스트리밍 비디오 시스템의 QoS에 관한 기존 연구가 네트워크의 관점에서 비디오 스트림의 전송률을 조절하는 기법위주로 이루어져 균일한 화질을 제공받고자 하는 사용자에게 VBR 스트리밍 비디오의 장점을 제공하기 어려웠다. 본 논문에서는 스트리밍 비디오 시스템에서 클라이언트의 대역폭 변화에도 사용자에게 균일한 화질을 제공하기 위하여 CBR 스트리밍 비디오의 장점을 VBR 스트리밍 비디오에 적용하는 비디오 코덱을 설계한다.
오늘날 클라우드 컴퓨팅은 FIFA, WTA, F1, MLB등과 같은 비디오 및 실시간 스포츠 이벤트에 널리 사용된다. DataM에 따르면 비디오 스트리밍 플랫폼 시장은 545억 달러에서 2,523달러에 달할 것으로 예측된다. 기존 실시간 스트리밍 방법은 스트리밍 비디오의 개수가 증가하고나 스트리밍 이용자가 증가할 경우 성능 저하 문제가 발생한다. 본 논문에서는 Apache Kafka Server를 활용한 대규모 비디오 스트리밍 기법을 제안한다. Apache Kafka Server를 사용하여 네트워크를 수집하면 대규모 데이터를 처리할 수 있으며, 데이터의 안정성과 실시간 처리를 할 수 있어 온라인 비디오 스트리밍에 적합하다. 이에 비디오 품질을 선택할 때 적합한 비디오 품질을 선택할 수 있다. 향후 제안하는 기법은 많은 데이터와 실험으로 실질적인 검증을 할 예정이다.
트랜스코딩에 관련된 연구들은 비디오 스트리밍에 대한 품질관련 연산들을 제공해 주었으나 트랜스코딩 과정에서 발생하는 연산지연과 전송지연에 대한 고려가 부족하였다. 또한 비디오 스트리밍에 대한 캐슁기법과 관련된 연구들은 비디오 스트리밍 서버와 클라이언트 사이의 전송지연을 줄여주는 장점을 제공하는 반면, 트랜스코딩과의 협업을 위한 연동들은 드물었다. 본 논문에서는 대역폭이 유선망에 비해 상대적으로 빈약한 무선망 채널을 통해 연속적인 비디오 스트리밍 서비스를 제공하는 과정 중에 발생하는 전송지연과 연산지연을 동시에 극복할 수 있도록 해주는 통합 시스템 아키텍처와 캐슁 알고리즘을 제안한다.
HTTP 적응적 스트리밍은 네트워크 상태에 따라 비디오의 품질을 조절하여 사용자 체감 품질을 향상시키는 비디오 스트리밍 서비스이다. HTTP 적응적 스트리밍 서비스에서 비디오 콘텐츠는 여러 품질과 일정 길이를 가지는 비디오 세그먼트로 나누어지며, 클라이언트는 적절한 품질의 세그먼트를 요청한다. 그러나 기존의 세그먼트 스케줄러는 TCP에 대한 고려 없이 일정 간격으로 세그먼트를 요청하므로 TCP 연결이 초기화되어 Slow-start를 다시 수행해 비디오 전송률이 감소한다. 본 논문에서는 HTTP 적응적 스트리밍 서비스의 품질을 향상시키기 위한 TCP 인지형 세그먼트 스케줄링 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 TCP 연결이 초기화되는 것을 방지하기 위해 비디오 세그먼트의 요청 시간을 조절하며, 세그먼트를 요청하는 시점을 고려하여 안정적인 비디오 스트리밍을 수행한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 기법이 끊김 현상 없이 HTTP 적응적 스트리밍 서비스의 품질을 향상시키는 것을 확인하였다.
기존의 스트리밍 품질 적용 기법들은 네트워크의 혼잡상황에서 네트워크의 안정성을 향상시키는데 반해 스트리밍 서비스의 빈번한 재생품질 변화로 인해 사용자에게 제공되는 스트리밍 서비스의 체감품질을 보장하지 못한다. 본 논문에서는 SVC(스케일러블 비디오 코딩) 비디오 스트리밍 서비스의 체감품질을 보장하기 위해, 네트워크 상태 변화를 고려한 스트리밍 품질 적응 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 미디어 특성을 고려한 가용대역폭 측정 기법을 이용하여 네트워크의 가용대역폭을 측정하고, 측정된 가용대역폭을 기반으로 전송되는 SVC 비디오 스트림의 품질 변화를 부드럽게 조절한다. 실험을 통해 제안하는 기법이 재생품질의 변화를 최소화하여 스트리밍 서비스의 체감품질을 보장할 수 있음을 확인하였다.
인터넷의 성장과 함께 인터넷 상의 비디오 스트리밍은 콘텐츠 전달에 중요한 수단이 되었다. 기존의 비디오 전송 방식은 사용자 터미널에 하나의 압축된 비디오를 스트리밍하는 것이었으나 최근 다중 뷰 비디오 코딩은 다른 시각 각도에 비디오 스트리밍 서비스를 지원하는 새로운 어플리케이션이 되었다. 따라서 단일 비디오는 다른 초점을 갖는 여러 독립된 비디오 스트림으로 구성되며 이는 더 많은 대역폭을 요구한다. 하지만 시간에 따라 네트워크의 대역폭이 변하는 경우, 계획된 비트율에 따라 콘텐츠의 비트량을 조절하여 양질의 콘텐츠 제공을 보장하기 어렵다. 따라서 트랜스코딩은 가변적인 네트워크의 대역폭에 적응하기 위한 필수적인 처리 단계가 되었다. 본 논문에서는 동시에 다중 비디오의 선택 및 트랜스코딩을 함께 고려하는 최적화 방법을 기반으로 한 스트리밍 다중 뷰 비디오의 최적 적응 프래임워크를 제안한다. 최적화된 비디오 스트림의 집합은 네트워크 대역폭, 트랜스코딩 코스트와 같은 제한을 만족하고 최적의 인지적 화질을 갖도록 선택되거나 트랜스코딩될 수 있으며 이는 MCKP로 모델링될 수 있다. 또한 트랜스코딩시 R-D 커브 상에 최적의 점을 얻기 위해 분리계획법이 적용하며 결과를 비교 분석한다.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 적응적 스트리밍은 네트워크 변화에 적응적으로 비디오 품질을 조절한다. HTTP 적응적 스트리밍은 TCP (Transmission Control Protocol)를 기반으로 비디오를 전송하기 때문에 높은 지연을 갖는 네트워크에서 가용대역폭을 부정확하게 측정하여 불필요하게 비디오 품질을 조절한다. 본 논문에서는 HTTP 적응적 스트리밍 서비스의 품질 향상과 부드러운 재생을 위해 버퍼 기반의 비디오 품질 조절 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 지연을 고려한 스트리밍 모델을 통한 정확한 가용대역폭 측정, 불필요한 품질 조절을 방지하기 위한 비디오 품질의 유지 가능성 계산, 버퍼상태에 적응적으로 비디오를 요청할 시간을 결정함으로써 비디오 품질을 조절한다. 시뮬레이션을 통해 제안한 기법이 높은 지연을 갖는 네트워크에서 HTTP 적응적 스트리밍 서비스의 품질을 향상시키고 부드럽게 비디오 품질을 조절하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 MPEG 표준인 DASH 서비스를 DASH 표준이 나오기 이전에 출시된 기존 단말들에게 무선 랜 환경에서 DASH를 위한 비디오 스트리밍 서비스를 제공해 주기 위한 무선 스마트 에이전트의 적응적 비디오 품질 조절 방법을 제안한다. 기존 연구는 스마트 에이전트가 클라이언트의 네트워크 상황을 파악하기 위해 전송 계층의 정보를 이용하기 때문에 무선 랜 환경에서 페이딩이나 간섭 등과 같은 이유로 적합하지 않다. 본 논문에서 제안하는 방법은 802.11 MAC 부계층에서 얻을 수 있는 정보를 이용하여 급격히 변하는 각 클라이언트의 상황을 빠르게 파악하여 무선 채널의 상태를 적응적으로 비디오 스트리밍하여 전달하도록 한다. 제안하는 방법의 실험을 통하여 DASH 표준 서비스를 제공 받는 클라이언트처럼 네트워크 상황에 적응적으로 비디오 스트리밍 되는 것을 확인하였다. 또한, 클라이언트의 이동성과 무선 채널의 에러를 추가함으로써 급격히 변하는 네트워크의 상황에도 적응적으로 클라이언트에게 비디오 스트리밍을 제공하는 것을 확인하였다.
인터넷은 best-effort network를 근간으로 하기 때문에 대용량의 비디오 스트리밍을 제공하기에는 대역폭의 제한과 패킷 손실과 같은 다양한 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 방법들이 제안 되었는데, 본 논문에서는 다수의 송신측이 하나의 수신측으로 FEC를 이용하여 비디오 스트리밍을 제공할 때, 수신측의 ACK에 부가정보를 추가하여 FEC의 성능 개선과 분산 스트리밍 제어가 가능한 기법을 제안한다.
최근 모바일 비디오 스트리밍 서비스의 이용자 수가 증가하고 있다. 이에 따라 모바일 환경에 적합한 DASH 비디오 스트리밍 메커니즘이 연구되었고, 이것을 DQN 기법에 의해 개선한 알고리즘은 모바일 네트워크 환경에서 적절한 비디오 품질 선택을 통해 버퍼링을 크게 줄일 수 있었다. 그러나 이는 모바일 요금제로 비디오 스트리밍 서비스를 이용하는 사용자들에게 안정적인 서비스를 제공하기 어렵다. 이에 본 논문은 기존의 DQN 기법에 의한 알고리즘을 발전시켜 사용자의 모바일 요금제에 적합한 비디오 품질을 선택하는 알고리즘을 연구하고 성능 실험 결과를 분석한다. 또한 이 알고리즘을 전체 모바일 비디오 스트리밍 시스템과 통합하여 이용하도록 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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