DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)는 MPEG(Moving Picture Experts Group)에서 표준화 중인 HTTP를 이용한 적응형 비디오 스트리밍 기술이다. 일반적으로 HTTP를 이용한 적응형 비디오 스트리밍에서 클라이언트가 사용할 수 있는 기능은 파일 전체 또는 그 일부를 다운로드하는 것이다. 따라서 전체 콘텐트를 작은 파일 조각 즉, 세그먼트(segment)로 분할하여 세그먼트들을 순차적으로 다운로드함으로써 마치 스트리밍이 달성되는 것과 같은 효과를 낼 수 있다. 네트워크의 상태에 따라 전송률을 조절하기 위해서는 서버에 서로 다른 비트율로 부호화된 세그먼트들을 함께 보관해 두어 클라이언트로 하여금 선택할 수 있게 한다. DASH에서는 MPEG-2 TS 또는 MPEG-4 파일 포맷(MP4)를 기반으로 하는 두 가지 형태의 서버 콘텐트를 제공할 수 있다. MP4 기반 DASH의 경우, 클라이언트가 수신한 세그먼트들을 순차적으로 이어 붙여 저장한다 하더라도 특별한 조건을 만족하는 경우를 제외하고는 MP4 파일을 재생할 수 있는 기존 미디어 플레이어가 이를 재생하지 못한다. 본 논문에서는 이러한 특별한 조건을 제시하고 이를 검증하였다. 이 조건은 서버에서 제공하는 세그먼트들에 대한 조건이다.
본 논문에서는 채널상태에 동적으로 최적화한 HLS(Http Live Streaming)의 비트 율에 따라 전송하기 위해 적응 버퍼링을 제안하였다. 이러한 스마트 OTT(Over The Top) 플랫폼은 서버와 클라이언트 사이의 통신망 대역폭 용량을 분석하였다. 이를 위해 다중 비트율과 대역폭 조절기(resolution) 사이의 비디오 스트림의 전송속도를 조정하도록 설계하였다. 이러한 적응 버퍼링은 기본적인 HLS 버퍼 구조에 2개의 버퍼를 추가한다. 적응 버퍼링은 이전 채널과 다음 채널을 지속적으로 버퍼링을 한다. 제안한 스마트 OTT 플랫폼의 적응 버퍼링은 단일 버퍼링의 정적 HLS 방식 보다 우수하다. 이러한 방식은 HLS 사용자가 가용 통신망 속도를 분석함으로서 스마트 OTT 단말의 적을 버퍼링 속도를 조절 할 수 있기 때문이다. 이로서 스마트 OTT가 비트 율을 동적으로 최적화함으로서 라이브와 VOD 형태의 비디오를 전송하도록 구축하였다. 세그먼트 형식의 H.265 MPEG-2 TS 비디오정보인 m3u8 파일을 활용함으로서 HLS의 서버가 통신망 상황에 맞게 연동할 수 있으며, PLC(Power Line Control) 전송과도 연동할 수 있다.
오늘날 QoS/QoE 기술의 일환인 HTTP를 활용한 동적 적응적 스트리밍 기술이 이슈화 되고 있다. 본 논문에서는 HTTP를 활용한 동적 적응적 스트리밍 기술에 대해 연구하였다. 이를 기반으로 HTTP를 활용한 동적 적응적 스트리밍 시스템을 설계 및 구현하였다. 본 시스템에서는 MPEG2-TS 파일에 대해 비트율별 변환, 일정 시간 별 Segment의 분할, 앞에서의 파일들을 참고하여 최종적으로 전송에서 활용되는 MPD(Media Presentation Description) File의 생성과 서버와 클라이언트 간의 스트리밍에 대해 HTTP를 활용한 동적이고 적응적인 네트워크 환경에서의 비트율별 스트리머로 구성된다. 이는 불특정 다수의 네트워크 환경에서 끊김없는 지속적인 영상의 재생을 위한 다양한 스트리밍 분야와 멀티미디어 분야에 활용될 것이다.
본 논문에서는 차세대 디지털 방송규격인 지상파 DM용 Outer 인코더/디코더를 설계하고 ALTERA의 FPGA를 이용하여 구현하고 검증하였다. 인코더 부분에서는 입력되는 MPEG-2 TS 패킷(188바이트)으로부터 비트 시리얼 알고리즘을 이용한 RS(Reed-Solomon) 인코더를 이용해 패리티 바이트(16바이트)를 생성하고 군집에러를 효과적으로 수정하기 위해 콘볼루션 인터리버를 구현해 데이터를 분산 출력 시켰다. 디코더 부분에서는 인코더에서 송신된 데이터에서 DMB에 적합한 동기 바이트 검출하는 알고리즘을 제시하였으며, RS디코더는 수정된 유클리드 알고리즘을 적용하여 회로구성을 간략화 하였다. 본 시스템은 하나의 패킷에서 최대 8바이트의 에러를 수정할 수 있고, C언어를 이용하여 알고리즘을 검증하고 VHDL로 작성하였으며, FPGA 칩 상에서 회로를 검증하였다.
국내 지상파 데이터 방송 전송 규격인 ATSC(advanced television systems committee)-A/9O에서는 메인 프로그램과 긴밀한 시간관계가 요구되는 동기화 데이터로써 DSM-CC(Digital storage media command and control) section의 형태로 전송되는 비스트리밍 동기화 데이터와 PES(packetized elementary stream) packet의 형태로 전송되는 스트리밍 동기화 데이터를 규정하고 있다. 본 논문의 목적은 ATSC A/90 규격에 정의된 스트리밍 동기화 데이터 처리를 위한 알고리즘을 구현하고 검증하는데 있다. 이를 위하여 windows 환경 하에서 스트리밍 동기화 데이터를 포함한 PES packet을 분석하는 parser와 분석된 데이터의 재생을 위한 player를 구현하였다. 또한, 구현된 알고리즘의 검증을 위하여 디지털 데이터 방송 수신카드를 탑재한 한국전자통신연구원의 PC형 STB(Set-top Box)에 알고리즘을 포팅하여 실험 환경을 구축하고, 스트리밍 동기화 데이터를 삽입한 MPEG-2 TS(transport stream)를 이용하여 알고리즘이 포팅된 시스템의 동작을 확인하였다.
본 논문에서는 ATSC-DASE 기반의 지상파 디지털 데이터 방송 서비스의 비스트리밍 동기화 데이터(non-streaming synchronized data) 처리를 위한 효율적인 알고리즘을 제안하고 있다. 비스트리밍 동기화 데이터는 방송되는 A/V(audio/video)와 관련된 시간 정보인 PTS(presentation time stamp)와 함께 DSM-CC(digital storage media-command and control) section에 캡슐화 되어 A/V와 다중화 되고 MPEG-2 TS(transport stream)로 전송된다. 수신측에서는 PC형 셋톱박스에 의해 A/V는 실시간으로_ 처리되며, 비스트리밍 동기화 데이터는 제안된 알고리즘을 이용하여 저장되고 정확한 시간에 재생된다. 이를 검증하기 위해 XML 기반의 비스트리밍 동기화 데이터를 저작하여 데이터 시나리오를 제안하였으며, DA(declarative application) 브라우저를 이용하여 데이터를 재생하였다.
지상파 데이터 방송은 실제 구현이나 설계의 관점에서는 많은 분야가 시작 단계에 불과하다고 볼 수 있고, 그나마 연구되어온 것은 비동기 데이터에 대한 서비스위주로 기술이 개발되어왔다. 본 논문에서는 지상파 데이터 단말에서 좀 더 다양한 데이터 방송 서비스 컨텐츠의 처리가 가능하도록 하기 위하여 트리거 정보를 이용한 비동기 데이터의 동기화 처리알고리즘을 제안하고 있다. 트리거 데이터가 DSM-CC section에 캡슐화 되어, MPEG-2 TS를 통해 수신되면, PC형 셉톱박스를 통해 데이터가 분리된다. 분리된 비동기 데이터와 트리거 데이터는 제안된 알고리즘을 통해 저장되고, STC(system time clock)와 PTS(presentation time stamp)가 일치할 때, 이미 수신되어 저장된 비동기 데이터를 DAU(data access unit) 단위로 화면에 오버레이 하여 재생하여 준다. 본 알고리즘을 검증하기 위해 컨텐츠는 XML(extensible markup language)로 저작되었으며, DA(declarative application) 브라우저를 이용하였다.
본 논문에서는 OTT(Over The Top)가 채널상태에 따라 동적으로 최적화함으로서, 최고의 비디오 비트율(bit-rate)로 전송하기 위한 스마트 HLS(HTTP Live Stream) 플랫폼을 제안하였다. HLS 플랫폼은 스마트 OTT가 채널변경 시간을 최적화도록 HLS 서버와 OTT 클라이언트 사이의 대역폭을 모니터링 한다. 이를 위해 다중 비트율과 적정한 대역폭으로 비디오 스트림을 조정하도록 설계되었다. 제안한 스마트 OTT는 최적의 비트율로 버퍼링을 함으로서 라이브와 VOD(Video On Demand)비디오를 재생할 수 있다. 이러한 HLS 플랫폼은 세그먼트 형식의 H.265 MPEG-2 TS(Transport Stream) 비디오와 관련 정보를 담고 있는 m3u8 파일과 스마트 OTT가 연동한다. 이로서 설계한 단일 버퍼링 기반의 스마트 OTT는 동작 중인 채널 대역폭 효율과 복호화된 VOD에 대한 적응적 비트율을 활용함으로서 대역폭이 허용하는 최대의 데이터를 버퍼링으로 최적의 비디오를 전송할 수 있다.
본 논문은 ATSC 디지털데이터 방송 표준을 이용하여 디지털 데이터 방송을 구현하는 시스템을 제안한다. 이 시스템은 MPEG-2 트랜스포트 스트림의 payload 부분에 ATSC 데이터 방송 표준에서 제안하는 데이터 파이핑 기능을 이용하여 사용자에 의해 정의된 URL 정보나 HTML 형태의 데이터를 삽입하고, 이 트랜스포트 스트림이 방송을 통해 DTV set-top에 전송된다. 수신부는 TS 패킷에 있는 데이터를 파싱하여 방송 중에 관련 데이터를 TV에 표시한다. 이 시스템은 기존의 인터넷 컨텐츠를 디지털 데이터 방송에 이용할 수 있는 방안을 제시하며, 기존의 TV나 DTV를 통해 사용자가 쉽게 기존의 인터넷 컨텐츠를 볼 수 있는 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 전달망을 통해 서비스되는 IPTV에서 네트워크의 환경이 좋지않아, 사용자의 QoS/QoE를 보장하지 못할 경우를 판단하고, 이때 전송된 패킷의 재조합을 통하여, 사용자의 QoS/QoE를 보장하기 위한 방안을 제공한다. 제안하는 내용은 IPTV 스트리밍 서비스에서 IPTV 패킷이 순차적으로 수신하지 못하는 상황에서 사용자의 QoS/QoE에 대한 보장 방안으로, 수신 측의 MPEG2-Transport Stream의 Continuous Counter Field 값을 수정하여, 패킷을 재조합하는 것이다. 실제 방송 스트리밍 환경을 구축하고, 네트워크 환경이 좋은 상황과 환경이 좋지 못한 상황에서의 QoS/QoE 측정 값을 시뮬레이션을 통해 비교 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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