KR20090075605A - 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조 및패킷화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜에 관한 것으로, 지그비 기반의 유비쿼터스 센서 네트워크 환경하에서 영상 전송을 위한 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조 및 그 패킷화 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷은 영상 프레임의 시퀀스 넘버를 나타내는 시퀀스 넘버 필드, 상기 영상 프레임의 매크로 블록의 넘버를 나타내는 매크로블록 넘버 필드, 상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것인지를 표시하는 마커 필드를 포함하는 패킷 헤더로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

지그비, 영상, 유비쿼터스, 센서 네트워크, 프로토콜, 패킷

Description

경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조 및 패킷화 방법{The Packet Architecture for Light-Weight Realtime Transport Protocol and The Method for Packeting It}

본 발명은 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜에 관한 것으로, 유비쿼터스 센서 네트워크 환경하에서 영상 전송을 위한 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조 및 그 패킷화 방법에 관한 것이다.

최근 정보통신 환경은 음성, 영상, 데이터 등의 모든 정보의 디지털화를 바탕으로 네트워크 기반이 대세를 이루고 있다. 그 중에서도 사물과 환경의 변화를 실시간 감지 또는 추적하기 위하여 센서, 안테나, 집적회로 등을 하나의 칩으로 만든 장치를 사물에 집어넣고, 이를 네트워크로 연결하여 구성한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN,Ubiquitous Sensor Network)는 화재/방재, 방법 등 실시간 감시 시스템, 홈 오토메이션 시스템, 물품 관리 시스템 등 다양한 분야로 응용이 되고 있는 실정이며, 현재 그 수요는 점차적으로 늘어가는 양상을 보이고 있다.

이러한 USN는 IEEE 802.1X의 무선 네트워크 표준을 따르는데, IEEE 802.15.4는 LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area)네트워크의 MAC과 PHY에 대해 작성된 국제표준이며 저속의 통신대역과 저전력을 목표로 하는 프로토콜로서 현재 센서 네트워크 구현에 가장 적합한 통신기술로 인식되고 있다. 이러한 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 지그비 연합(ZigBee Alliance)은 네트워크 계층과 응용 계층과 같은 상위 계층에서의 프로토콜을 정의하고 있으며, 이러한 지그비 통신을 기반으로 상기에서 살펴본 다양한 분야에 센서 네트워크가 적용되고 있다.

그런데, 지그비 기반의 USN 망에서 영상 전송을 위한 전송 프로토콜에 대해서는 아직 표준화되어 있지 않으며, 현재로서 유일한 대안은 RTP/RTCP(Real-Time Transport Protocol/Real-Time Transport Control Protocol)가 될 수 있다.

RTP는 멀티 캐스트 또는 유니캐스트상에서 음성, 화상 또는 시뮬레이션 데이터와 같은 실시간 데이터를 전송하는 응용 서비스에 알맞은 단말 대 단말 네트워크 전송 기능을 제공하는 것으로, 도 1 은 RTP 패킷 헤더 필드를 도시하고 있다. RTP 패킷 헤더는 7비트 길이의 페이로드 타입(Payload Type) 필드, 16비트 길이의 시퀀스 넘버(Sequence Number) 필드, 32비트 길이의 타임스탬프(Timestamp) 필드, 32비트 길이의 동기근원지 식별자(Synchronization Source Identifier) 필드 및 추가의 옵션 필드를 포함하여 구성된다.

그러나, 지그비 기반의 USN 망에서는 최대 250kbs의 대역폭과 130 옥테트의 패킷 구조를 가지므로, 상기와 같은 RTP/RTCP를 적용하기에는 상대적으로 큰 오버헤드로 인해 실제적이지 않다.

따라서, 지그비 기반의 USN망과 같은 저대역망에 사용될 수 있는 경량의 영상 전송에 대한 프로토콜 개발 및 물리계층에서의 통신 효율 개선이 요구되고 있 다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 지그비 기반의 USN 망에서 영상 데이터를 전송하기 적합한 경량화된 패킷 헤더를 기술하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 또한 협소한 지그비 대역에서 영상 데이터를 전송하기 위해, 영상 프레임을 매크로블록(Macroblock) 단위 및 패킷의 페이로드의 길이에 따라 나누어서 전송하고, 연속하는 패킷이 동일 매크로블록에 대한 것인지에 대한 정보를 헤더에 표시하여 상기 수신측에서 상기 패킷 헤더에 의하여 매크로블록 단위 및 패킷의 페이로드의 길이에 따라 나누어 전송된 패킷을 재구성하도록 하고자 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하고 있는 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 지그비 기반의 USN 망에서 영상 데이터를 전송하기 위한 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷화 방법은 영상 프레임을 매크로 블록 단위로 할당하는 단계, 상기 할당된 매크로 블록의 바이트 수가 상기 패킷의 페이로드 길이의 최대값을 초과하는지를 판단하는 단계, 상기 판단 결과, 초과하는 경우 상기 할당된 매크로 블록을 상기 패킷의 페이로드 길이만큼씩 분할하여 패킷화하는 단계, 상기 판단 결과, 초과하지 않는 경우 상기 할당 된 매크로블록을 패킷화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것인지를 나타내는 정보를 상기 패킷의 헤더에 수용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로 블록에 대한 것인지를 나타내는 정보는 마커 비트를 이용하여 표시되고, 상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로 블록이 아닐 때에 마커 비트가 1로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 본 발명에 따른 지그비 기반의 USN 망에서 영상 데이터를 전송하기 위한 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조는 영상 프레임의 시퀀스 넘버를 나타내는 시퀀스 넘버 필드, 상기 영상 프레임의 매크로 블록의 넘버를 나타내는 매크로블록 넘버 필드, 상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것인지를 표시하는 마커 필드를 포함하는 패킷 헤더로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에서 보는 바와 같이, 본 발명은 지그비 기반의 USN 망에서 영상 데이터를 전송하는 방법과 그에 따른 영상 데이터를 제어하기 위한 헤더부분이 제시되어 있다. 이를 통하여 기존 단순한 데이터 등만을 송수신하는 것을 넘어서서 지그비 송수신장치를 통하여 영상 데이터를 전송하여 지그비 무선 통신망이 전달할 수 있는 거리 내에서 사람이 직접 확인하기 어려운 현장의 모니터링 장비와 영상 감시 장치에 응용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 통신망의 구성 예시도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 개별적인 센서의 역할을 수행하거나 감시 시스템의 CCD 카메라와 같은 영상 획득 장치(10)가 결합되어 있는 USN 노드(20)는 USN 망에서는 지그비 통신을 하고, USN 라우터(30)을 통해 인터넷망으로 영상 정보를 포함한 데이터를 전달할 수 있다. USN 망에서는 본 발명에 따른 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜(LWRTP:Light Weight Realtime Transport Protocol)에 따라 영상을 전송하고, USN 라우터(30) 이후의 인터넷 망에서는 공지의 RTP(Realtime Transport Protocol)에 따라 영상 전송을 수행한다.

도 3 은 본 발명에 따른 LWRTP의 영상 데이터의 패킷 헤더를 도시하고 있다.

PT(Payload Type: 페이로드 타입)의 길이는 7bit로서 송수신간의 비디오 코덱에 대한 종류를 비교한다. 아래의 표는 PT에 따른 비디오 코덱을 도시한다.

상기 표 1 과 같이 PT 번호 0 부터 6 까지 각각의 비디오 코덱을 정의하였다. PT를 통하여 송수신 ZigBee 단말기간 비디오 코덱을 비교하여 양쪽 모두 보유하고 있는 비디오 코덱을 통하여 영상 송수신을 한다.

그 다음에 있는 M(Maker:마커)은 1bit로서 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것인지를 표시하는 데 이용된다. 즉, 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것이면 M 필드의 값을 0으로 표시하고, 뒤따르는 패킷이 새로운 매크로블록에 대한 것이면 M 필드의 값을 1로 표시한다. 예를 들어 매크로블록의 크기가 300 바이트일 경우, 페이로드의 최대값이 124 바이트이므로 하나의 패킷으로 상기 매크로블록을 전송할 수 없다. 이 경우에는 124 바이트(제 1 패킷) + 124 바이트(제 2 패킷) + 52 바이트(제 3 패킷)의 3개의 패킷으로 나누어서 전송하고, 제1 패킷은 제2 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것이므로 M의 값은 0, 제2 패킷은 제3 패킷이 역시 동일한 매크로블록에 대한 것이므로 M의 값은 0, 제3 패킷은 뒤따르는 패킷이 새로운 매크로블록에 대한 것이므로 M의 값을 1로 표시한다. 동일한 매크로블록에 대한 정보를 가지는 마지막 패킷에 다른 매크로블록을 위한 공간이 존재하더라도 인접한 매크로블록간의 독립성을 유지하기 패딩(padding) 바이트로 채운다. 이와 같은 구성에 의하면, 후술하는 MN(Macroblock Number: 매크로블록 넘버)이 같고 M이 0인 패킷은 M이 1이 나올때까지 하나의 매크로블록으로 간주한다.

MN(Macroblock Number:매크로블럭 넘버)은 영상 데이터를 매크로블록 단위로 전송함에 있어서 각 매크로블록마다 번호를 부여하는 부분으로 길이는 16비트(2바이트)로 정의하고 하나의 프레임(frame)내에 있는 모든 매크로블록에 MN을 부여할 수 있다. 그리고 프레임이 바뀔때 마다 MN은 다시 0부터 다시 순차적으로 증가하여 매크로블록에 MN을 부여한다.

SN(Sequence Number:시퀀스 넘버)는 8비트(1바이트) 길이로 프레임마다 순차적으로 1씩 증가하고 순환한다.

SSRC ID(Synchronization Source Identifier: 동기근원지 식별자)는 16비트(2바이트) 길이로 LWRTP 스트림의 근원지를 식별한다.

그리하여 지그비 단말기에서 6 바이트 크기의 헤더와 124 바이트의 실제 영상 데이터를 붙여 패킷화하여 하나의 패킷이 보낼수 있는 최대크기인 130바이트로 전송한다.

도 4 는 매크로블록마다 전송되는 패킷에 대한 헤더를 예시하는 도면이다.

도 5 는 본 발명에 따른 LWRTP 패킷화 방법에 대한 흐름도이다.

먼저, 연속된 영상 프레임(frame)을 입력 받아(501), 상기 영상 프레임을 매크로블록 단위로 할당한다(502). 그리고, 현재 처리해야 할 매크로 블록의 바이트 수가 페이로드 길이의 최대값을 초과하는지를 판단한다(503).

상기 판단 결과(503), 매크로블록의 바이트 수가 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하지 않는 경우 상기 매크로블록을 패킷화하고(507) 패킷화시킬 매크로블록이 더 있는지를 확인한다(508).

상기 판단 결과(503), 매크로블록의 바이트 수가 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하는 경우 현재 처리해야 할 매크로블록을 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하지 않는 범위에서 가능한 바이트 수만큼 패킷화를 수행한다(504). 그리고, 다시 상기 매크로블록의 패킷화되지 않는 바이트 수가 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하는지를 판단한다(505).

상기 판단 결과(505), 상기 매크로블록의 패킷화되지 않는 바이트 수가 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하지 않는 경우 상기 매크로블록의 패킷화되지 않은 데이터를 패킷화하고(506), 패킷화시킬 매크로블록이 더 있는지를 확인한다(508).

상기 판단 결과(505), 상기 매크로블록의 패킷화되지 않는 바이트 수가 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하는 경우, 상기 페이로드 길이의 최대값을 초과하지 않는 범위에서 가능한 바이트 수만큼 패킷화를 수행한다(504).

그리고, 패킷화시킬 매크로블록이 더 있는지를 확인하여(507), 상기 패킷화시킬 매크로블록이 더 있으면 처리해야 할 매크로블록의 바이트 수가 페이로드 길이의 최대값을 초과하는지를 판단하는 단계(503)로 진행하고, 없다면 종료한다.

상기에서 본 발명을 구체적인 실시예로 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이나 수정이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1 은 RTP 패킷 헤더 필드를 도시하는 도면이고,

도 2 는 본 발명이 적용되는 통신망의 구성 예시도이고,

도 3 은 본 발명에 따른 LWRTP의 영상 데이터의 패킷 헤더를 도시하는 도면이고,

도 4 는 매크로블록마다 전송되는 패킷에 대한 헤더를 예시하는 도면이고,

도 5 는 본 발명에 따른 LWRTP 패킷화 방법에 대한 흐름도이다.

Claims (5)

1. 지그비 기반의 USN 망에서 영상 데이터를 전송하기 위한 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷화 방법에 있어서, 상기 방법은:

   영상 프레임을 매크로 블록 단위로 할당하는 단계;

   상기 할당된 매크로 블록의 바이트 수가 상기 패킷의 페이로드 길이의 최대값을 초과하는지를 판단하는 단계;

   상기 판단 결과, 초과하는 경우 상기 할당된 매크로 블록을 상기 패킷의 페이로드 길이만큼씩 분할하여 패킷화하는 단계

   상기 판단 결과, 초과하지 않는 경우 상기 할당된 매크로블록을 패킷화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷화 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것인지를 나타내는 정보를 상기 패킷의 헤더에 수용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷화 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로 블록에 대한 것인지를 나타내는 정보는 마커 비트를 이용하여 표시되는 것을 특징으로 하는 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷화 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로 블록이 아닐 때에 마커 비트가 1로 설정되는 것을 특징으로 하는 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷화 방법.
5. 지그비 기반의 USN 망에서 영상 데이터를 전송하기 위한 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조에 있어서, 영상 프레임의 시퀀스 넘버를 나타내는 시퀀스 넘버 필드, 상기 영상 프레임의 매크로 블록의 넘버를 나타내는 매크로블록 넘버 필드, 상기 패킷에 뒤따르는 패킷이 동일한 매크로블록에 대한 것인지를 표시하는 마커 필드를 포함하는 패킷 헤더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량의 실시간 미디어 전송 프로토콜의 패킷 구조.

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