KR20230093737A - 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법 및 장치 - Google Patents

적응적 비디오 스트리밍 처리 방법 및 장치 Download PDF

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류관웅
이제원
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현은희
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 개시는 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 적응적 스트리밍 기법에서 리버퍼링 현상을 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 개시에 의한 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법은, 세그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 추정된 결과를 이용하여 세그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계, 상기 세그먼트를 복수개로 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 리버퍼링을 예측하는 단계 및 상기 리버퍼링이 예측되는 경우, 상기 프래그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

적응적 비디오 스트리밍 처리 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING ADAPTIVE VIDEO STREAMING}
본 개시는 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 적응적 스트리밍 기법에서 리버퍼링(rebuffering) 현상을 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 태블릿 PC, 스마트폰, IPTV와 같은 모바일기기의 보편화와 디스플레이 기술의 발달로 인해 멀티미디어를 효과적으로 전송하기 위한 HTTP 적응 스트리밍 기법이 제안되고 있다.
관련하여, 도 1은 일반적인 HTTP 적응 스트리밍 시스템에서의 동작 원리를 도시한 것이다. 도 1의 서버(sever, 110)는 비디오를 짧은 길이(예를 들어, 몇 초)의 세그먼트로 나누고 각 세그먼트는 다양한 속도로 (예를 들어, 저화질에서 고화질까지) 코딩 되어 서버(110)에 여러 개의 파일로 나누어 저장된다(123). 도 1의 클라이언트(client, 120)는 네트워크(130, 예를 들어 '인터넷') 상태를 모니터링 하고(122), 사용 가능한 네트워크 용량을 추정하여 스트리밍할 비디오 속도를 결정하게 된다(121). 상기 종래 프로세스를 적응형 비트 전송률 선택 또는 ABR(adaptive bitrate streaming) 이라고 한다. 관련하여, 여기서 상기 클라이언트(120)는, 스마트 폰, 가정용 TV, 게임 콘솔, 웹 브라우저, DVD 플레이어 등이 될 수 있다.
종래 비디오 스트리밍 서비스에 사용되는 ABR 알고리즘은 두 가지 중요한 목표를 균형 있게 조정하는 것이 필요하다. 첫번째 목표는 네트워크가 지원할 수 있는 가장 높은 비디오 속도를 선택함으로써 비디오 화질을 극대화하는 것이다. 두번째 목표는 클라이언트의 리버퍼링을 최소화하는 것이다. 여기서, 리버퍼링 이란, 예를 들어, 클라이언트의 재생 버퍼가 비어 있어 영상 재생에 끊김이 발생하는 경우로서, 다른 의미로는 비디오를 중지시키는 거부 이벤트가 될 수 있다. 따라서, 리버퍼링이 발생하는 경우 사용자의 시청 체감 품질이 매우 낮아지게 되는 원인이 된다.
그러나 종래 일반적인 HTTP 적응 스트리밍 스트리밍 서비스에서 상기 두 가지 목표는 서로 트레이드 오프(trade off) 관계에 있다. 예를 들어, 비디오 화질을 최대화하기 위해 서비스는 항상 최대 비디오 전송율(Rmax)로 스트리밍할 수 있지만 이는 상기 리버퍼링이 발생할 확률을 상당히 높이게 된다. 반면, 리버퍼링을 최소화하기 위해 최소 비디오 전송율 Rmin으로 항상 스트리밍할 수도 있지만, 이 경우 비디오 화질이 저하될 수 있다.
따라서, ABR 알고리즘의 설계 목표는 사용자에게 좋은 시청 경험을 제공하기 위해 상기 두 메트릭에서 동시에 높은 성능을 얻는 것이다. 예를 들어, 종래 일 방법은 과거 네트워크 대역폭 관측에서 미래 네트워크 대역폭의 용량을 추정하여 비디오 전송율을 선택하는 것이다. 하지만 이러한 방법은 네트워크 대역폭이 일정한 환경에서는 과거 관측치를 통해 미래의 대역폭 용량 예측이 가능하지만, 네트워크 대역폭이 급격히 변하는 환경에서는 과거의 네트워크 관측 결과가 여전히 가치 있는 대략적인 수치를 제공하지만 미래의 대역폭 용량을 정확하게 추정하기는 어렵게 되는 문제가 있다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위해, 네트워크 대역폭이 급격히 변하는 환경에서도 리버퍼링 영향을 줄이기 위한 적응적 미디어 처리 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위해, 네트워크 대역폭이 급격히 변하는 환경에서도 적용가능한 가용 대역폭 추정 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 개시는 사용자의 체감 시청 품질 만족도를 최대화하는 적응적 미디어 처리 방법 및 장치를 포함하는 비디오 스트리밍 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법은, 세그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 세그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계, 상기 세그먼트를 복수개로 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 추정된 결과를 이용하여 리버퍼링을 예측하는 단계, 및 상기 리버퍼링이 예측되는 경우, 상기 프래그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계를 포함한다. 여기서, 리버퍼링이 예측되지 않는 경우, 세그먼트 단위 비트레이트로 계속 결정한다.
또한, 상기 리버퍼링을 예측하는 단계는, 상기 프래그먼트 구간별 측정되는 대역폭으로 해당 세그먼트가 전송되는데 소요되는 시간을 계산하고, 상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨을 초과하는 경우, 리버퍼링으로 예측한다. 이때, 상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨 이하인 경우, 리버퍼링으로 예측하지 않게 된다.
여기서, 상기 가용 버퍼 레벨은, 현재 버퍼 레벨 (Bcurr)에서 최소 버퍼 레벨 (Bmin) 만큼 차감하여 구해진다. 또한, 상기 최소 버퍼 레벨 (Bmin)은 버퍼 고갈에 대비한 최소 레벨로 설정된다.
또한, 상기 리버퍼링을 예측하는 단계는, 상기 세그먼트내 가용 대역폭 변화를 프래그먼트 구간별로 산정하여 리버퍼링 여부를 예측한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치는, 서버로부터 수신된 비디오 스트리밍 세그먼트를 저장하는 버퍼, 세그먼트 기반 가용 대역폭 및 상기 세그먼트를 복수개로 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 각각 추정하는 대역폭 추정부, 상기 대역폭 추정부에 의해 추정된 결과를 이용하여, 상기 버퍼의 리버퍼링 여부를 예측하는 리버퍼링 예측부, 및 상기 리버퍼링 예측 결과에 기초하여, 서버로부터 수신 받을 세그먼트의 비트레이트를 결정하는 비트레이트 제어부를 포함한다.
또한, 상기 결정된 품질 레벨을 서버에 전달하는 HTTP 모듈을 더 포함한다.
여기서, 상기 리버퍼링이 예측되는 경우, 상기 비트레이트 제어부는 상기 프래그먼트 단위 비트레이트를 결정한다. 만약 상기 리버퍼링이 예측되지 않는 경우, 상기 비트레이트 제어부는 상기 세그먼트 단위 비트레이트를 결정한다.
또한, 상기 리버퍼링 예측부는, 상기 프래그먼트 구간별 측정되는 가용 대역폭으로 해당 세그먼트가 전송되는데 소요되는 시간을 계산하고, 상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨을 초과하는 경우, 리버퍼링으로 예측한다. 이때, 상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨 이하인 경우, 리버퍼링으로 예측하지 않게 된다.
또한, 상기 가용 버퍼 레벨은, 현재 버퍼 레벨 (Bcurr)에서 최소 버퍼 레벨 (Bmin) 만큼 차감하여 구해진다. 또한 상기 최소 버퍼 레벨 (Bmin)은 버퍼 고갈에 대비한 최소 레벨로 설정된다.
또한, 상기 리버퍼링 예측부는, 상기 세그먼트내 가용 대역폭 변화를 프래그먼트 구간별로 산정하여 리버퍼링 여부를 예측한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법은, 이전 세그먼트(k)로부터 추정된 가용 대역폭(
Figure pat00001
)에 기반하여 제1 품질레벨(L k )을 결정하는, 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 단계, 상기 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 단계를 통해 결정된 품질레벨(L k )로 현재 세그먼트(k+1)를 서버로부터 수신하는 단계, 상기 현재 세그먼트(k+1)를 복수의 프래그먼트로 분할하고, 분할된 프래그먼트 단위로 가용 대역폭(
Figure pat00002
)을 추정하여 제2 품질레벨(
Figure pat00003
)을 결정하는, 프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 단계, 및 리버퍼링 예측 판단 결과에 따라, 상기 제1 품질레벨(L k ) 또는 상기 제2 품질레벨(
Figure pat00004
) 증 어느 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
이때, 만약 리버퍼링으로 예측되는 경우, 상기 제2 품질레벨(
Figure pat00005
) 로 결정한다. 반면, 리버퍼링으로 예측되지 않는 경우, 상기 제1 품질레벨(L k ) 로 결정하게 된다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 네트워크 대역폭이 급격히 변하는 환경에서도 리버퍼링 영향을 줄일 수 있게 된다. 즉, HTTP 적응 스트리밍에서 리버퍼링을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 HTTP 적응 스트리밍 시스템에서의 동작 원리를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 3은 본 개시의 일 실시예에 적용되는 버퍼 기반 알고리즘을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 개시의 일실시예에 따른, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5는 본 개시의 일시예에 의한, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치를 도시한 것이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 의한, 전술한 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법을 단계별로 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른 비디오 스트리밍 처리 장치를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계 뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 개시에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시예에서의 제1 구성요소는 다른 실시예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시예에서의 제2 구성요소를 다른 실시예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다.
본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함으로, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시에 있어서, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들을 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 제시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
이하 본 개시의 일 실시예에 대해 도 2 내지 도 7를 참고하여 상세히 설명한다.
우선, 도 2 내지 도 3은 본 개시의 일 실시예에 적용되는 버퍼 기반 알고리즘을 설명하기 위해 도시한 것이다. 관련하여, 상기 버퍼 기반 알고리즘은, ABR 알고리즘이 현재 버퍼 점유율 B(t)에 따라 비디오 전송율을 선택하는 알고리즘이라고 정의할 수 있다.
예를 들어, 버퍼(buffer)축의 [0, Bmax]와 비디오 전송율(Video rate)축의 [Rmin, Rmax] 사이 영역이 실현 가능한 영역을 정의한다. 즉 서버는 현재 버퍼 점유율이 B1이면 Rmin, B2이면 R2,??,Bm이면 Rmax를 선택하여 전송할 수 있다. 즉, 상기 버퍼 기반 알고리즘은 현재 차지하고 있는 버퍼의 버퍼 레벨에 기반하여 비디오 전송율을 결정하는 방식이 될 수 있다.
또한, 도 3은 버퍼 기반 HTTP 적응 스트리밍 방식에서, 급격한 네트워크 대역폭 변화로 인한 리버퍼링 현상을 보여준다. 우선, 도 3(a)의 비트 전송률 및 도 3(b)의 버퍼 레벨과 관련된 피드백 루프를 확인할 수 있다. 버퍼 기반 HTTP 적응 스트리밍 방식은 도 2의 버퍼-전송율 맴(map)을 사용하여 버퍼 레벨에 기반하여 비트 전송률을 직접 선택한다. 즉, 도 3은 B1, B2, B3, B4, B5에 맵핑되는 전송율 Rmin, R2, R3, R4, R5가 각각 예를 들어, 1, 2, 4, 7, 11Mbps의 전송율일 때 버퍼 기반 알고리즘에 의해 전송율을 선택되어 전송되는 그래프를 도시한 것이다. 여기서, 상기 비트 전송률은 다운로드 시간에 영향을 미치므로 다음 슬롯의 시작 부분에 있는 버퍼 레벨에 간접적으로 영향을 준다. 즉 다운로드 시간이 길어지면 버퍼는 줄어들고 다운로드 시간이 짧으면 버퍼 레벨은 점차 증가하게 된다.
관련하여, 도 3은 급격한 네트워크 대역폭 변화로 인한 리버퍼링 현상을 보여준다. 예를 들어, tk 초에서 클라이언트는 버퍼 레벨에 따라 11 Mbps 세그먼트를 서버에 요청하고 서버는 11 Mbps 세그먼트 전송한다. 그러나, 네트워크 대역폭의 급격한 감소(301)로 인해 세그먼트를 다운로드하는데 많은 시간이 소요되어 버퍼 레벨이 급격히 감소하게 되고, 결국 리버퍼링이 발생하게 된다(302). 즉, 리버퍼링은 네트워크 대역폭이 급격하게 감소한 구간 [tk, tk+1] 사이에서 발생함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 리버퍼링 현상은 사용자가 체감하는 비디오 품질을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 본 개시는 이러한 리버퍼링을 방지할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
도 4는 본 개시의 일실시예에 따른, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법을 설명하기 위해 도시한 것이다.
관련하여, 종래 가용 대역폭 추정 방법은 단지 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식만을 사용한다. 구체적으로, 상기 세그먼트 기반 대역폭 추정 방식은, 다음의 과정으로 수행될 수 있다. 우선, 상기 클라이언트(120)는 세그먼트 시작때마다 주기적으로 명령어 HTTP GET을 서버(110)에 전송한다. 여기서 상기 HTTP GET 명령어는 이전 세그먼트를 통해 가용 대역폭을 추정하고 추정된 가용 대역폭을 기반으로 다음 세그먼트를 위해 전송 가능한 최대 품질레벨을 요청하는 것을 의미한다. 이때, k번째 세그먼트의 가용 대역폭 Ck는 다음 [수학식 1]과 같이 구해질 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00006
여기서,
Figure pat00007
는 k번째 세그먼트의 크기,
Figure pat00008
는 세그먼트의 다운로드 시간을 의미한다.
그러나, 전술한 바와 같이, 상기 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식만을 적용하면, 다음 K+1번째 세그먼트에서 급격한 대역폭 변화가 발생할 경우 다운로드 시간이 길어져서 결국 버퍼가 고갈되고 리버퍼링이 발생할 가능성이 높아지게 된다.
따라서 본 발명에서는 HTTP GET 명령어를 전송하는 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정과 동시에, 보다 짧은 기간 주기적으로 대역폭 변화를 추정할 수 있도록 세그먼트를 여러 개의 프래그먼트로 분할하여 가용 대역폭을 추정하는 세그먼트-프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식 (이하 이를'프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식'이라고도 한다)을 동시에 사용할 것을 제안한다. 단, 본 개시에서 사용한 용어는 단지 본 발명을 설명하기 위해 도입된 것으로, 기술적 사상이 동일할 경우 다른 용어로 대체할 수 있음은 자명하다 할 것이다. 예를 들어, 상기 프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식은 '서브 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식'으로 명명할 수도 있다.
관련하여, 도 4(a)는 세그먼트 기반 대역폭 추정 방식을, 도 4(b)는 세그먼트 기반 대역폭 추정 방식과 프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식을 각각 도시한 것이다.
즉, 도 4(b)를 참고하면, K+1번째 세그먼트(420)내 m번째 프래그먼트의 가용 대역폭
Figure pat00009
은 다음 [수학식 2]와 같이 구해질 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00010
여기서
Figure pat00011
Figure pat00012
는 k+1번째 세그먼트내 m번째 프래그먼트의 크기,
Figure pat00013
Figure pat00014
는 세그먼트의 다운로드 시간을 각각 의미한다.
즉, 본 개시의 일 실시예에 의할 경우, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위해 상기 두개의 가용 대역폭 추정 기법은 다음과 같은 순서로 사용될 수 있다.
첫째, 상기 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식을 적용하여, 클라이언트(120)는 HTTP GET을 통해 이전 세그먼트(예를 들어, k번째 세그먼트, 410)로부터 추정된 가용 대역폭(
Figure pat00015
)에 기반하여 계산된 제1 품질레벨(L k )을 결정하고, 서버(110)에 요청한다.
둘째, 서버(110)는 상기 제1 품질레벨(L k )로 다음 세그먼트(k+1번째 세그먼트, 420)를 전송한다.
셋째, 상기 프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식을 적용하여, 상기 세그먼트(k+1, 420)를 복수의 프래그먼트로 분할하고, 분할된 프래그먼트 단위로 가용 대역폭(
Figure pat00016
)을 추정하여 제2 품질레벨(
Figure pat00017
)을 결정한다.
넷째. 상기 프래그먼트 단위 가용 대역폭(
Figure pat00018
)에 기반하여, 리버퍼링 여부를 예측한 예측 결과에 따라, 상기 제1 품질레벨(L k ) 또는 상기 제2 품질레벨(
Figure pat00019
) 증 어느 하나를 결정한다.
도 5는 본 개시의 일시예에 의한, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치를 도시한 것이다. 특히, 도 5는 설명의 편의를 위해 전술한 클라이언트의 동작 원리 중심으로 블록도를 도시한 것이다.
본 개시에 따른, 비디오 스트리밍 처리 장치(500)는, 서버(110)로부터 수신된 비디오 스트리밍 세그먼트를 저장하는 버퍼(502), 상기 버퍼(502)에 저장된 세그먼트를 디스플레이하는 디스플레이 수단(미도시), 및 상기 서버로부터 수신할 다음 세그먼트의 비트레이트를 결정하는 비트레이트 제어부(bitrate controller, 501)를 포함한다. 이때, 예를 들어, 상기 비트레이트 제어부(501)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어적인 구성을 포함하는 비트레이트 제어 모듈(module)로 구성할 수 있다.
또한, 상기 비디오 스트리밍 처리 장치(500)는, 상기 결정된 비트레이트 요청을 상기 서버(110)에 전달하는 HTTP 모듈(505)과, 상기 서버로부터 수신된 세그먼트의 크기와 다운로드 시간을 이용하여 네트워크 가용 대역폭을 추정하는, 대역폭 추정부(503)를 포함한다. 이때, 예를 들어, 상기 대역폭 추정부(503)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어적인 구성을 포함하는 대역폭 추정 모듈(module)로 구성할 수 있다. 또한, 구체적으로 본 개시에 의한, 상기 대역폭 추정부(503)는, 전술한 세그먼트 기반 대역폭 추정 방식을 적용하기 위한 세그먼트 대역폭 추정기(Segment Throughout predictor, 5031)와 세그먼트 레벨 추정기(Segment Level predictor,5032)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 대역폭 추정부(503)는, 전술한 프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 방식을 적용하기 위한 세그먼트-프래그먼트 대역폭 추정기(Segment Fragment Throughout predictor, 5033)와 세그먼트-프래그먼트 레벨 추정기(Segment Fragment Level predictor,5034)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 개시에 의한, 상기 비디오 스트리밍 처리 장치(500)는, 상기 버퍼(502)의 리버퍼링 여부를 예측하는 리버퍼링 예측부(504)를 더 포함한다, 여기서, 상기 리버퍼링 예측부(504)는 세그먼트 다운로드 시간 계산부 (5041) 및 리버퍼링 예측 판단부 (5042)를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 도 5의 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치 (클라이언트, 500)에 의한 비디오 스트리밍 처리 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
클라이언트(500)의 HTTP 모듈(505)은 서버(110)로 HTTP GET 명령어를 전송하고 서버(110)는 클라이언트(500)로 여러 개의 비디오 전송율 중 대역폭 용량에 적합한 세그먼트를 전송한다.
이때, 전송된 이전 세그먼트를 다운로드 종료 후에, 상기 대역폭 추정부(503)의 세그먼트 대역폭 추정기(5031)는 세그먼트 단위의 가용 대역폭을 측정한다. 이때 가용 대역폭 측정 후, 상기 대역폭 추정부(503)의 세그먼트 레벨 추정기(5032)를 통해 가용 대역폭을 넘지 않은 품질레벨 L k 를 결정한다. 상기 과정은 세그먼트 단위로 수행된다.
또한, 상기 대역폭 추정부(503)의 세그먼트-프래그먼트 대역폭 추정기(5033) 및 세그먼트-프래그먼트 레벨 추정기(5034)를 통해, 매 프래그먼트마다 가용 대역폭의 측정하고 가용 대역폭을 넘지 않은 품질레벨
Figure pat00020
를 결정한다. 즉, 일반적으로 하나의 세그먼트 구간에 대해 세그먼트 기반 측정방식은 한번 가용 대역폭을 측정하는데 비해, 본 개시에 의한 비디오 스트리밍 처리 방법은 전술한 세그먼트 기반 가용 대역폭 측정 방식 뿐만 아니라, 세그먼트를 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 측정하게 된다.
또한 상기 리버퍼링 예측부(504)의 세그먼트 다운로드 시간 계산부 (5041)는 프래그먼트 m 마다 측정되는 대역폭을
Figure pat00021
와 품질레벨 L k 을 입력 받아, 대역폭
Figure pat00022
으로 품질레벨 L k 가 전송되는데 걸리는 시간 Td_1seg 을 계산하게 된다. 이때, 시간 Td_1seg 은 다음 [수학식 3]와 같이 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Td_1seg = p*(BR(L k /
Figure pat00023
-1)
여기서 p는 세그먼트 구간(sec)를 나타내고 BR(L k )은 품질레벨 L k 에 해당하는 전송율을 의미한다.
또한, 상기 리버퍼링 예측부(504)의 리버퍼링 예측 판단부 (5042)는 상기 계산된 시간 Td_1seg 와 가용 버퍼 레벨 (Bcurr-Bmin) 로부터 리버퍼링 여부를 예측한다.
구체적으로, 현재 버퍼레벨을 Bcurr이라고 하고 버퍼 고갈에 대비한 최소 버퍼 레벨을 Bmin이라고 정의하면 가용 버퍼 레벨은 Bcurr-Bmin으로 정의할 수 있다. 이때, Td_1seg ≥ Bcurr-Bmin 일 경우, 즉 가용 대역폭에서 품질레벨 L k 로 계속 전송할 경우 다운로드 시간이 길어지고 버퍼가 고갈될 수 있음을 의미한다. 따라서, Lprev 보다 더 낮은 품질레벨로 전송해야만 버퍼 고갈을 피할 수 있다. 즉, Td_1seg ≥ Bcurr-Bmin 일 경우(Yes) 현재 품질레벨 L k 로의 전송을 중단하고 품질레벨
Figure pat00024
로 전송해줄 것을 요청하게 된다. 반면 Td_1seg < Bcurr-Bmin 일 경우(No), 클라이언트(500)는 서버(110)로 신호를 보내지 않고 서버는 현재 품질레벨 L k 로 계속 세그먼트를 보낸다.
참고로, 도 5에서 실선으로 표시된 동작은 세그먼트 단위로 가용 대역폭을 결정하는 흐름이고, 점선으로 표시된 동작은 프래그먼트 단위로 가용 대역폭을 결정하는 흐름을 도시한 것이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 의한, 전술한 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법을 단계별로 도시한 것이다.
우선, 세그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 세그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계(610)를 수행한다. 또한, 상기 세그먼트를 복수개로 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 리버퍼링을 예측하는 단계(620)를 수행한다.
이후, 리버퍼링 여부를 예측하여(630), 리버퍼링이 예측되는 경우(Yes), 상기 프래그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계(640)를 포함한다. 반면, 리버퍼링이 예측되지 않는 경우(No), 세그먼트 단위 비트레이트로 계속 결정하게 된다.
여기서, 상기 리버퍼링을 예측하는 단계(630)는, 상기 프래그먼트 구간별 측정되는 대역폭으로 해당 세그먼트가 전송되는데 소요되는 시간을 계산하고, 상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨을 초과하는 경우, 리버퍼링으로 예측하게 된다. 이때, 상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨 이하인 경우, 리버퍼링으로 예측하지 않 게 된다.
도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른 비디오 스트리밍 처리 장치(700)를 나타낸 도면이다. 도 7의 비디오 스트리밍 처리 장치(700)는, 통신부 (701), 메모리(702), 디스플레이(703), 사용자 인터페이스(704) 및 프로세서(705)를 포함할 수 있다. 또한, 도 7에 도시되지 않은 다른 구성을 더 포함할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
보다 상세하게는, 도 7의 비디오 스트리밍 처리 장치는, 전술한 비디오 스트리밍 처리 방법을 수행하는, 사용자 단말기, 스마트 폰, 노트북, 휴대용 개인 정보장치 등이 될 수 있으며, 본 발명은 특정 물품에 한정되지 않는다.
이때, 일 예로, 상기 메모리(702)는 비이동식 메모리 또는 이동식 메모리일 수 있다. 또한, 일 예로, 상기 디스플레이(703), LED, OLED, QLED 등 다양한 디스플레이 방식을 적용할 수 있으며, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
또한, 일 예로, 상기 통신수단(701)은, 통신 회로를 포함할 수 있으며, 이에 기초하여 외부 디바이스와 통신을 수행할 수 있다.
또한, 일 예로, 상기 프로세서(705)는 범용 프로세서, DSP(digital signal processor), DSP 코어, 제어기, 마이크로제어기, ASIC들(Application Specific Integrated Circuits), FPGA(Field Programmable Gate Array) 회로들, 임의의 다른 유형의 IC(integrated circuit) 및 상태 머신과 관련되는 하나 이상의 마이크로프로세서 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 즉, 상기 프로세서(705)는 전술한 본 개시에 의한 비디오 스트리밍 처리 방법을 수행하는 하드웨어적/소프트웨어적 구성일 수 있다.
일 예로, 상기 프로세서(705)는 통신수단(701)를 통해 다른 장치들과 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 통신수단(701)은 안테나를 통해 RF 신호를 전송할 수 있으며, 다양한 통신망에 기초하여 신호를 전송할 수 있다. 여기서, 일 예로, 안테나 기술로는, MIMO 기술, 빔포밍 등이 적용될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 또한, 통신수단(701)를 통해 송수신한 신호는 변조 및 복조되어 상기 프로세서(705)에 의해 제어될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.
또한, 일 예로 사용자 인터페이스(704) 사용자 명령을 상기 프로세서(704) 또는 디스플레이(703)에 전달하기 위한 수단으로 활용된다. 예를 들어, 사용자 뷰 전환 요청 명령을 수신하고 이를 상기 프로세서(704)에 전달하여 비디오 스트리밍 처리를 위한 세그먼트 비트레이트 결정을 위한 입력으로 활용할 수 있다.
본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서, 예시하는 단계에 추가적으로 다른 단계를 포함하거나, 일부의 단계를 제외하고 나머지 단계를 포함하거나, 또는 일부의 단계를 제외하고 추가적인 다른 단계를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
본 개시의 범위는 다양한 실시예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.
502 : 버퍼
504 : 리버퍼링 예측부
503 : 세그먼트 대역폭 추정기

Claims (19)

  1. 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법에 있어서,
    세그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 세그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계;
    상기 세그먼트를 복수개로 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 추정하고, 추정된 결과를 이용하여 리버퍼링을 예측하는 단계; 및
    상기 리버퍼링이 예측되는 경우, 상기 프래그먼트 단위 비트레이트를 결정하는 단계를 포함하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    리버퍼링이 예측되지 않는 경우, 세그먼트 단위 비트레이트로 계속 결정하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리버퍼링을 예측하는 단계는,
    상기 프래그먼트 구간별 측정되는 대역폭으로 해당 세그먼트가 전송되는데 소요되는 시간을 계산하고,
    상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨을 초과하는 경우, 리버퍼링으로 예측하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨 이하인 경우, 리버퍼링으로 예측하지 않는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가용 버퍼 레벨은, 현재 버퍼 레벨 (Bcurr) 에서 최소 버퍼 레벨 (Bmin) 만큼 차감하여 구해지는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 최소 버퍼 레벨 (Bmin)은 버퍼 고갈에 대비한 최소 레벨로 설정되는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 리버퍼링을 예측하는 단계는, 상기 세그먼트내 가용 대역폭 변화를 프래그먼트 구간별로 산정하여 리버퍼링 여부를 예측하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 방법.
  8. 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치에 있어서,
    서버로부터 수신된 비디오 스트리밍 세그먼트를 저장하는 버퍼;
    세그먼트 기반 가용 대역폭 및 상기 세그먼트를 복수개로 분할한 프래그먼트 기반 가용 대역폭을 각각 추정하는 대역폭 추정부;
    상기 대역폭 추정부에 의해 추정된 결과를 이용하여, 상기 버퍼의 리버퍼링 여부를 예측하는 리버퍼링 예측부; 및
    상기 리버퍼링 예측 결과에 기초하여, 서버로부터 수신 받을 세그먼트의 비트레이트를 결정하는 비트레이트 제어부를 포함하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결정된 품질 레벨을 서버에 전달하는 HTTP 모듈을 더 포함하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 리버퍼링이 예측되는 경우, 상기 비트레이트 제어부는 상기 프래그먼트 단위 비트레이트를 결정하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 리버퍼링이 예측되지 않는 경우, 상기 비트레이트 제어부는 상기 세그먼트 단위 비트레이트를 결정하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 리버퍼링 예측부는,
    상기 프래그먼트 구간별 측정되는 가용 대역폭으로 해당 세그먼트가 전송되는데 소요되는 시간을 계산하고,
    상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨을 초과하는 경우, 리버퍼링으로 예측하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 계산된 시간이 가용 버퍼 레벨 이하인 경우, 리버퍼링으로 예측하지 않는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가용 버퍼 레벨은, 현재 버퍼 레벨 (Bcurr) 에서 최소 버퍼 레벨 (Bmin) 만큼 차감하여 구해지는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 최소 버퍼 레벨 (Bmin)은 버퍼 고갈에 대비한 최소 레벨로 설정되는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 리버퍼링 예측부는,
    상기 세그먼트내 가용 대역폭 변화를 프래그먼트 구간별로 산정하여 리버퍼링 여부를 예측하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리 장치.
  17. 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법에 있어서,
    이전 세그먼트(k)로부터 추정된 가용 대역폭(
    Figure pat00025
    )에 기반하여 제1 품질레벨(L k )을 결정하는, 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 단계;
    상기 세그먼트 기반 가용 대역폭 추정 단계를 통해 결정된 품질레벨(L k )로 현재 세그먼트(k+1)를 서버로부터 수신하는 단계;
    상기 현재 세그먼트(k+1)를 복수의 프래그먼트로 분할하고, 분할된 프래그먼트 단위로 가용 대역폭(
    Figure pat00026
    )을 추정하여 제2 품질레벨(
    Figure pat00027
    )을 결정하는, 프래그먼트 기반 가용 대역폭 추정 단계; 및
    리버퍼링 예측 판단 결과에 따라, 상기 제1 품질레벨(L k ) 또는 상기 제2 품질레벨(
    Figure pat00028
    ) 증 어느 하나를 결정하는 단계를 포함하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    리버퍼링으로 예측되는 경우, 상기 제2 품질레벨(
    Figure pat00029
    ) 로 결정하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    리버퍼링으로 예측되지 않는 경우, 상기 제1 품질레벨(L k ) 로 결정하는, 적응적 비디오 스트리밍 처리를 위한 가용 대역폭 추정 방법.
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