근래에 인터넷 등의 네트워크를 통해 어떤 정보에 접근할 수 있는 다양한 클라이언트 장치들이 널리 보급되고 있다. 하지만 통신능력이나 처리 및 저장능력, 화면표시 능력 등 여러 가지 제약을 가진 클라이언트 장치들로서는 방대한 양의 멀티미디어 콘텐츠를 쉽게 처리할 수 없는 문제가 있다. 또한 네트워크 측면에서도 음성, 데이터 및 비디오의 통합 서비스는 네트워크 기술의 목표를 수정하게 되어 네트워크가 다양한 서비스의 종합 제공 능력과 각 서비스에 필요한 QoS를 제공할 수 있는 능력을 가져야 하게 되었다. 이러한 이유로 ATM망과 인터넷 사이에 중단없는 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 EAGIS(Efficient ATM Gateway for real time Internet Service)를 개발하게 되었다. EAGIS는 연동장치, 콘텐츠 서버, 트랜스코딩 서버, 서비스 브로커로 구성된다. 본 논문에서는 EAGIS의 구조 설계와 트랜스코딩 서비스 제공 방식을 설계하였다. RTP(Real Time Protocol)를 이용한 양방향 통신은 RTCP(Real Time Control Protocol)의 시각-소인(time-stamp)에 의하여 트랜스코딩 시간을 설정하며, HTTP를 이용한 단방향 통신은 셀프타이며(self-timer)를 이용한다. 이러한 기준 시간을 이용함으로써 네트워크 트래픽 부하와 프레임 전송률에 의한 표준화된 트랜스코딩 방법을 적용할 수 있었다. 또한 다중 사용자 유효 대역폭 확보 알고리즘을 통한 서비스의 품질을 보장할 수 있었다.
근래에 인터넷 등의 네트워크를 통해 어떤 정보에 접근할 수 있는 다양한 클라이언트 장치들이 널리 보급되고 있다. 하지만 통신능력이나 처리 및 저장능력, 화면표시 능력 등 여러 가지 제약을 가진 클라이언트 장치들로서는 방대한 양의 멀티미디어 콘텐츠를 쉽게 처리할 수 없는 문제가 있다. 또한 네트워크 측면에서도 음성, 데이터 및 비디오의 통합 서비스는 네트워크 기술의 목표를 수정하게 되어 네트워크가 다양한 서비스의 종합 제공 능력과 각 서비스에 필요한 QoS를 제공할 수 있는 능력을 가져야 하게 되었다. 이러한 이유로 ATM망과 인터넷 사이에 중단없는 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 EAGIS(Efficient ATM Gateway for real time Internet Service)를 개발하게 되었다. EAGIS는 연동장치, 콘텐츠 서버, 트랜스코딩 서버, 서비스 브로커로 구성된다. 본 논문에서는 EAGIS의 구조 설계와 트랜스코딩 서비스 제공 방식을 설계하였다. RTP(Real Time Protocol)를 이용한 양방향 통신은 RTCP(Real Time Control Protocol)의 시각-소인(time-stamp)에 의하여 트랜스코딩 시간을 설정하며, HTTP를 이용한 단방향 통신은 셀프타이며(self-timer)를 이용한다. 이러한 기준 시간을 이용함으로써 네트워크 트래픽 부하와 프레임 전송률에 의한 표준화된 트랜스코딩 방법을 적용할 수 있었다. 또한 다중 사용자 유효 대역폭 확보 알고리즘을 통한 서비스의 품질을 보장할 수 있었다.
A growing diversity of pervasive devices is gaming access to the Internet and other information. However, much of the rich multimedia contents cannot be easily handled by the client devices because of the limited communication, processing, storage and display capabilities. The in-tegration of voice,...
A growing diversity of pervasive devices is gaming access to the Internet and other information. However, much of the rich multimedia contents cannot be easily handled by the client devices because of the limited communication, processing, storage and display capabilities. The in-tegration of voice, data and video service modified the target of networking technologies. Networks must have some the capabilities for in-tegration of various services and also for QoS support as required by each of those service. Because of these reasons, we developed EAGIS(Efficient ATM Gateway for real time Internet Service) to provide seamless multimedia service between the ATM network and the Internet. EAGIS consists of the interworking unit, content server, transcoding server, and the serveice broker to provide seamless multimedia service be-tween the ATM network and the Internet. In this paper, we design the architecture and transcoding service scenario of the EAGIS. When the RTP is used for the bi-directional communication, transcoding time is configured by the time-stamp of RTCP. When HTTP is used for unidirec-tional communication, self-timer is used. By using these reference time, standard transcoding method is applicable according to the frame trans-mission rate and network traffic load. And we can also assure the QoS of the multiple users` effective bandwidth by our algorithm.
A growing diversity of pervasive devices is gaming access to the Internet and other information. However, much of the rich multimedia contents cannot be easily handled by the client devices because of the limited communication, processing, storage and display capabilities. The in-tegration of voice, data and video service modified the target of networking technologies. Networks must have some the capabilities for in-tegration of various services and also for QoS support as required by each of those service. Because of these reasons, we developed EAGIS(Efficient ATM Gateway for real time Internet Service) to provide seamless multimedia service between the ATM network and the Internet. EAGIS consists of the interworking unit, content server, transcoding server, and the serveice broker to provide seamless multimedia service be-tween the ATM network and the Internet. In this paper, we design the architecture and transcoding service scenario of the EAGIS. When the RTP is used for the bi-directional communication, transcoding time is configured by the time-stamp of RTCP. When HTTP is used for unidirec-tional communication, self-timer is used. By using these reference time, standard transcoding method is applicable according to the frame trans-mission rate and network traffic load. And we can also assure the QoS of the multiple users` effective bandwidth by our algorithm.
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문제 정의
이러한 경우를 방지하기 위하여 비디오의 실시간 표시 를 위한 최소 대역폭을 산정하고, 대역폭의 여유가 있더라도 더 이상의 대역을 할당하지 못하도록 하는 처리를 균일화 처리라 한다. EAGIS에서의 균일화는 실시간 비디오 서버의 기능을 수행하면서 가용 대역폭의 효율적인 할당을 목적으로 한다.
본 논문에서는 ATM망과 인터넷 사이에 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 EAGIS(Efficient ATM Gateway for real time Internet Service)를 개발하였다. EAGIS는 연동장 치, 콘텐츠 서버, 트랜스코딩 서버, 서비스 브로커로 구성되 며 연동장치를 통하여 ATM망과 인터넷간의 프로토콜 변 환, 데이터 포맷 변환 등 인터워킹 기능을 수행하고 네트워크 트래픽을 감시하여 네트워크의 부하 및 클라이언트의 능 력에 따른 프레임 제거 필터 방법의 트랜스코딩 서비스를 제공함과 동시에 사용자 편의의 브로커 서비스를 제공한다.
제안 방법
DCT의 고주파 성분이 제거되므로 코딩 효율이 증 가하여 대역폭을 감소 시킬 수 있지만, 디코딩-인코딩 시간이 필요하고, 마크로 블록마다 고주파 성분의 포함 정도가 다르므로 결과의 대역폭을 예측할 수 없는 문제점이 있다. 구현 방법은 Full quality, 32rd DCT coefficient cut-off, 16th DCT coefficient cut-off, 8th DCT coefficient cut-off, 4th DCT coefficient cut-off 등을 사용한다. 색상 제거 필터 방법은 비디오 데이터의 여분의 색상정보를 제거하여 압축 효율을 높이는 방식으로써, 저주파 통과 방식의 트랜스코딩과 같은 문제점을 가지고 있다.
본 논문에서는 먼저 트랜스코딩 기술을 살펴보고 ATM망 과 인터넷과의 연동기능을 제공하는 EAGIS구조를 설계하였다. EAGIS는 프로토콜변환, 데이터 포맷 변환, 트래픽 감 시, 비트율 제어 등 트랜스코딩 및 인터워킹 기능을 수행한 다[5].
브로커의 판단에 의해 콘텐츠 서버로부터 세션을 할당 받는다. 사용자와의 RTP연결을 통해서 세 션의 상태를 얻으며, 현재의 전송량을 세션 상태에 맞게 조 절한다.
RTP[7, 8]를 이용한 양방향 통신은 RTCP의 time-stamp에 의하여 트랜스코딩 시간을 설정하며, HTTP를 이용한 단방향 통신은 self-timer를 이 용한다. 이러한 기준 시간을 이용함으로써 프레임 전송률에 의한 표준화된 트랜스코딩 방법을 적용할 수 있었다.
이를 위하여 self-timer를 이용한 기준 시간 간격을 설정 하고, 실시간 비디오 처리에 필요한 시간 이상의 대역을 사용하는 가입자 통신 대역을 강제로 조절하도록 한다. 비디 오 실시간 전송을 위한 단방향 프레임율 조정 기술의 A 처리 루팅을 삽입하여 처리하며, 세부 흐름도는 다음 (그림 9) 와 같다.
이 기능은 사용자들의 서비스 시작점 역할을 하며 프로그램 타이틀 검색과 프리뷰를 가능 케 한다. 이를 위하여 서비스 브로커는 CGI를 통해 클라이 언트 즉 사용자가 요구하는 프로세스를 처리하며 그에 상응 하는 정보를 DB에서 읽어 서버(에이전트) 또는 사용자의 웹 브라우저로 처리 결과를 넘겨준다. 또한, 정기적으로 서버 (에이전트)들로부터 각각의 세션들에 대한 현재 네트워크 성능을 리포팅받고, 이를 세션관리에 반영한다.
MPEG-2 스트림 형식은 초 당 24~30프레임의 시간 해상 도를 갖는다. 트랜스 코딩을 위하여 실시간으로 스트림을 분석하여 현재의 프레임 전송 속도, 비트 전송 속도 등을 측 정한다. 측정시간은 64k byte 블록의 처리 시간 단위로 이루 어 지며, 1/1000000초 단위로 측정 가능하다.
트랜스코딩 서버는 VOD 콘텐츠 서버와 연동하여 사용자 WEB 브라우저에게 실시간 동영상을 제공하도록 프로토타 입 시스템을 구현하였다. EAGIS의 트랜스코딩 엔진은 콘텐 츠 서버와 연동하기 위하여 (그림 4)와 같이 각 기능별로 블록화 되어 있고 기능 함수 형태로 코딩되었으며, 함수 파일 들은 UNIX C 및 C++ 언어로 작성하였고 UNIX OS의 워크 스테이션에서 수행된다.
EAGIS는 프로토콜변환, 데이터 포맷 변환, 트래픽 감 시, 비트율 제어 등 트랜스코딩 및 인터워킹 기능을 수행한 다[5]. 트랜스코딩 서비스 제공 방식에 있어서 RTP를 이용한 양방향 통신과 HTTP를 이용한 단방향 통신시 프레임 전송률에 의한 네트워크 대역폭 적응형 트랜스코딩 방법을 연구하였고 또한 다중 사용자 유효 대역폭 확보 알고리즘을 통한 서비스의 품질을 보장할 수 있도록 하였다.
이론/모형
본 시스템에서는 프레임 제거 필터 방식을 채택하였다. MPEG-2 스트림이 고해상도를 표현하기 때문에 한 프레임을 구성하는 데이터의 크기가 너무 커서 디코딩 및 인코딩을 필 요로 하는 다른 방식의 트랜스코딩 방식은 실시간으로 수행 하기 어렵기 때문에 프레임 제거 필터방식을 사용하였다.
EAGIS 시스템의 트랜스코딩 서버는 자신의 self-timer를 이용하여 점검 주기를 파악하며, MPEG 스트림의 프레임 헤 더를 실시간 분석하여 전송 주기내에서 전송된 프레임의 수 를 파악할 수 있다. 따라서, (그림 8)과 같은 시퀀스 헤더에 표시된 초당 프레임 표시율을 만족시키는 한도에서 비디오 실시간 전송을 수행하는 단방향 프레임율 조정 기술을 사용하였다.
본 시스템에서는 프레임 제거 필터 방식을 채택하였다. MPEG-2 스트림이 고해상도를 표현하기 때문에 한 프레임을 구성하는 데이터의 크기가 너무 커서 디코딩 및 인코딩을 필 요로 하는 다른 방식의 트랜스코딩 방식은 실시간으로 수행 하기 어렵기 때문에 프레임 제거 필터방식을 사용하였다.
트랜스코딩에 있어서 RTP를 이용한 양방향 통신은 RTCP 의 시각-소인(time-stamp)에 의하여 트랜스코딩 시간을 측 정하며, HTTP를 이용한 단방향 통신은 셀프타이머 (s이卜 timer)를 이용한다. 이러한 기준 시간을 이용함으로써 네트워크 대역폭 적응형 프레임 전송률에 의한 표준화된 트랜스 코딩 방법을 적용할 수 있었다. 이러한 방식을 사용하여 클 라이언트에서 모든 프레임을 수신하지 못할지라도 상당한 수준의 비디오 품질을 유지할 수 있었으며 네트워크 트래픽 부하에 따라 수십 퍼센트의 프레임 전송율 감소를 시킬 수 있었다.
성능/효과
이러한 방식을 사용하여 클 라이언트에서 모든 프레임을 수신하지 못할지라도 상당한 수준의 비디오 품질을 유지할 수 있었으며 네트워크 트래픽 부하에 따라 수십 퍼센트의 프레임 전송율 감소를 시킬 수 있었다. 또한 다중 사용자 유효 대역폭 확보 알고리즘을 통한 서비스의 품질을 보장할 수 있었다,
<표 1>에서와 같이 B-프레임만으로 드롭이 가능한 lOfps 까지는 평균적으로 56%의 전송 속도로 송신이 가능하였고, 대역폭의 6%에서는 비디오 데이터 없이 오디오 데이터 만 을 전송 가능하였다.
이러한 기준 시간을 이용함으로써 네트워크 대역폭 적응형 프레임 전송률에 의한 표준화된 트랜스 코딩 방법을 적용할 수 있었다. 이러한 방식을 사용하여 클 라이언트에서 모든 프레임을 수신하지 못할지라도 상당한 수준의 비디오 품질을 유지할 수 있었으며 네트워크 트래픽 부하에 따라 수십 퍼센트의 프레임 전송율 감소를 시킬 수 있었다. 또한 다중 사용자 유효 대역폭 확보 알고리즘을 통한 서비스의 품질을 보장할 수 있었다,
후속연구
본 논문에서 개발한 EAGIS는 초고속 인터넷 환경에서 V0D와 같은 실시간 멀티미디어 서비스 제공시 클라이언트 나 네트워크의 대역폭 및 처리능력의 한계를 극복할 수 있을 것이며, 앞으로 전개될 유무선 통합 네트워크 환경에서 무선 인터넷과 같은 적은 대역폭을 가진 액세스 네트워크 및 모바일 단말을 이용한 유비쿼터스 멀티미디어 서비스를 제공하는데 보다 유용하게 활용될 것이다.
참고문헌 (8)
Elan Amir, Steven McCanne, 'An Application Level Video Gateway,' In Proc. ACM Multimedia '95, San Francisco, CA, Nov., 1995
S. W. Sohn, J. S. Jang, C. S. Oh, 'Architecture of Multimedia Service Interworking for Heterogeneous Multi-Carrier ATM Network,' In Proc. IS&N '97, Cernobbio, Italy, May, 1997
International Organization for Standardisation and International Electrotechnical Commission, 1995. ISO/IEC 13818-1 Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information : Systems
European Telecommunications Standards Institute, 1995. ETS 300 468 : Digital broadcasting systems for television, sound and data services ; Specification for Service Information in Digital Video Broadcasting (DVB) systems
Taeman han, Youhyeon Jeong 'A Transcoding Server Accommodating the Different Capabilities Client in EAGIS,' PDCS2000, 2000
Anthony Vetro, et al., 'Video Transcoding Architectures and Techniques : An Overview,' IEEE Signal Processing Magazine, pp.18-29, Mar., 2003
Schulzrinne, H., Casner, S., Frederick, R. and Jacobson, V. 'RTP : A transport Protocol for Real-time Applications,' Internet Engineering Task Force, Audio-Video Transport Working Group, Mar., 1995
Busse, I., Deffner, B., Schulzrinne, H, 'Dynamic QoS control of multimedia applications based on RTP,' Computer Communications, Vol.19, pp.49-58, 1996
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