KR20100050912A - 계층화된 데이터를 전송하는 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게, 본 발명은 계층화된 데이터를 네트워크를 통해 전송하는 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 데이터를 계층화하는 계층화 장치; 계층화된 데이터들을 복수의 데이터 그룹들로 구분하는 그룹화 장치; 및 상기 각각의 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 우선 순위 설정 장치를 포함하고, 상기 데이터 그룹은 상기 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송된다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 SVC 데이터를 그룹화하고 그룹화된 SVC 데이터를 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송한다. 본 발명에 따르면, 데이터 전송을 위해 요구되는 네트워크의 대역폭이 줄어들고, 네트워크의 상태에 따라 유연한 데이터 전송이 가능해진다.

Description

계층화된 데이터를 전송하는 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법{DATA TRANSMISSION DEVICE TRANSMITTIND LAYERED DATA AND DATA TRANSMISSION METHOD}
본 발명은 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게, 본 발명은 계층화된 데이터를 네트워크를 통해 전송하는 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
기존의 아날로그 TV에 비해 디지털 TV는 뛰어난 화질과 음질, 데이터 통신, 대화형 방송, 채널의 다양성, 및 통신과의 융합 등 많은 이점을 가진다. 디지털 TV의 보급에 있어서 동영상 미디어 압축 기술이 중요하다. 동영상 미디어 압축 기술은 디지털 신호 처리, 디지털 통신, 반도체, 컴퓨터 등의 기술 발전에 힘입어 발전을 거듭하고 있다.
전송 회선의 대역폭이 증가하고 저장 매체의 용량도 증가하였지만 동영상 미디어 압축기술의 필요성은 나날이 증가하고 있다. 사용자는 보다 좋은 화질과 높은 현실감, 그리고 더욱 넓은 화면을 요구하기 때문에 필요한 미디어의 정보량은 기하급수적으로 커지게 된다. 또한, 내용 면에서 최근 HSDPA 기반 영상 통화, UCC 등이 사용자를 콘텐츠의 생산 주체로 만들고 있으며, 이로 인해 더욱 많은 정보가 생산 되고 있다. 이러한 시대의 흐름은 압축 기술의 필요성을 더욱 강조하고 있다.
동영상 표준은 미디어의 압축 방식, 복원 방식, 및 저장 방식을 규정하므로 정보 전달과 공유를 원활하게 하고 여러 이해 관계에 따른 자원의 낭비를 막는다. 또한, 표준화 작업에 참여하여 제안한 기술들의 지적 재산권이 인정되므로 동영상 표준은 기업이나 국가의 산업 경쟁력과 직결된다.
1990년대에 멀티미디어 정보 통신 서비스의 선구적 역할을 한 H.261을 시작으로, 저장 미디어용 국제 표준인 MPEG-1, 고화질성과 높은 압축 효율을 실현하여 새로운 디지털 방송 시대를 개척한 MPEG-2, H.263의 내용을 포함하여 고능률 부호화와 에러 내성 능력을 실현하고 다양한 멀티미디어에 대응하는 MPEG-4, 압축 효율을 극대화하여 차세대 영상 압축 기술로 떠오른 H.264/AVC(Advanced Video Coding) 등이 있다. 그리고 현재 MPEG에서 표준화 작업이 진행 중인 다양한 전송 환경에서 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해 영상 부호화에 확장성을 제공하기 위한 표준인 SVC(Scalable Video Coding)가 있다.
본 발명의 목적은 SVC 데이터를 서로 다른 우선 순위를 가진 그룹들로 구분하여 네트워크를 통해 전송함으로써 네트워크 대역폭을 절약할 수 있는 데이터 전송 장치 및 데이터 전송 방법를 제공하는 것이다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 데이터를 계층화하는 계층화 장치; 계층화된 데이터들을 복수의 데이터 그룹들로 구분하는 그룹화 장치; 및 상기 각각의 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 우선 순위 설정 장치를 포함하고, 상기 데이터 그룹은 상기 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송된다.
실시 예로서, 상기 계층화 장치는 시간, 공간, 및 품질 중 하나 이상을 고려하여 상기 데이터를 계층화할 수 있다. 상기 계층화 장치는 시간적 측면에서 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수를 기준으로 데이터를 계층화할 수 있다. 상기 계층화 장치는 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수가 많은 데이터를 상위 계층으로 계층화할 수 있다. 상기 계층화 장치는 공간적 측면에서 영상의 크기를 기준으로 데이터를 계층화할 수 있다. 상기 계층화 장치는 영상의 크기가 큰 데이터를 상위 계층으로 계층화할 수 있다. 상기 계층화 장치는 품질적 측면에서 영상의 신호대잡음비를 기준으로 데이터를 계층화할 수 있다. 상기 계층화 장치는 영상의 신호대잡음비가 큰 데이터를 상위 계층으로 계층화할 수 있다.
다른 실시 예로서, 상기 우선 순위 설정 장치는 상기 데이터 그룹에 포함된 데이터의 계층화 정도에 따라 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 설정할 수 있다. 상기 우선 순위 설정 장치는 상위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 낮은 우선 순위를 설정하고, 하위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 높은 우선 순위를 설정할 수 있다.
다른 실시 예로서, 상기 네트워크를 통해 전송되는 상기 데이터 그룹을 수신하는 데이터 분배 장치를 더 포함하고, 상기 데이터 분배 장치는 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 참조하여 상기 데이터 그룹을 클라이언트에 분배한다. 상기 데이터 분배 장치는 높은 우선 순위를 갖는 데이터 그룹을 우선적으로 클라이언트에 분배한다. 상기 데이터 분배 장치는 상기 클라이언트의 종류에 따라 전송될 데이터 그룹을 결정한다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 SVC 데이터를 생성하고, 생성된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만드는 NAL 생성 장치; 상기 NAL 유닛들을 복수의 데이터 그룹들로 구분하는 NAL 그룹화 장치; 상기 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 우선 순위 설정 장치; 및 상기 데이터 그룹을 패킷으로 만드는 패킷화 장치를 포함하고, 상기 데이터 그룹은 상기 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송된다.
실시 예로서, 상기 NAL 생성 장치는 시간, 공간, 및 품질의 일부 또는 모든 측면을 고려하여 상기 SVC 데이터를 생성할 수 있다. 상기 NAL 생성 장치는 시간적 측면에서 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수를 고려하여 상기 SVC 데이터를 생성할 수 있다. 상기 NAL 생성 장치는 공간적 측면에서 영상의 크기를 기준으로 상기 SVC 데이터를 생성할 수 있다. 상기 NAL 생성 장치는 품질적 측면에서 영 상의 신호대잡음비를 기준으로 상기 SVC 데이터를 생성할 수 있다.
다른 실시 예로서, 상기 우선 순위 설정 장치는 상기 데이터 그룹에 포함된 상기 SVC 데이터의 계층화 정도에 따라 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 설정할 수 있다. 상기 우선 순위 설정 장치는 상위 계층 SVC 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 낮은 우선 순위를 설정하고, 하위 계층 SVC 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 높은 우선 순위를 설정할 수 있다.
다른 실시 예로서, 상기 네트워크를 통해 전송되는 상기 데이터 그룹을 수신하는 데이터 분배 장치를 더 포함하고, 상기 데이터 분배 장치는 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 참조하여 상기 데이터 그룹을 클라이언트에 분배한다. 상기 데이터 분배 장치는 높은 우선 순위를 갖는 데이터 그룹을 우선적으로 클라이언트에 분배한다. 상기 데이터 분배 장치는 상기 클라이언트의 종류에 따라 전송될 데이터 그룹을 결정한다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 방법은 데이터를 계층화하는 단계; 계층화된 데이터들을 복수의 데이터 그룹들로 그루핑(grouping)하는 단계; 상기 각각의 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 단계; 및 네트워크를 통해 상기 우선 순위에 따라 상기 데이터 그룹을 전송하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 데이터는 시간, 공간, 및 품질 중 하나 이상을 고려하여 계층화될 수 있다. 상기 데이터는 시간적 측면에서 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수를 기준으로 계층화될 수 있다. 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수가 많은 데이터가 상위 계층으로 계층화될 수 있다. 상기 데이터는 공간적 측 면에서 영상의 크기를 기준으로 계층화될 수 있다. 영상의 크기가 큰 데이터가 상위 계층으로 계층화될 수 있다. 상기 데이터는 품질적 측면에서 영상의 신호대잡음비를 기준으로 계층화될 수 있다. 영상의 신호대잡음비가 큰 데이터가 상위 계층으로 계층화될 수 있다.
다른 실시 예로서, 상기 데이터 그룹에 포함된 데이터의 계층화 정도에 따라 상기 데이터 그룹의 우선 순위가 결정될 수 있다. 상위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 낮은 우선 순위가 설정되고, 하위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 높은 우선 순위가 설정될 수 있다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 SVC 데이터를 그룹화하고 그룹화된 SVC 데이터를 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송한다. 본 발명에 따르면, 데이터 전송을 위해 요구되는 네트워크의 대역폭이 줄어들고, 네트워크의 상태에 따라 유연한 데이터 전송이 가능해진다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 아래에서, 데이터 전송 장치가 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 한 예로서 사용된다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 용도에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
차세대 부호화 기술인 H.264/AVC와 함께 다양한 동영상 애플리케이션이 제안되고 있다. 일반적으로 전송 환경은 특정한 동영상 신호와 애플리케이션만을 위해서 규정되어 있다. 특히, 실시간 스트리밍 서비스를 위한 전송 및 저장 시스템은 RTP/IP(Real time Transport Protocol/Internet Protocol)에 기반하고 있다. 대부분의 RTP/IP 접속 네트워크는 다양한 사용자의 접속 환경 및 디바이스에 연결되어 있다.
그런데, 현재까지의 동영상 압축 기술은 주로 고정된 영상 크기, 고정된 프레임율, 그리고 고정된 비트율로 전송하는 단일 계층 영상 부호화(Single Layer Video Coding) 방식이다. 이에 따라, 실시간 네트워크의 환경과 응용에 적극적으로 대응할 수 있는 동영상 부호화 기술이 필요하게 되었다. MPEG와 ITU VCEG(Video Coding Experts Group)이 H.264/AVC의 확장인 SVC(Scalable Video Coding)의 표준화를 진행하고 있다.
SVC는 네트워크의 다양한 대역폭과 사용자의 다양한 요구를 적응적으로 만족시킬 수 있는 동영상 부호화 기술이다. SVC는 H.264/AVC를 기반으로 시간적, 공간적, 품질적 확장 기술을 이용한다. 확장 기술에 의해 화면 크기, 프레임률, 및 비트율이 조절될 수 있다. H.264/AVC 기술을 기반으로 하였기 때문에 기본 계층(최하 위 계층)은 H.264/AVC와 호환된다. SVC는 2차원 공간적 다운 샘플링(2D Spatial Decimation)을 통한 여러 개의 동영상 계층을 하나의 비트 열로 부호화한다. 각 동영상 계층은 그에 따른 프레임률, 영상 크기 및 화질을 가진다.
SVC의 특징은 다음과 같다. 첫째로, SVC는 시간적 확장성을 구현하기 위해서 계층적 B 픽쳐(hierarchical B picture) 기법을 이용한다. 이는 매 프레임마다 구별된 시간적 레벨을 지정함으로써 다양한 프레임률을 제공한다. 둘째로, 공간적인 확장성을 구현하기 위해서 서로 다른 해상도를 가지는 영상들을 계층적으로 구성한다. 우선 하위 계층의 크기가 작은 영상을 부호화한 후, 상위 계층은 부호화된 하위 계층의 정보를 이용함으로써 압축률을 높인다. 마지막으로 화질(quality 혹은 SNR) 확장은 CGS(Coarse Grain Scalability) 또는 FGS(Fine Grain Scalability)에 의해 구현된다. CGS는 양자화 값을 다르게 할당하여 상위 계층일수록 높은 화질을 제공한다. FGS는 비트-플레인(bit-plane) 부호화 기법과 유사한 사이클릭(cyclic) 부호화 기법과 2-scan 기법으로 만들어지며, CGS보다 세밀한 비트 양 및 화질 차이를 제공할 수 있다. 화질 확장에 의해 하나의 비트스트림으로부터 동일한 공간 및 시간 차원을 갖지만 각각 다른 화질을 갖는 비트스트림들이 생성될 수 있다. 기본 계층은 기본적인 화질을 제공하고 연속된 상위 계층은 이전 계층들로 만들어진 비디오보다 높은 화질을 갖는다.
도 1은 SVC가 지원하는 시간, 공간, 화질 측면의 복합적인 확장성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1을 참조하면, x축은 시간(Temporal) 측면의 확장성을 의미한다. x축 방향으로 진행할수록 단위 시간 동안 재생되는 프레임의 수가 증가한 다. y축은 공간(Spatial) 측면의 확장성을 의미한다. y축 방향으로 진행할수록 영상의 크기가 커진다. 예를 들어, (0,0,0) 좌표에 대응하는 영상보다 (0,1,0) 좌표에 대응하는 영상의 크기가 더 크다. z축은 화질(Quality) 측면의 확장성을 의미한다. z축 방향으로 진행할수록 영상의 품질이 좋아진다. 예를 들어, (0,0,0) 좌표에 대응하는 영상보다 (0,0,1) 좌표에 대응하는 영상이 향상된 품질을 갖는다. 즉, x, y, z축의 프레임이 추가될수록 각 축에 해당하는 확장성이 증가한다. 그런데, 영상을 재생하기 위해서는 (0,0,0) 좌표에 대응하는 영상이 필수적으로 요구된다. 따라서, (0,0,0) 좌표에 대응하는 영상은 기본 계층(base layer)이라 불린다.
한정된 대역폭을 가진 네트워크를 여러 개의 단말이 공유하여 사용하는 경우, 트래픽 증가로 인한 혼잡(congestion)이 발생할 수 있다. 혼잡에 의해 전송 지연이나 전송 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 영상을 부호화하는데 있어서 불규칙적으로 급격하게 변화하는 영상 데이터의 양을 효과적으로 조절하는 방법이 요구된다.
화상 통신과 같이 실시간으로 비디오를 부호화하여 전송하는 비디오 시스템의 경우에는 통신망의 상황을 시스템이 지속적으로 관찰하여 변화하는 상황에 따라 대응할 수 있다. 구체적으로, 비디오 시스템은 비디오 부호화기(encoder)를 제어함으로써 비디오 데이터의 양을 제어할 수 있다. 그러나, 이미 부호화된 비디오 데이터를 전송하는 비디오 시스템의 경우에는 부호화기를 상황에 따라 적응적으로 제어할 수가 없다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 기술이 요구된다.
도 2는 본 발명의 따른 데이터 전송 장치가 SVC 데이터를 그룹화하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 2를 참조하면, 영상 데이터는 시간적, 공간적, 품질적 측면에서 복수의 SVC 데이터들로 구분된다. 예를 들어, (0,0,0) 좌표에 대응하는 데이터는 (1,0,0) 좌표에 대응하는 데이터에 비해 시간적 측면에서 낮은 성능을 가지고, (0,1,0) 좌표에 대응하는 데이터에 비해 공간적 측면에서 낮은 성능을 가지고, (0,0,1) 좌표에 대응하는 데이터에 비해 품질적 측면에서 낮은 성능을 가진다.
본 실시 예에 있어서, SVC 데이터들은 8개의 그룹으로 구분된다. 1 그룹은 (0,0,0), (1,0,0), (1,1,0), (0,1,0) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 2 그룹은 (0,0,1), (1,0,1), (1,1,1), (0,1,1) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 2 그룹은 1 그룹에 비해 높은 품질을 갖는다. 3 그룹은 (2,0,0), (2,1,0), (0,2,0), (1,2,0), (2,2,0) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 4 그룹은 (2,0,1), (2,1,1), (0,2,1), (1,2,1), (2,2,1) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 4 그룹은 3 그룹에 비해 높은 품질을 갖는다. 5 그룹은 (2,0,2), (2,1,2), (0,2,2), (1,2,2), (2,2,2) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 5 그룹은 4 그룹에 비해 높은 품질을 갖는다. 6 그룹은 (3,0,0), (3,1,0), (3,2,0), (2,3,0), (1,3,0), (0,3,0) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 7 그룹은 (3,0,1), (3,1,1), (3,2,1), (3,3,1), (2,3,1), (1,3,1), (0,3,1) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 7 그룹은 6 그룹에 비해 높은 품질을 갖는다. 마지막으로, 8 그룹은 (3,0,2), (3,1,2), (3,2,2), (3,3,2), (2,3,2), (1,3,2), (0,3,2) 좌표에 각각 대응하는 SVC 데이터들을 포함한다. 8 그 룹은 7 그룹에 비해 높은 품질을 갖는다.
단, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 네트워크의 상태를 고려하여 SVC 데이터를 여러 가지 방법으로 그룹화할 수 있다. 그룹의 수는 8개 이상이 될 수 있으며, 하나의 그룹에 포함되는 SVC 데이터의 개수도 변경될 수 있음이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치는 단말기의 종류와 네트워크의 상태를 고려하여 SVC 데이터들을 그룹화하고 각 그룹의 우선 순위에 따라 전송한다. 만약, SVC 데이터를 수신하는 단말기가 지상파 DMB인 경우, 1 그룹 및 2 그룹의 SVC 데이터만이 네트워크를 통해 전송된다. 지상파 DMB에서 재생되는 영상은 크기가 작고 고품질을 요하지 않기 때문에 많은 수의 SVC 데이터 그룹들의 전송이 요구되지 않는다. 1 그룹은 가장 높은 우선 순위를 갖는다. 1 그룹이 없으면 영상이 만들어 지지 않기 때문이다. 2 그룹은 1 그룹보다 낮은 우선 순위를 가진다. 2 그룹은 네트워크 장애 등에 의해 패킷이 소실되는 경우에도 영상을 보는 데는 크게 지장이 없기 때문이다.
마찬가지로, SD급의 영상을 전송하기 위해서 1 그룹, 3 그룹, 2 그룹, 및 4 그룹의 SVC 데이터들이 전송된다. 또한, SD급 고화질의 영상을 전송하기 위해서 1 그룹, 3 그룹, 2 그룹, 4 그룹, 및 5 그룹의 SVC 데이터들이 전송된다. 마지막으로, HD급의 영상을 전송하기 위해서 1 그룹, 3 그룹, 6 그룹, 2 그룹, 4 그룹, 7 그룹, 5 그룹, 및 8 그룹의 SVC 데이터들이 전송된다.
상술한 방법을 통해 서버에서 네트워크로 데이터가 전송될 때 요구되는 네트워크의 대역폭을 낮출 수 있다. 이는 네트워크의 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있음을 의미한다. 또한, 네트워크에서도 현재 네트워크 상태에 맞는 SVC 데이터 그룹을 선택적으로 전송하므로 빠르게 SVC 데이터를 단말까지 전송할 수 있다.
도 3은 본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치(110)는 SVC 인코더(111), NAL 생성 장치(112), NAL 그룹화 장치(113), NAL 우선 순위 설정 장치(114), RTP 패킷화 장치(115), 네트워크(116), 그리고, 액세스 라우터(117)를 포함한다. 본 실시 예에 있어서, SVC 인코더(111), NAL 생성 장치(112), NAL 그룹화 장치(113), NAL 우선 순위 설정 장치(114), 그리고 RTP 패킷화 장치(115)는 서버를 구성한다.
다양한 디지털 통신망의 보급과 멀티미디어 콘텐츠 서비스의 확산으로 서로 다른 특성을 갖는 네트워크 간의 데이터 교환이 빈번하게 발생한다. 따라서, 서로 다른 특성을 갖는 네트워크 환경에서 전송되어야 하는 데이터는 네트워크들의 서로 다른 특성을 만족해야 한다. 이러한 요구 사항을 만족시키기 위해 H.264에서는 NAL 유닛이라 불리는 데이터 형식을 정의하여 네트워크 특성과 관계없이 데이터를 생성, 전송할 수 있도록 하였다.
도 4는 H.264 표준 복호기의 구조를 나타내며 생성된 데이터가 서로 다른 네트워크 환경에서도 적응적으로 전송되는 것을 보여준다. NAL 유닛은 크게 세 종류의 데이터를 전달하는데 사용된다. 세 종류의 데이터에는 부호화된 데이터(Video Coding Layer data), 이를 복호하기 위해 필요한 복호기의 설정 및 제어 정보인 파 라미터 셋(parameter set), 그리고 복호된 데이터의 화면 표현과 관련된 시간 정보 및 부가 정보를 포함하는 SEI(Supplemental Enhancement Information)가 포함된다.
비디오 부호화 계층(Video Coding Layer)에서 부호화된 비디오 비트스트림 데이터는 네트워크 적응 계층에서 슬라이스 단위로 나누어져서 각각 NAL 유닛으로 저장된다. 나누어진 NAL 유닛들은 패킷 기반 망과 회선 기반 망을 통하여 수신 측으로 전송된다. 일반적으로 패킷 기반 망에서는 각각의 NAL 유닛들은 독립적인 RTP(Real-time Transport Protocol) 패킷에 담아서 부호화기에서 부호화된 순서대로 전송된다.
다시 도 3을 참조하면, SVC 인코더(111)는 네트워크(116)의 상태와 클라이언트(120, 130)의 종류에 따라 비디오 신호를 SVC 데이터로 인코딩한다. NAL 생성 장치(112)는 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만든다. 예를 들어, 네트워크의 상태가 불량한 경우, SVC 인코더(111)는 기본 계층 및 이에 근접한 SVC 데이터만을 추출하고, NAL 생성 장치(112)는 추출된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만들 것이다. 반면에, 네트워크의 상태가 양호한 경우, SVC 인코더(111)는 다수의 SVC 데이터들을 추출하고, NAL 생성 장치(112)는 추출된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만들 것이다.
또한, 제 1 클라이언트가 DMB 단말기인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, SVC 인코더(111)는 제 1 그룹 및 제 2 그룹에 해당하는 SVC 데이터만을 추출하고, NAL 생성 장치(112)는 추출된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만들 것이다. 제 2 클라이언트가 SD급 영상을 수신하는 단말기인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, SVC 인코더(111)는 제 1, 3, 2, 4 그룹에 해당하는 SVC 데이터를 추출하고, NAL 생성 장 치(112)는 추출된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만들 것이다.
NAL 그룹화 장치(113) 및 우선 순위 설정 장치(114)는 각각 NAL 유닛들을 그룹화하고, 각 그룹에 대한 우선 순위를 설정한다. RTP 패킷화 장치(115)는 NAL 그룹들을 RTP 패킷으로 만들고, RTP 패킷을 네트워크(116)를 통해 클라이언트로 전송한다.
액세스 라우터 또는 홈 게이트웨이(117)는 네트워크를 통해 전송된 RTP 패킷을 수신한다. 액세스 라우터 또는 홈 게이트웨이(117)는 우선 순위를 참조하여 RTP 패킷을 클라이언트로 전송한다. 예를 들어, 제 1 클라이언트(120)가 DMB 단말기인 경우, 액세스 라우터 또는 홈 게이트웨이(117)는 제 1, 2 그룹에 대응하는 RTP 패킷을 DMB 단말기에 전송할 것이다. 또한, 제 2 클라이언트(130)가 SD급 영상을 수신하는 단말기인 경우, 액세스 라우터 또는 홈 게이트웨이(117)는 제 1, 3, 2, 4 그룹에 대응하는 RTP 패킷을 단말기에 전송할 것이다.
상술한 바와 같이, 네트워크의 상태 또는 단말기의 종류에 따라 SVC 데이터를 추출하고 추출된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 생성함으로써 데이터 전송에 필요한 네트워크 대역폭이 줄어든다. 또한, 네트워크의 상태 또는 단말기의 종류를 검출하여 데이터를 전송함으로써 상황 변화에 유연하게 대처할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 서버의 구성을 자세히 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 서버는 SVC 인코더(210), NAL 유닛 생성 장치(220), NAL 그룹화 장치(230), NAL 우선 순위 설정 장치(240), NAL 버퍼(250), 순서 버퍼(260), 그리고 RTP 패킷화 장치(270)를 포함한다.
SVC 인코더(210)는 영상 데이터를 SVC 데이터로 인코딩한다. SVC 데이터는 NAL 생성 장치(220)에 전달된다. NAL 생성 장치(220)는 SVC 데이터로부터 NAL 유닛을 생성한다. NAL 유닛은 영상 데이터와 헤더(NAL header)로 구분된다. NAL 유닛의 영상 데이터는 NAL 버퍼(250)에 저장된다. NAL 유닛의 헤더(NAL header)는 NAL 그룹화 장치(230)에 전달된다.
NAL 그룹화 장치(230)는 NAL 유닛을 도 2에 도시된 바와 같이 그룹화 한다(503). 예를 들어, (0,0,0), (1,0,0), (1,1,0), 그리고 (0,1,0)에 각각 대응하는 NAL 유닛은 하나의 그룹에 포함된다. NAL 우선 순위 설정 장치(240)는 NAL 유닛 그룹에 우선 순위를 설정한다. 예를 들어, (0,0,0), (1,0,0), (1,1,0), 그리고 (0,1,0)에 각각 대응하는 NAL 유닛들을 포함하는 그룹은 제 1 그룹으로 설정될 것이다. 순서 버퍼(260)는 우선 순위에 따라 NAL 유닛 버퍼(250)에 있는 NAL 유닛을 정렬한다. 정렬된 NAL 유닛은 RTP 패킷화 장치(270)에 전달된다. RTP 패킷화 장치(270)는 NAL 유닛을 RTP로 패킷화 한다.
종래의 실시간 영상을 재생하는 단말기의 경우 영상 프레임의 일부를 버퍼에 저장하고, 버퍼가 다 찼을 경우 영상을 재생하는 방법을 사용함으로써 무리 없이 영상이 재생되도록 한다. 기존 방식에서는 버퍼가 다 찼을 경우에 영상을 플레이하기 때문에 버퍼 사이즈가 작을 경우 끊김 현상이 발생하기도 한다. 하지만 본 실시 예에 있어서, 높은 우선 순위를 가진 그룹이 먼저 네트워크를 통해 전송되기 때문에 끊김 없이 영상이 재생될 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 액세스 라우터의 구성을 자세히 보여주는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 액세스 라우터는 네트워크 프로세서(310), 추출 장치(320), 선택 장치(330), 패킷 버퍼(340), 그리고 출력 큐(350)를 포함한다.
네트워크 프로세서(310)는 네트워크로부터 SVC RTP 패킷을 수신한다. 네트워크 프로세서(310)는 SVC RTP 패킷의 데이터 부분을 패킷 버퍼(340)에 저장한다. 또한, 네트워크 프로세서(310)는 SVC RTP 패킷의 헤더 부분을 추출 장치(320)로 전송한다. 추출 장치(320)는 패킷 헤더로부터 (D,T,Q)ID를 추출한다. 추출 장치(320)는 (D,T,Q)ID를 선택 장치(330)로 보낸다. 선택 장치(330)는 단말의 종류와 네트워크의 상태를 참조하여 (D,T,Q)ID를 선택적으로 분배하거나 버릴지 여부를 출력 큐(350)에 저장한다. 출력 큐(350)는 선택 장치(330)로부터 입력된 전달/폐기 정보를 참조하여 패킷 버퍼(340)에 저장된 패킷을 클라이언트에 전달한다.
이하, 도 7 내지 9를 참조하여, 단말기나 단말기에 연결된 액세스 라우터에서 3차원 확장성을 최적으로 복구할 수 있는 전달 우선 순위를 설정하기 위한 실시 예들이 설명될 것이다.
도 7은 L2 헤더에 우선 순위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7(a)는 이더넷(Ethernet)에서 802.1q의 헤더 포맷 및 각 필드의 설명을 보여준다. TPID(Tag Protocol Identifier)는 IEEE 802.1q-tagged 프레임임을 확인하기 위해 0x8100의 값을 갖는 16-비트 크기의 필드이다. PCP(Priority Code Point)는 IEEE 802.1p 우선 순위에 대한 3-비트 크기의 필드이다. PCP는 0부터 7까지의 프레임 우선 순위 레벨을 지시한다. CFI(Canonical Format Indicator)는 1-비트 크기의 필드이다. 만약 CFI 필드의 값이 1이면, MAC 어드레스는 non-canonical 형식으로 인식 된다. 만약 CFI 필드의 값이 0이면, MAC 어드레스는 canonical 형식으로 인식된다. CFI는 이더넷(ethernet)과 토큰 링 네트워크(Token Ring networks) 사이의 호환성을 위해 사용된다. VID(VLAN Identifier)는 프레임이 속해있는 VLAN을 특정하기 위한 12-비트 크기의 필드이다. VLAN의 값이 0이면 이는 프레임이 VALN에 속하지 않음을 의미한다.
본 실시 예에 있어서, 3 비트 크기의 PCP 필드에 패킷의 우선 순위가 저장된다. 예를 들어, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 1 그룹이 포함된 패킷은 PCP=111, 2 그룹이 포함된 패킷은 PCP=100, 3 그룹이 포함된 패킷은 PCP=110, 4 그룹이 포함된 패킷은 PCP=011, 5 그룹이 포함된 패킷은 PCP=001, 6 그룹이 포함된 패킷은 PCP=101, 7 그룹이 포함된 패킷은 PCP=010, 8 그룹이 포함된 패킷은 PCP=000로 설정된다.
도 8은 IPv4 필드에 우선 순위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 8(a)를 참조하여 IPv6의 헤더 타입이 설명될 것이다. Version 필드는 4 비트 크기의 필드이다. IPv4에서 Version 필드는 4의 값을 갖는다. Header length 필드는 헤더 내의 32-비트 워드들의 수를 알려준다. ToS 필드는 IPV4 헤더 중 8~15번째 비트에 대응된다. 즉, Tos 필드는 8개의 비트들을 갖는다. 이 중 비트 0~2는 network control(111), internet control(110), ECP(101), flash override(100), flash(011), immediate(010), 우선 순위(001), routine(000)으로 이미 할당되어있다. 비트 3은 패킷의 delay, 비트 4는 throughput, 비트 5는 reliability를 나타내기 위해 이미 할당되어 있다. 본 실시 예에 있어서, 아직 정의되지 않은 비트 6~7 을 이용하여 그룹의 우선 순위가 설정된다. 단, 2개의 비트만을 사용할 수 있기 때문에 우선 순위도 최대 4개로 한정된다.
Total length 필드는 헤더와 데이터를 포함한 전체 데이터그램(datagram) 사이즈를 정의한다. Identifier 필드는 오리지널 IP 데이터그램의 단편(fragment)을 고유하게 식별하기 위해 사용된다. Flags 필드는 단편(fragment)들을 식별하거나 제어하기 위해 사용된다. Fragment offset 필드는 오리지널 비단편(unfragmented) IP 데이터그램의 시작과 관련된 특정 단편의 오프셋(offset)을 특정하기 위해 사용된다.
도 8(b)를 참조하면, 화질의 차이에 따라 우선 순위가 다르게 설정된다. 예를 들어 도 2에 도시된 HD급 영상을 전송하는 경우, HD의 해상도와 프레임률을 결정하는 1, 3, 6 그룹이 포함된 패킷의 ToS 값을 ‘11’로 하고 2, 4, 7 그룹이 포함된 패킷의 Tos 값을 ‘10’로 하고, 5, 8 그룹이 포함된 패킷의 ToS 값을 ‘01’로 한다. 따라서, 우선 순위가 낮은 패킷(ToS값이 ‘10’이나 ‘01’인 패킷)을 잃어버리더라도 HD 영상이 재생될 수 있다.
도 9는 IPv6 필드에 우선 순위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 9(a)를 참조하여 IPv6의 헤더 타입이 설명될 것이다. 비트 4~11에 대응하는 Traffic Class 필드는 IPv4의 ToS와 같은 역할을 수행하는 필드이다. Traffic class는 8개의 비트를 포함한다. Traffic class의 값이 0 내지 7인 경우, 이는 가변 bit rate 특성을 가지는 패킷을 전송함을 의미한다. 또한, Traffic class 값이 8 내지 15인 경우, 이는 고정된 bit rate 특성을 가지는 패킷을 전송함을 의미한 다. Flow label은 호스트에 의해 특별히 취급될 패킷을 지정하기 위해 사용된다. Payload length는 모든 확장 헤더의 길이와 트랜스포트 프로토콜(transport protocol)의 UDP 길이를 더한 길이를 갖는다. Next header는 IPv6 헤더 다음에 오는 확장 헤더를 지정한다. Hop limit은 패킷에 대해 허용되는 hop의 수를 나타낸다.
도 9(b)를 참조하면, 화질의 차이에 따라 우선 순위가 다르게 설정된다. 높은 Traffic Class의 값은 높은 우선 순위를 의미한다. 예를 들어 도 2에서 설명된 HD급 영상을 전송하는 경우, 1 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=15, 2 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=12, 3 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=14, 4 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=11, 5 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=9, 6 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=13, 7 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=10, 8 그룹이 포함된 패킷은 Traffic class value=8 로 설정된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 사이즈가 큰 SVC 압축 영상 데이터를 네트워크상에서 전송할 때 넓은 대역폭을 필요로 하는 문제점을 보완하고자 한다. 대역폭 제한으로 인해 네트워크상에서 전송되는 패킷 또는 프레임이 손실될 수 있다. 특히, SVC 영상을 이더넷, IP 네트워크 같은 전달 네트워크를 통해 전달할 때 데이터가 손실될 염려가 있다.
본 발명에 있어서, 네트워크를 통해 SVC의 속성을 유지하면서 전달하기 위하여 3차원 확장성을 단말기 또는 단말기에 가까운 액세스 라우터에서 복구할 수 있 는 전달 우선 순위를 설정한다. 우선 순위를 설정함으로써 SVC의 3차원 확장성을 유지하면서 데이터를 단말기까지 효율적으로 전달하는 것이 가능해진다. 이로 인해 네트워크 사용 효율을 높이는 것이 가능해진다.
본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.
도 1은 SVC가 지원하는 시간, 공간, 화질 측면의 복합적인 확장성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 따른 데이터 전송 장치가 SVC 데이터를 그룹화하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 실시 예에 따른 데이터 전송 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4는 H.264 표준 복호기의 구조를 나타내며 생성된 데이터가 서로 다른 네트워크 환경에서도 적응적으로 전송되는 것을 보여준다.
도 5는 도 3에 도시된 서버의 구성을 자세히 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 3에 도시된 액세스 라우터의 구성을 자세히 보여주는 블록도이다.
도 7은 L2 헤더에 우선 순위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 IPv4 필드에 우선 순위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 IPv6 필드에 우선 순위를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (33)

  1. 데이터를 계층화하는 계층화 장치;
    계층화된 데이터들을 복수의 데이터 그룹들로 구분하는 그룹화 장치; 및
    상기 각각의 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 우선 순위 설정 장치를 포함하고,
    상기 데이터 그룹은 상기 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송되는 데이터 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 시간, 공간, 및 품질 중 하나 이상을 고려하여 상기 데이터를 계층화하는 데이터 전송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 시간적 측면에서 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수를 기준으로 데이터를 계층화하는 데이터 전송 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수가 많은 데이터를 상위 계층으로 계층화하는 데이터 전송 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 공간적 측면에서 영상의 크기를 기준으로 데이터를 계층화하는 데이터 전송 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 영상의 크기가 큰 데이터를 상위 계층으로 계층화하는 데이터 전송 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 품질적 측면에서 영상의 신호대잡음비를 기준으로 데이터를 계층화하는 데이터 전송 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 계층화 장치는 영상의 신호대잡음비가 큰 데이터를 상위 계층으로 계층화하는 데이터 전송 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 우선 순위 설정 장치는
    상기 데이터 그룹에 포함된 데이터의 계층화 정도에 따라 상기 데이터 그룹 의 우선 순위를 설정하는 데이터 전송 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 우선 순위 설정 장치는
    상위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 낮은 우선 순위를 설정하고, 하위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 높은 우선 순위를 설정하는 데이터 전송 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크를 통해 전송되는 상기 데이터 그룹을 수신하는 데이터 분배 장치를 더 포함하고,
    상기 데이터 분배 장치는 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 참조하여 상기 데이터 그룹을 클라이언트에 분배하는 데이터 전송 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 분배 장치는 높은 우선 순위를 갖는 데이터 그룹을 우선적으로 클라이언트에 분배하는 데이터 전송 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 분배 장치는 상기 클라이언트의 종류에 따라 전송될 데이터 그 룹을 결정하는 데이터 전송 장치.
  14. SVC 데이터를 생성하고, 생성된 SVC 데이터를 NAL 유닛으로 만드는 NAL 생성 장치;
    상기 NAL 유닛들을 복수의 데이터 그룹들로 구분하는 NAL 그룹화 장치;
    상기 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 우선 순위 설정 장치; 및
    상기 데이터 그룹을 패킷으로 만드는 패킷화 장치를 포함하고,
    상기 데이터 그룹은 상기 우선 순위에 따라 네트워크를 통해 전송되는 데이터 전송 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 NAL 생성 장치는 시간, 공간, 및 품질의 일부 또는 모든 측면을 고려하여 상기 SVC 데이터를 생성하는 데이터 전송 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 NAL 생성 장치는 시간적 측면에서 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수를 고려하여 상기 SVC 데이터를 생성하는 데이터 전송 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 NAL 생성 장치는 공간적 측면에서 영상의 크기를 기준으로 상기 SVC 데 이터를 생성하는 데이터 전송 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 NAL 생성 장치는 품질적 측면에서 영상의 신호대잡음비를 기준으로 상기 SVC 데이터를 생성하는 데이터 전송 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 우선 순위 설정 장치는
    상기 데이터 그룹에 포함된 상기 SVC 데이터의 계층화 정도에 따라 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 설정하는 데이터 전송 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 우선 순위 설정 장치는
    상위 계층 SVC 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 낮은 우선 순위를 설정하고, 하위 계층 SVC 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 높은 우선 순위를 설정하는 데이터 전송 장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 네트워크를 통해 전송되는 상기 데이터 그룹을 수신하는 데이터 분배 장치를 더 포함하고,
    상기 데이터 분배 장치는 상기 데이터 그룹의 우선 순위를 참조하여 상기 데이터 그룹을 클라이언트에 분배하는 데이터 전송 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 데이터 분배 장치는 높은 우선 순위를 갖는 데이터 그룹을 우선적으로 클라이언트에 분배하는 데이터 전송 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 데이터 분배 장치는 상기 클라이언트의 종류에 따라 전송될 데이터 그룹을 결정하는 데이터 전송 장치.
  24. 데이터를 계층화하는 단계;
    계층화된 데이터들을 복수의 데이터 그룹들로 그루핑(grouping)하는 단계;
    상기 각각의 데이터 그룹에 우선 순위를 설정하는 단계; 및
    네트워크를 통해 상기 우선 순위에 따라 상기 데이터 그룹을 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 데이터는 시간, 공간, 및 품질 중 하나 이상을 고려하여 계층화되는 데이터 전송 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 데이터는 시간적 측면에서 일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수를 기준으로 계층화되는 데이터 전송 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    일정 시간 동안 재생되는 영상의 프레임 수가 많은 데이터가 상위 계층으로 계층화되는 데이터 전송 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 데이터는 공간적 측면에서 영상의 크기를 기준으로 계층화되는 데이터 전송 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    영상의 크기가 큰 데이터가 상위 계층으로 계층화되는 데이터 전송 방법.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 데이터는 품질적 측면에서 영상의 신호대잡음비를 기준으로 계층화되는 데이터 전송 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    영상의 신호대잡음비가 큰 데이터가 상위 계층으로 계층화되는 데이터 전송 방법.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 데이터 그룹에 포함된 데이터의 계층화 정도에 따라 상기 데이터 그룹의 우선 순위가 결정되는 데이터 전송 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 낮은 우선 순위가 설정되고, 하위 계층 데이터를 포함하고 있는 상기 데이터 그룹에 높은 우선 순위가 설정되는 데이터 전송 방법.
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