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3G 방송망에서의 효율적인 멀티미디어 전송을 위한 유틸리티 기반 하이브라드 에러 복구기법
A Utility-Based Hybrid Error Recovery Scheme for Multimedia Transmission over 3G Cellular Broadcast Networks 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 정보통신, v.33 no.4, 2006년, pp.333 - 342  

강경태 (서울대학교 전기 컴퓨터공학부) ,  조용진 (서울대학교 전기 컴퓨터공학부) ,  조용우 (서울대학교 전기 컴퓨터공학부) ,  조진성 (경희대학교 전자정보학부) ,  신현식 (서울대학교 전기 컴퓨터공학부)

초록
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cdma2000 lxEV - DO 이동통신 시스템은 멀티미디어 데이타 전송에 대한 요구 증가를 수용하기 위하여 브로드캐스트와 멀티캐스트 서비스 (BCMCS)를 제공한다. 이러한 데이타 브로드캐스트 서비스를 제공하기 위해서는 무선 전송 채널의 특성 즉 유선에 비해서 에러 발생 빈도가 높고 신뢰성이 떨어진 다는 사실을 고려해야 한다. 따라서 전송 에러의 복구를 위해 MAC 계층에서 순방향 에러 교정 (FEC: Forward Error Correction)을 사용하며, BCMCS 에서는 순방향 에러 교정을 위해 리드-솔로몬 (Reed - Solomon) 코팅을 사용한다. 본 논문에서는 먼저 리드 솔로몬 코딩의 성능을 분석하였고, 그 결과 이 방식이 천천히 움직이는 모바일 노드에 대해 취약함을 확인하였다. 따라서 이러한 점을 해결하고 에러 복구 성능을 향상시켜서 MPEG-4 FGS 비디오의 재생 품질을 개선하기 위하여 리드-솔로몬 코딩과 재전송 방법을 혼용한 하이브리드 방식의 에러 복구 기법을 제안하였다. 이는 리드-솔로몬의 코딩 오버헤드를 줄이는 대신, 그 결과로 얻어진 전송 슬롯을 활용하는 방법이다. 이렇게 얻어진 전송 슬롯은 제한적이기 때문에 활용도가 큰 패킷을 우선적으로 재전송 할 필요가 있다. 이를 위해 유틸리티 함수를 제안하였으며, 함수 값은 각 모바일 노드의 에러 제어 블록 (ECB: Error Control Block)을 이용해서 계산할 수 있다. 또한 하이브리드 방식의 에러 복구 기법은 MPEG-4 FGS의 특정을 활용하며, 이를 통해 채널의 상태가 불리할 경우는 물론 그렇지 않은 경우에 대해서도 비디오의 평균 재생 품질을 크게 향상시킬 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The cdma2000 lxEV - DO mobile communication system provides broadcast and multicast services (BCMCS) to meet an increasing demand from multimedia data services. The servicing of video streams over a BCMCS network must, however, face a challenge from the unreliable and error-prone nature of the radio...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 현재의 리드-솔로몬을 이용한 교정 방법이 모바일 노드의 이동성이 현격히 떨어지거나 채널 의 수신상태가 악화되어 패킷 데이타가 상당히 긴 시간 동안 연속적으로 손살되는 상황에 효율적으로 대처하지 못함을 성능 분석을 통해 확인하였다. 이와 더불어 패킷 데이타 별로 비디오 재생에 기여하는 공헌도가 다름에 도 불구하고 이에 대한 고려가 전혀 없이 모든 패킷의 중요도를 동일하게 처리한다는 것을 알 수 있었다.
  • 이때 손실된 패킷들 중에 재전송하였을 경우보다 이득이 큰 패킷을 재전송하는데, 이는 응용 계층의 MPEG-4 FGS[기의 특징을 이용해서 이루어진다. 이를 위해 본 연구에서는 이득이 큰 패킷을 선별하기 위한 유틸리티 함수를 제안하였고, 이 함수의 목적은 크게 두 가지이다. 첫째는 MPEG-4 FGS 비디오의 디코딩과 재 생 품질에 공헌도가 큰 패킷을 우선적으로 복구함으로 써 보다 끊김 없는 부드러운 화면을 모바일 노드에 제공하는 것이고, 둘째는 주어진 여분의 대역은 제한적이 기 때문에 최소의 재전송으로 최대의 효과를 얻을 수 있는 패킷을 선별하는 것이다.

가설 설정

  • 그림 3은 두 모바일 노드의 (16, 14, 2) 코드에 대한 에 러 제어 블록을 보여주고 있다. 각 노드는 물리 계층 전 송에 1228.8kbps의 QPSK 변조 방식을 사용하고 MPEG- 4 FGS 비디오의 기본 계충과 확장 계충의 전송률은 동 일하다고 가정한 것이다. 그리고 MAC 계층 패킷은 125 바이트의 고정 크기를 가지고 물리 계층 패킷의 크기는 256 바이트이므로 에러 제어 블록 내 두 개의 MAC 계 충 패킷이 하나의 물리 계층 패킷을 형성하게 된다.
  • 본 논문에서는 사전의 연구를 통해서 현재의 리드-솔 로몬 코딩의 성능을 수학적 모델을 통해 분석하였으며 이러한 분석을 통해 현재 BCMCS 표준에 제안된 복구 기법의 취약성을 찾아내었다、분석을 위하여 QPSK 변 조 방식을 이용한 무선 채널환경을 가정하였으며, 이때 Zorzi[12, 13]의 임계 모델에 따라 Rayleigh Fading 채 널 상에서의 에러 발생 경향을 first-order 2-state Markov 프로세스를 통해 모델링 하였다. 이때 양호3불 량 상태전이 확률을 a, 불량, 양호 상태전이 확률을 6, 전체 에러 발생확률을 匚으로 정의하였다.
  • 각 채널로 전송되는 비디오는 초당 30 개 프레임을 응용 계층에 전달하는 Foreman MPEG-4 FGS 스트림을 사용하였다. 이러한 비디오를 처리하기 위한 MPEG-4 FGS 코덱으로는 MoMuSys[15] 인코더 와 디코더를 사용하였고, 비디오의 기본 계층 전송률과 확장 계층 전송률은 110 kbps로 동일하게 인코딩되어 있다고 가정하였다. 각 채널별로 인코딩된 비디오 데이 타는 1228.
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참고문헌 (15)

  1. J. Wang, R. Sinnarajaj, T. Chen, Y. Wei, E. Tiedemann, and QUALCOMM, 'Broadcast and multicast services in cdma2000,' IEEE Cormmunications Magazine, vol. 42, no. 2, pp. 76-82, February 2004 

  2. 3GPP2 X.P0019 v0.1.3, 'Broadcast-multicast services (bcmcs) framework draft document,' August 2003 

  3. P. Agashe, R. Rezaiifar, P. Bender, and QUALCOMM, 'Cdma2000 high rate broadcast packet data air interface design,' IEEE Communications Magazine, vol. 42, no.2, pp. 83-89, February 2004 

  4. 3GPP2 C.S0054 v1.0, 'Cdma2000 high rate broadcast-multicast packet data air interface specification,' February 2004 

  5. R. E. Blahut, Theory and Practice of Error Control Codes, Addison-Wesley, 1983 

  6. W. J. Ebel and W. H. Tranter, 'The performance of Reed-Solomon codes on a bursty-noise channel,' IEEE Transactions on Communications, vol. 43, no. 234, pp. 298-306, February/March/ April 1995 

  7. ISO/IEC 14496-2, Coding of Audio-Visual Objects - Part2, May 2004 

  8. 3GPP2 C.S0024 33.0, 'Cdma2000 high rate packet data air interface specification,' December 2001 

  9. K. Kang and J. Cho and H. Shin, 'Dynamic packet scheduling for cdma2000 1xEV-DO Broadcast/ Multicast services,' Proceeding of IEEE Wireless Communications and Networking Conference, vol.4, pp.2393-2399, March 2005 

  10. W. Li, F. Ling, and H. Sun, 'Bitplane coding of dct coefficients,' ISO/IEC JTCl/SC29/WG11, MPEG97/M2691, October 1997 

  11. W. Li and Y. Chen, 'Experiment result on fine granularity scalability,' ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, MPEG99/M4792, March 1999 

  12. M. Zorzi and R. R. Rao, 'On the statistics of block errors in bursty channels,' IEEE Transactions on Communications, vol. 45, pp, 660-667, June 1997 

  13. M. Zorzi, R. R. Rao, and L. B. Milstein, 'Error statistics in data transmission over fading channels,' IEEE Transactions on Communications, vol. 46, no. 11, pp, 1468-1477, November 1998 

  14. 조용진, 조용우, 김준우, 강경태, 신현식, 'cdma2000 브로드캐스트 네트워크에서의 에러 복구 성능 분석,' 한국정보과학회 추계학술발표회 논문집, 제32권 제2호, 157-159쪽, 2005년 12월 

  15. A. Pearmain, A. Carvalho, A. Hamosfakidis, and J. Cosmas, 'The momusys mpeg-4 mobile multimedia terminal,' Proceeding of 3rd ACTS Mobile Summit Conference, pp. 224-229, June 1998 

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