화된 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 비디오 시퀀스 데이터는 815에서 FEC 인코딩되어 FEC 패리티 패킷을 형성한다. FEC 코드가 비디오 패킷에 이용되어 패리티 패킷을 형성한다. FEC 정보를 포함하는 FEC 패킷에 헤더가 추가된다. FEC 코딩 체계에 따라, 여분의 FEC 관련 헤더가 비디오 데이터 패킷에 추가될 수도 있을 것이다. 그 후에, 825에서 비디오 데이터 패킷이 IP 멀티캐스트 그룹(정규의 비디오 멀티캐스트 그룹)에 송신/멀티캐스트된다. 패리티 패킷은 820에서 오프셋 시간동안 저장된다. 지연/시간 시프트 Td이후에, 825에서 FEC 패리티 패킷은 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연된/복원 멀티캐스트 그룹)에 송신/멀티캐스트된다.
도 8b는 지연된 복원 IP 멀티캐스트 그룹에서 FEC 패리티 패킷을 이용한 무선 IP 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 송신기/서버 구현의 개략도이다. 비디오 인코더/트랜스코더/압축기(830)는 압축되지 않은 비디오 시퀀스 데이터를 수신하고 압축되지 않은 비디오 시퀀스 데이터를 인코딩/트랜스코딩/압축한다.
인코딩/트랜스코딩/압축된 비디오 시퀀스 데이터는 패킷타이저(835)로 보내어지며, 이것은 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 비디오 시퀀스 데이터를 패킷화하여 데이터 패킷을 형성하고 패킷 헤더를 추가한다. 패킷화된 인코딩된/트랜스코딩된/압축된 비디오 시퀀스 데이터는 그 후에 FEC 인코더(840)로 전달되어 패리티 패킷을 형성한다. FEC 인코더는 패킷화 이후에, 프로토콜 스택(850) 이전에 배치된다. FEC 코드가 비디오 패킷에 이용되어 패리티 패킷을 생성한다. FEC 정보를 포함하는 FEC 패킷에 헤더가 추가된다. FEC 코딩 체계에 따라 FEC 관련 헤더가 비디오 데이터 패킷에 추가될 수도 있을 것이다. 비디오 데이터 패킷이 프로토콜 스택(850) 및 이더넷/WLAN(855)을 통해서 IP 멀티캐스트 그룹(정규의 비디오 멀티캐스트 그룹)에 송신/멀티캐스트된다. 프로토콜 스택(850)은 적어도 UDP(850a) 및 IP 층(850b)을 포함한다. 패리티 패킷은 오프셋 시간 Td 동안 지연 버퍼(845)에 저장된다. FEC 패리티 패킷은 지연/시간 시프트 Td 이후에 프로토콜 스택(850) 및 이더넷/WLAN 인터페이스(855)를 통해서 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연/복원 멀티캐스트 그룹)에 송신/멀티캐스트된다. 본 명세서에서 기술한 구성요소는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어 또는 RSIC, ASIC 및/또는 FPGA를 포함하는 임의의 조합일 수 있을 것이다.
도 9는 본 발명의 원리에 따른 크로스 패킷 인코딩의 일 예이다. 도 9에 도시된 바와 같이, K개의 비디오 패킷이 함께 그룹화되고, 리드-솔로몬(Reed-Solomon, RS)(N,K) 코드가 패킷 그룹에 이용되어, N-K 패리티 패킷을 생성한다. FEC 패킷이 보호하는 비디오 패킷이 어느 것인지를 포함하는 FEC 정보를 포함하는 FEC 패킷에 헤더가 추가된다. FEC 코딩 체계에 따라, FEC 관련 헤더가 비디오 패킷에 추가될 수도 있을 것이다. 비디오 데이터 패킷은 UDP/IP 스택 및 이더넷 인터페이스를 통해서 IP 멀티캐스트 그룹(정규의 비디오 멀티캐스트 그룹)에 전송될 수 있을 것이다. 그 후에, 패리티 패킷은 오프셋 시간 Td 동안 지연 버퍼에 저장된다. FEC 패리티 패킷은 지연/시간 시프트 Td 이후에 UDP/IP 및 이더넷을 통해서 다른 IP 멀티캐스트 그룹(지연된/복원 멀티캐스트 그룹)에 송신된다.
도 10a는 지연된/복원 멀티캐스트 그룹에서 FEC 패리티 패킷을 이용하는 IP 기반 무선 네트워크를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 이동 수신기/장치 구현의 흐름도이다. 1005에서, 비디오 시퀀스 데이터 및 지연된 패리티 패킷을 포함하는 정규의 비디오 데이터 패킷이 상이한 멀티캐스트 그룹으로부터 수신된다. 1010에서, 이들은 비디오 패킷 및 패리티 패킷으로 분리된다. 수신된 비디오 데이터 패킷은 1015에서 저장된다. 에러를 가지는 비디오 및 패리티 패킷은 링크 층(WLAN 인터페이스)에 의해서 폐기된다. FEC 삭제 디코딩이 1020에서 수행된다. 손실된 비디오 데이터 패킷 또는 패리티 패킷의 위치는 FEC 삭제 디코딩 프로세스에 의해서 패킷 헤더 내의 시퀀스 번호를 통해서 검출된다. 패리티 패킷 및/또는 비디오 데이터 패킷 내의 FEC 헤드가 이용되어 FEC 블록 정보를 판정한다. RS(N,K) 코드를 이용하여, (비디오 데이터 패킷인지 패리티 패킷인지에 관계없이) FEC 코딩 블록에서 N개의 패킷 중 K개 이상의 패킷이 올바르게 수신되기만 하면, FEC 삭제 디코딩 프로세스는 원시 (정규) 비디오 패킷을 복원할 수 있다. FEC 삭제 디코딩 프로세스는 FEC 인코딩 프로세스의 역프로세스이며, 이것은 하나의 심볼을 가지는 패킷에 대해서 각 패킷으로부터 수행되어 코드워드(codeword)를 구성한다. FEC는 디코딩된 비디오 데이터 패킷이 1025에서 역패킷화되는 것을 보장한다. 그 후에, 역패킷화된 비디오 데이터 패킷은 1030에서 디코딩되어 디스플레이를 위한 디코딩된 디스플레이를 생성한다.
일 실시예는 1/2 레이트 RS 코드를 이용한다. 삭제 디코딩된 RS 코드에 대하여, 각각의 패리티 패킷은 코딩된 블록 내의 임의의 손실 패킷을 복원할 수 있다. 1/2 레이트 RS(N,K) 코드(N=2K)가 K개의 비디오 패킷에 이용되는 경우에는 K개의 패리티 패킷을 생성한다. 1/2 RS 코드를 이용하여, 비디오 데이터 패킷이 핸드오버 동안에 완전히 버스트(in a burst) 소실된 경우에도, 손실된 데이터 패킷은 대응하는 패리티 패킷 만으로부터도 복원될 수 있다. 이러한 의미에서, 1/2 RS 코드에 의해서 생성된 패리티 패킷 스트림은 원시(정규의) 비디오 패킷 스트림에 대안이 된다. 리드-솔로몬(RS) 코드 이외에도, 다른 FEC 코드가 패리티 패킷을 생성하는 데에 이용될 수 있음에 주의하여야 한다.
도 10b는 지연된/복원 멀티캐스트 그룹에서 FEC 패리티 패킷을 이용하는 IP 기반 무선 네트워트를 통한 비디오 멀티캐스트를 위한 예시적인 이동 수신기/장치 구현의 개략도이다. 정규의 비디오 데이터 패킷 및 지연된 패리티 패킷이 WLAN/이더넷 인터페이스(1035)에서 상이한 멀태캐스트 그룹으로부터 수신된다. 이들은 적어도 UDP 층(1040a) 및 IP 층(1040b)을 포함하는 프로토콜 스택(1040)에 의해서 비디오 데이터 패킷 및 패리티 패킷으로 분리된다. 수신된 비디오 데이터 패킷은 버퍼(1045)에서 지연된다. 에러를 가지는 비디오 및 패리티 패킷은 링크층(WLAN 인터페이스)에 의해서 폐기된다. FEC 삭제 디코딩 모듈(1050)은 역패킷화 및 UDP 층 사이에 존재한다. 손실된 비디오 데이터 패킷 또는 패리티 패킷의 위치는 삭제 디코딩에 이용되는 FEC 삭제 디코딩 모듈(1050)에 의해서 패킷 헤더 내의 시퀀스 번호를 통해서 검출된다. 패리티 패킷 및/또는 비디오 패킷 내의 FEC 헤더는 FEC 삭제 디코딩 모듈(1050)에 의해서 이용되어 FEC 블록 정보를 결정한다. RS(N,K) 코드를 이용하여, (비디오 데이터 패킷 또는 패리티 패킷인지 여부에 관계없이)FEC 코딩 블록 내의 N개의 패킷 중 K개 이상의 패킷이 존재하는 한, FEC 삭제 디코딩 모듈(1050)은 원시 (정규의) 비디오 데이터 패킷을 복원할 수 있다. FEC 삭제 디코딩은 FEC 인코딩 프로세스의 역프로세스이며, 이것은 각각의 패킷으로부터 하나의 심볼을 가지는 패킷에 대하여 수행되어 코드워드를 구성한다. FEC 삭제 디코딩된 비디오 데이터 패킷은 디패킷타이저(1055)로 전달되며, 이것은 비디오 데이터 패킷을 역패킷화한다. 그 후에, 역패킷화된 비디오 데이터 패킷은 비디오 디코더 모듈(1060)로 보내어진다. 본 명세서에서 기술된 구성요소는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어 또는 RISC, ASIC 및/또는 FPGA를 포함하는 임의의 조합일 수 있을 것이다.
이동 장치로부터 BS/AP로의 귀환 무선 채널이 존재하지 않는 경우, 및/또는 단순한 구현이 선호되는 경우에는, BS/AP는 정규 비디오 스트림 및 지연된 복원 스트림을 무선 네트워크를 통해서 멀티캐스트 방식으로 항상 전송할 수 있을 것이다. 이동 수신기/장치는 이들을 요청하지 않고서 양 스트림을 모두 수신한다.
다른 실시예는 계층형(layered)/스케일러블(scalable) 비디오 코딩에 스태거캐스팅을 이용하는 것이다. 스케일러블 코드에 대한 기저층만이 본 발명을 이용하여 제때에 스태거링된다. 정규의 기저층 비디오 데이터 패킷은 전술한 바와 같이 정규의 멀티캐스트 그룹내에 멀티캐스트 전송된다. 복제 기저층 데이터 또는 FEC 인코더에 의해서 생성된 그 패리티 데이터는 시간 지연을 가지고서 지연된 멀티캐스트 그룹으로 멀티캐스트 전송된다. 정규의 인헨스먼트 계층(enhancement layer)데이터 패킷은 지연없이 다른 멀티캐스트 그룹으로 전송된다. 이리하여 스태거캐스팅을 이용하는 오버헤드는 감소된다. 정규의 비디오(기저층 및 인헨스먼트 계층 모두)가 손실되는 경우에, 지연된 복원 멀티캐스트 그룹 내의 패킷에 의해서 복원되는 기저층은 저화질 비디오를 제공할 수 있다. 이것은 핸드오프 동안에 우아한 저하를 야기한다.
본 발명은 다양한 형태의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 전용 프로세서 또는 그 조합에 의해서 구현될 수 있음을 이해하여야 한다. 바람직하게, 본 발명은 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해서 구현된다. 또한, 소프트웨어가 프로그램 저장 장치상에 유형적으로 구현되는 응용 프로그램으로서 바람직하게 구현된다. 응용 프로그램은 적절한 아키텍쳐(architecture)를 포함하는 머신(machine)에 의해서 업로드되고 실행될 수 있다. 바람직하게, 그러한 머신은 CPU, RAM 및 I/O 인터페이스와 같은 하드웨어를 가지는 컴퓨터 플랫폼상에 구현된다. 컴퓨터 플랫폼은 오퍼레이팅 시스템 및 마이크로인스트럭션 코드 또한 포함한다. 본 명세서에 기술된 다양한 프로세스 및 기능은 오퍼레이팅 시스템을 통해서 실행되는 마이크로인스트럭션 코드의 일부, 또는 응용 프로그램의 일부(또는 그 조합)일 수 있을 것이다. 추가적으로, 다양한 기타 주변 장치가 추가적인 데이터 저장 장치 및 인쇄 장치와 같은 컴퓨터 플랫폼에 접속될 수 있을 것이다.
첨부된 도면에 도시된 몇몇 구성 시스템 구성요소 및 방법 단계는 소프트웨어로 바람직하게 구현되며, 시스템 구성요소(또는 프로세스 단계) 간의 실제 접속은 본 발명이 프로그래밍되는 방식에 따라 상이할 수 있음 또한 이해하여야 할 것이다. 본 발명의 기술에 대하여, 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 구현 또는 구성 및 이와 유사한 구현 및 구성을 생각해 낼 수 있을 것이다.

Claims (40)

  1. 원시 데이터 패킷(original data packet)의 손실로부터 복원하는 방법으로서,
    데이터 패킷 손실을 검출하는 단계와,
    제1 멀티캐스트(multicast) 그룹에 참여하는 단계와,
    지연된 데이터 패킷을 수신하는 단계와,
    상기 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 단계
    를 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷은 상기 원시 데이터 패킷의 사본 및 낮은 비트레이트(bit rate)로 인코딩된 상기 원시 데이터 패킷의 사본 중 하나인 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷은 패리티(parity) 패킷인 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 패리티 패킷은 순방향 에러 보정 인코딩된 패리티 패킷인 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 단계는, 상기 손실된 원시 데이터 패킷을 상기 지연된 데이터 패킷으로 대체하는 단계를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 단계는, 삭제 디코딩(erasure decoding)을 수행하여 손실된 상기 원시 데이터패킷을 복원하는 단계를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 멀티캐스트 그룹에 참여하는 단계는, 이동 장치가 제1 액세스 포인트에서 제2 액세스 포인트로 핸드오프되는 때에 수행되는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    액세스 포인트가 기지국인 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 멀티캐스트 그룹에 참여하는 단계는, 상기 데이터 패킷 손실이 검출되는 때에 수행되는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    손실된 상기 원시 데이터 패킷에 대응하는 상기 지연된 데이터 패킷이 수신되는 때에 상기 제1 멀티캐스트 그룹을 떠나는(leave) 단계를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷은 사전결정된 오프셋 시간만큼 시간 시프트되는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사전결정된 오프셋 시간은 예상 핸드오프 지속시간 및 최대 핸드오프 지속시간 중 하나보다 더 큰 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    기지국 및 액세스 포인트 중 하나에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹에 참여하고자 하는 요청이 이루어지고, 상기 기지국 및 상기 액세스 포인트 중 하나에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹을 떠나고자 하는 대응 요청이 이루어지는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    이더넷 스위치에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹에 참여하고자 하는 요청이 이루어지고, 상기 이더넷 스위치에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹을 떠나고자 하는 대응 요청이 이루어지는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  15. 제2항에 있어서,
    제2 멀티캐스트 그룹에 참여하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷을 수신하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 지연된 데이터 패킷을 분리하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷에 대하여 에러 검출을 수행하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷을 저장하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 지연된 데이터 패킷 중 하나를 선택하는 단계와,
    상기 선택된 데이터 패킷을 역패킷화하는(depacketize) 단계와,
    상기 역패킷화된 선택된 데이터 패킷을 디코딩하는 단계
    를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷에 대하여 에러 검출을 수행하는 상기 단계는,
    수신된 패킷 시퀀스 번호에 있어서의 차이(gap)를 인식하는 단계를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  17. 제2항에 있어서,
    제2 멀티캐스트 그룹에 참여하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷을 수신하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 지연된 데이터 패킷을 분리하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷에 대하여 에러 검출을 수행하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷을 역패킷화하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷을 디코딩하는 단계와,
    상기 디코딩된 원시 데이터 패킷 및 상기 디코딩된 지연된 데이터 패킷을 저장하는 단계와,
    상기 디코딩된 원시 데이터 패킷 및 상기 디코딩된 지연된 데이터 패킷 중 하나를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  18. 제3항에 있어서,
    제2 멀티캐스트 그룹에 참여하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 패리티 패킷을 수신하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 패리티 패킷을 분리하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷을 저장하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 패리티 패킷에 대하여 순방향 에러 보정 삭제 디코딩을 수행하여 복원된 원시 데이터 패킷을 획득하는 단계와,
    상기 복원된 원시 데이터 패킷을 역패킷화하는 단계와,
    상기 복원된 원시 데이터 패킷을 디코딩하는 단계
    를 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 방법.
  19. 원시 데이터 패킷(original data packet)의 손실로부터 복원하는 장치로서,
    데이터 패킷 손실을 검출하는 수단과,
    제1 멀티캐스트 그룹에 참여하는 수단과,
    지연된 데이터 패킷을 수신하는 수단과,
    상기 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 수단
    을 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷은 상기 원시 데이터 패킷의 사본 및 낮은 비트레이트로 인코딩된 상기 원시 데이터 패킷의 사본 중 하나인 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷은 패리티 패킷인 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 상기 수단은,
    손실된 상기 원시 데이터 패킷을 상기 지연된 데이터 패킷으로 대체하는 수단을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷을 이용하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 상기 수단은,
    삭제 디코딩을 수행하여 손실된 상기 원시 데이터 패킷을 복원하는 수단을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  24. 제19항에 있어서,
    제1 멀티캐스트 그룹에 참여하는 상기 수단은,
    이동 장치가 제1 기지국에서 제2 기지국으로 핸드오프되는 때에 수행되는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  25. 제19항에 있어서,
    제1 멀티캐스트 그룹에 참여하는 상기 수단은,
    데이터 패킷 손실이 검출되는 때에 수행되는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    손실된 상기 원시 데이터 패킷에 대응하는 상기 지연된 데이터 패킷이 수신되었을 때에 상기 제1 멀티캐스트 그룹을 떠나는 수단을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 지연된 데이터 패킷은 사전결정된 오프셋 시간만큼 시간 시프트되는 원 시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  28. 제19항에 있어서,
    기지국 및 액세스 포인트 중 하나에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹에 참여하고자 하는 요청이 이루어지고, 상기 기지국 및 상기 액세스 포인트 중 하나에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹을 떠나고자 하는 대응 요청이 이루어지는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  29. 제19항에 있어서,
    이더넷 스위치에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹에 참여하고자 하는 요청이 이루어지고, 상기 이더넷 스위치에 대하여 상기 제1 멀티캐스트 그룹을 떠나고자 하는 대응 요청이 이루어지는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  30. 제20항에 있어서,
    제2 멀티캐스트 그룹에 참여하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷을 수신하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 지연된 데이터 패킷을 분리하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷에 대하여 에러 검출을 수행하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷을 저장하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 지연된 데이터 패킷 중 하나를 선택하는 수단과,
    상기 선택된 데이터 패킷을 역패킷화하는(depacketize) 수단과,
    상기 역패킷화된 선택된 데이터 패킷을 디코딩하는 수단
    을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷에 대하여 에러 검출을 수행하는 상기 수단은,
    수신된 패킷 시퀀스 번호에 있어서의 차이(gap)를 인식하는 수단을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  32. 제20항에 있어서,
    제2 멀티캐스트 그룹에 참여하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷을 수신하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 지연된 데이터 패킷을 분리하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷에 대하여 에러 검출을 수행하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷을 역패킷화하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 지연된 데이터 패킷을 디코딩하는 수단과,
    상기 디코딩된 원시 데이터 패킷 및 상기 디코딩된 지연된 데이터 패킷을 저장하는 수단과,
    상기 디코딩된 원시 데이터 패킷 및 상기 디코딩된 지연된 데이터 패킷 중 하나를 선택하는 수단
    을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  33. 제21항에 있어서,
    제2 멀티캐스트 그룹에 참여하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷 및 상기 패리티 패킷을 수신하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 패리티 패킷을 분리하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷을 저장하는 수단과,
    상기 원시 데이터 패킷과 상기 패리티 패킷에 대하여 순방향 에러 보정 삭제 디코딩을 수행하여 복원된 원시 데이터 패킷을 획득하는 수단과,
    상기 복원된 원시 데이터 패킷을 역패킷화하는 수단과,
    상기 복원된 원시 데이터 패킷을 디코딩하는 수단
    을 더 포함하는 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  34. 제19항에 있어서,
    상기 장치는 이동 장치인 원시 데이터 패킷 손실 복원 장치.
  35. 스태거캐스팅(staggercasting) 방법으로서,
    제1 데이터 시퀀스를 인코딩하고 압축하는 단계와,
    상기 인코딩되고 압축된 데이터 시퀀스를 패킷화해서 원시 데이터 패킷을 형성하는 단계와,
    상기 원시 데이터 패킷을 제1 멀티캐스트 그룹에 멀티캐스팅하는 단계와,
    상기 제1 데이터 시퀀스와 관련된 제2 데이터 시퀀스를 생성하는 단계와,
    상기 제2 데이터 시퀀스를 패킷화하여 패킷을 형성하는 단계와,
    오프셋 시간만큼 지연된 상기 패킷을 제2 멀티캐스트 그룹에 멀티캐스팅하는 단계
    를 포함하는 스태거캐스팅 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    패킷 헤더를 상기 데이터 패킷에 추가하는 단계를 더 포함하는 스태거캐스팅 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 오프셋 시간은 사전결정되는 스태거캐스팅 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 사전결정된 오프셋 시간은 예상 핸드오프 지속시간 및 최대 핸드오프 지속시간 중 하나보다 더 큰 스태거캐스팅 방법.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 패킷은 상기 원시 데이터 패킷의 사본 및 낮은 비트레이트로 인코딩된 상기 원시 데이터 패킷의 사본 중 하나인 스태거캐스팅 방법.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 패킷은 패리티 패킷인 스태거캐스팅 방법.
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