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 Networks원문보기
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.
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.
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...
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 channel. The BCMCS network uses Reed-Solomon coding integrated with the MAC protocol for error recovery. We analyze this coding technique and show that it is not effective in the case of slowly moving mobiles. To improve the playback quality of an MPEG-4 FGS video stream, we propose the Hybrid error recovery scheme, which combines Reed-Solomon with ARQ, using slots which are saved by reducing the Reed-Solomon coding overhead. The target packets to be retransmitted are prioritized by a utility function to reduce the packet error rate in the application layer within a fixed retransmission budget. This is achieved by considering of the map of the error control block at each mobile node. The proposed Hybrid error recovery scheme also uses the characteristics of MPEG-4 FGS (fine granularity scalability) to improve the video quality even when conditions are adverse: slow-moving nodes and a high error rate in the physical channel.
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 channel. The BCMCS network uses Reed-Solomon coding integrated with the MAC protocol for error recovery. We analyze this coding technique and show that it is not effective in the case of slowly moving mobiles. To improve the playback quality of an MPEG-4 FGS video stream, we propose the Hybrid error recovery scheme, which combines Reed-Solomon with ARQ, using slots which are saved by reducing the Reed-Solomon coding overhead. The target packets to be retransmitted are prioritized by a utility function to reduce the packet error rate in the application layer within a fixed retransmission budget. This is achieved by considering of the map of the error control block at each mobile node. The proposed Hybrid error recovery scheme also uses the characteristics of MPEG-4 FGS (fine granularity scalability) to improve the video quality even when conditions are adverse: slow-moving nodes and a high error rate in the physical channel.
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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.
제안 방법
본 연구에서는 실험을 위해 채널당 가입자 수가 균등 하게 분포된 4개의 비디오 채널을 브로드캐스트하는 환 경을 사용하였다. 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.
05까지를 가변적으로 조정하였다. 리드-솔로몬 코드는 하이브리드 방식을 사용하지 않은 (16, 12, 4) 코드와 하 이브리드 방식을 사용한 (16, 13, 3)*, (16, 14, 2)* 코드(*는 하이브리드 방식을 사용함을 의미함)를 사용하여 실험 하였으며, 에러 제어 블록의 M(ECB 행당 MAC 패킷 의 수) 값은'가장 좋은 복구 성능을 취하기 위하여 16 을 사용하였다. 이러한 다양한 조건을 바탕으로 수행한 실험을 통해 에러 복구 후 상위 계층으로 전달되는 패 킷의 에러 정보를 얻었으며, 이 정보를 반영하여 MPEG-4 FGS 비디오의 품질을 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio) 측면에서 도출하였다.
모든 모바일 노드는 손실된 패킷에 대한 유틸리티 함 수 값을 계산하여 보고하며 이렇게 재전송 요청된 패킷 들의 유틸리티 함수 값을 토대로 재전송할 패킷들을 스 케줄링 한다. 이를 통해 모든 모바일 노드의 상위 계층 에러 손실을 줄이고 비디오의 평균 재생 품질을 향상시 킬 수 있다.
이와 같은 개념을 반영하기 위하여 손실된 패킷에 대한 중요도를 수식화하기 위한 유틸리티함수를 제안하였으며, 재전송 패킷에 대한 스케줄링은 각 손 실 패킷들의 유틸리티 값을 토대로 이루어진다. 본 연구에서는 가능한 실제와 흡사한 채 널 모델을 활용하여 기존의 리드-솔로몬에러 교정방법과 제안한 하이브리 드 에러 복구 방법의 성능을 비교하였다. 더불어 하이브리드에러 복구 방법의 성능 개선이 응용계층의 MPEG-4 FGS 비디오의 재생 품질을 크게 향상시키며, 이러한 결과는 비단 특정 조건 즉 이동성이 작은 환경에만 국한되지 않고, 특히 채널의 패킷에러율이 크거나 혹은 서비스 지역 내의 브로드 캐스트 서비스 가입자의 수가 증가하는 경우에도 적용될 수 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 실험을 위해 채널당 가입자 수가 균등 하게 분포된 4개의 비디오 채널을 브로드캐스트하는 환 경을 사용하였다. 각 채널로 전송되는 비디오는 초당 30 개 프레임을 응용 계층에 전달하는 Foreman MPEG-4 FGS 스트림을 사용하였다.
본 연구에서는 현재 리드-솔로몬 코딩의 손실된 패킷 에 대한 복구 성능을 다양한 채널 환경과 모바일 노드 의 이동 패턴을 적용해서 분석하였다. 그 결과 리드-솔 로몬 코딩은 모바일 노드의 이동성이 현저히 떨어지거 나, 채널의 패킷 에러율(Packet Error Rate)이 크게 증가하는 환경에서 성능이 크게 저하된다는 것을 확인하였으며, 이를 보완하기 위해서 하이브리드 방식의 에러 복구 기법을 제안하였다.
둘째, 최소의 재전송으로 최대의 효과를 거두도록 설계함으로 써 제한된 개수의 슬롯을 충분히 활용할 수 있도록 해 야 한다. 이 두 가지 사항을 모두 반영하여 모든 손실된 패킷들의 중요도를 수식화 하였으며, 이 과정은 본 연구에서 제안한 유틸리티 함수를 통해 이루어진다. 이는 다 음의 예를 통해 좀 더 구체적으로 살펴보도록 하겠다.
리드-솔로몬 코드는 하이브리드 방식을 사용하지 않은 (16, 12, 4) 코드와 하 이브리드 방식을 사용한 (16, 13, 3)*, (16, 14, 2)* 코드(*는 하이브리드 방식을 사용함을 의미함)를 사용하여 실험 하였으며, 에러 제어 블록의 M(ECB 행당 MAC 패킷 의 수) 값은'가장 좋은 복구 성능을 취하기 위하여 16 을 사용하였다. 이러한 다양한 조건을 바탕으로 수행한 실험을 통해 에러 복구 후 상위 계층으로 전달되는 패 킷의 에러 정보를 얻었으며, 이 정보를 반영하여 MPEG-4 FGS 비디오의 품질을 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio) 측면에서 도출하였다. 그리고 이 값의 비교를 통해 제안한 하이브리드 에러 복구 기법의 우수성을 입증 하였다.
본 연구에서는 현재 리드-솔로몬코딩의 손실된 패킷에 대한 교정 성능을 다양한 채널 환경과 모바일 노드의 이동 패턴을 적용해서 분석하였으며, 그 결과 특정 조건 즉 노드의 이동성이 현격히 떨어지거나 채널의 패킷 에러율이 큰 환경에서의 복구율이 크게 저하됨을 확인하였다. 이에 대처하고 자 기존의 리드-솔로몬에 기반한 에러 복구기법의 코딩오버헤드를 줄여서 그 결과로 얻어진 추가의 대역을 활용하여 재전송하는 하이브리드 방식의 에러 복구기법을 제안하였다. 주어진 대역을 충분히 활용하기 위하여 재전송 시에도 비디오의 재생에 대한 공헌도가 큰데이타에 우선순위를 두며, 더불어 최소의 재전송으로 최대한 많은 패킷을 복구할 수 있도록 하였다.
주어진 대역을 충분히 활용하기 위하여 재전송 시에도 비디오의 재생에 대한 공헌도가 큰데이타에 우선순위를 두며, 더불어 최소의 재전송으로 최대한 많은 패킷을 복구할 수 있도록 하였다. 이와 같은 개념을 반영하기 위하여 손실된 패킷에 대한 중요도를 수식화하기 위한 유틸리티함수를 제안하였으며, 재전송 패킷에 대한 스케줄링은 각 손 실 패킷들의 유틸리티 값을 토대로 이루어진다. 본 연구에서는 가능한 실제와 흡사한 채 널 모델을 활용하여 기존의 리드-솔로몬에러 교정방법과 제안한 하이브리 드 에러 복구 방법의 성능을 비교하였다.
이에 대처하고 자 기존의 리드-솔로몬에 기반한 에러 복구기법의 코딩오버헤드를 줄여서 그 결과로 얻어진 추가의 대역을 활용하여 재전송하는 하이브리드 방식의 에러 복구기법을 제안하였다. 주어진 대역을 충분히 활용하기 위하여 재전송 시에도 비디오의 재생에 대한 공헌도가 큰데이타에 우선순위를 두며, 더불어 최소의 재전송으로 최대한 많은 패킷을 복구할 수 있도록 하였다. 이와 같은 개념을 반영하기 위하여 손실된 패킷에 대한 중요도를 수식화하기 위한 유틸리티함수를 제안하였으며, 재전송 패킷에 대한 스케줄링은 각 손 실 패킷들의 유틸리티 값을 토대로 이루어진다.
하이브리드 방법은 리드-솔로 몬 코딩의 패리티 정보에 해당하는 부분인 코딩 오버헤 드를 줄이는 대신 이로 인해 얻어진 여분의 대역을 활 용하여 손실된 패킷을 재전송한다. 즉 현재의 리드-솔로 몬 코딩과 재전송 복구 방법을 혼용하여 복구를 수행한다. 이때 손실된 패킷들 중에 재전송하였을 경우보다 이득이 큰 패킷을 재전송하는데, 이는 응용 계층의 MPEG-4 FGS[기의 특징을 이용해서 이루어진다.
이론/모형
002에 대해 비교한 것이다. 실험에는 기존의 리드- 솔로몬 코딩만 사용한 (16, 12, 4)코드와 하이브리드 방 식을 사용한 (16, 13, 3)*, (16, 14, 2)* 코드를 사용하였다. 모바일 노드의 수는 20개와 40개를 사용하였는데, 이는 하이브리드 방법이 고정된 개수의 전송 슬롯을 활용하여 재전송을 하는 방식이어서 에러 복구 성능이 모바일 노드의 수에 의존적이기 때문이다.
성능/효과
본 연구에서는 현재 리드-솔로몬 코딩의 손실된 패킷 에 대한 복구 성능을 다양한 채널 환경과 모바일 노드 의 이동 패턴을 적용해서 분석하였다. 그 결과 리드-솔 로몬 코딩은 모바일 노드의 이동성이 현저히 떨어지거 나, 채널의 패킷 에러율(Packet Error Rate)이 크게 증가하는 환경에서 성능이 크게 저하된다는 것을 확인하였으며, 이를 보완하기 위해서 하이브리드 방식의 에러 복구 기법을 제안하였다. 하이브리드 방법은 리드-솔로 몬 코딩의 패리티 정보에 해당하는 부분인 코딩 오버헤 드를 줄이는 대신 이로 인해 얻어진 여분의 대역을 활 용하여 손실된 패킷을 재전송한다.
실제와 유사한 환경에서의 광범위한 실험을 통해 본 논문이 제안한 하이브리드 에러 복구 방법이 모바일 노드의 느린 이동성과 높은 패킷 에러율 같은 열악한 환경에서는 물론이고 그 밖의 일반적인 서비스 환경에서도 보다 향상된 에러 복구 성능을 보임을 확인 하였다. 그 결과 모바일 노드들의 평균적인 비디오 재생 품질도 크게 향상되었다. 이를 통해 브로드캐스트 혹은 멀티캐스트 네트워크에서 보다 고신뢰, 고품질의 멀티미 디어 서비스가 가능하며 모든 가입자 노드에게 보다 부 드럽고 끊김 없는 비디오 스크린을 제공할 수 있을 것으로 예상된다.
즉 채널의 상태가 좋을 때는 모바일 노드 의 수와 상관없이 비슷한 수준의 복구 성능을 보인다. 그러나 채널의 상태가 악화되어 수신단의 패킷 에러율 이 증가하면 제안한 하이브리드 에러 복구 방법의 복구 후 평균 패킷 에러율이 상대적으로 크게 감소함을 알 수 있다. 이는 채널의 상태가 나빠질수록 에러가 더 연 속적으로 발생하기 때문에 리드-솔로몬 에러 교정 방법의 성능이 급감함을 보여준다, 그러나 이러한 경우에도 하이브리드 에러 복구 방법은 기 설명한 바와 같이 최소의 재전송으로 가능한 많은 손실 패킷들을 복구할 수 있기 때문에 복구 후 상대적으로 훨씬 낮은 평균 패킷 에러율을 보인다.
002 모두 제안한 하이브리드 방식이 기존의 리드-솔로몬 코딩에 비해 복구 후 평균 패킷 에러율이 낮고 이 차이는 기본 계충의 경우에 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 그리고 모바일 노드의 수가 40으로 증가하면 20일 때에 비해 하이브리드 방법의 복구 후 패킷 에 러율이 다소 증가하지만, 여전히 리드-솔로몬 코딩에 비해 복구율이 향상되며 기본 계충의 패킷 에러율도 상당히 크게 감소한다는 것도 알 수 있다. 즉 하이브리드 방 식을 이용하면 MPEG-4 FGS 비디오의 디코딩에 공헌 도가 훨씬 큰 기본 계층의 패킷 에러율을 큰 폭으로 감 소 시킴으로써 보다 향상된 재생 품질을 얻을 수 있으며 화면의 끊김 현상을 크게 줄일 수 있다.
이러한 다양한 조건을 바탕으로 수행한 실험을 통해 에러 복구 후 상위 계층으로 전달되는 패 킷의 에러 정보를 얻었으며, 이 정보를 반영하여 MPEG-4 FGS 비디오의 품질을 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio) 측면에서 도출하였다. 그리고 이 값의 비교를 통해 제안한 하이브리드 에러 복구 기법의 우수성을 입증 하였다.
채널 수신단의 평균 패킷 에러율은 3%와 5%이며 서비스 지역내의 가입자 수는 20과 40으로 실험하였다. 그림에서 보여주는 바와 같이 하이브리드 복구 방식을 사용하였을 경우에 평균 비디오 품질이 향상 되었으며, 특히 페이딩 값이 0.001과 같이 작을 때 즉 노드의 이 동성이 작거나 채널 수신단의 평균 패킷 에러율이 증가 할 때 그 폭이 훨씬 커짐을 알 수 있다. 또한 증가폭이 다소 감소하기는 하지만 노드의 수가 40일 때에도 여전 히 평균 PSNR 값이 증가하며, 특히 (16, 14, 2)* 코드를 사용하였을 때에 평균 PSNR 값이 가장 좋음을 확인할 수 있다.
반면 (16, 12, 4) 코드는 두 계층을 구분하여 교정하는 방식이 아니기 때문에 복구 후에 두 계층의 평균 패킷 에러율은 같을 수 밖에 없고, 따라서 평균 패킷 에러율만 표시하였다. 그림을 통해서 페이딩 값 0.001, 0.002 모두 제안한 하이브리드 방식이 기존의 리드-솔로몬 코딩에 비해 복구 후 평균 패킷 에러율이 낮고 이 차이는 기본 계충의 경우에 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 그리고 모바일 노드의 수가 40으로 증가하면 20일 때에 비해 하이브리드 방법의 복구 후 패킷 에 러율이 다소 증가하지만, 여전히 리드-솔로몬 코딩에 비해 복구율이 향상되며 기본 계충의 패킷 에러율도 상당히 크게 감소한다는 것도 알 수 있다.
본 연구에서는 가능한 실제와 흡사한 채 널 모델을 활용하여 기존의 리드-솔로몬에러 교정방법과 제안한 하이브리 드 에러 복구 방법의 성능을 비교하였다. 더불어 하이브리드에러 복구 방법의 성능 개선이 응용계층의 MPEG-4 FGS 비디오의 재생 품질을 크게 향상시키며, 이러한 결과는 비단 특정 조건 즉 이동성이 작은 환경에만 국한되지 않고, 특히 채널의 패킷에러율이 크거나 혹은 서비스 지역 내의 브로드 캐스트 서비스 가입자의 수가 증가하는 경우에도 적용될 수 있음을 확인하였다. 이와 같이 데이타 송수신에 발생하는데이타 손실을 효율적으로 처리함으로써 무선 패킷망에서의 멀티미디어 서비스에 대한 기대를 충분히 충족시킬 수 있을 것으로 예상된다.
첫째, 끊김 없는 부드러운 비디오 스크린을 제공하기 위해서 비디오 디코딩에 더욱 중요한 기본 계층의 패킷을 확장 계층의 패킷보다 우선적으로 복구해야 한다. 둘째, 최소의 재전송으로 최대의 효과를 거두도록 설계함으로 써 제한된 개수의 슬롯을 충분히 활용할 수 있도록 해 야 한다. 이 두 가지 사항을 모두 반영하여 모든 손실된 패킷들의 중요도를 수식화 하였으며, 이 과정은 본 연구에서 제안한 유틸리티 함수를 통해 이루어진다.
001과 같이 작을 때 즉 노드의 이 동성이 작거나 채널 수신단의 평균 패킷 에러율이 증가 할 때 그 폭이 훨씬 커짐을 알 수 있다. 또한 증가폭이 다소 감소하기는 하지만 노드의 수가 40일 때에도 여전 히 평균 PSNR 값이 증가하며, 특히 (16, 14, 2)* 코드를 사용하였을 때에 평균 PSNR 값이 가장 좋음을 확인할 수 있다. 모바일 노드의 이동성이 커져 페이딩 값이 0.
위의 그림 5와 그림 6을 통해 제안한 하이브리드 에 러 복구 방법이 느린 모바일 노드에 대해서뿐만 아니라 빠른 모바일 노드에 대해서도 기존의 방식에 비해 향상 된 복구 성능을 보임을 확인하였다. 또한 특정 비디오 채널에 대한 가입자 수가 증가하거나, 채널의 수신 상태 가 악화되어도 좋은 복구 성능을 보이며, 특히 기본 계 층의 패킷을 우선적으로 복구함으로써 응용 계층의 비 디오 재생 품질을 크게 향상 시킴을 알 수 있다.
본 연구에서는 현재 리드-솔로몬코딩의 손실된 패킷에 대한 교정 성능을 다양한 채널 환경과 모바일 노드의 이동 패턴을 적용해서 분석하였으며, 그 결과 특정 조건 즉 노드의 이동성이 현격히 떨어지거나 채널의 패킷 에러율이 큰 환경에서의 복구율이 크게 저하됨을 확인하였다. 이에 대처하고 자 기존의 리드-솔로몬에 기반한 에러 복구기법의 코딩오버헤드를 줄여서 그 결과로 얻어진 추가의 대역을 활용하여 재전송하는 하이브리드 방식의 에러 복구기법을 제안하였다.
이를 통해 모든 모바일 노드의 상위 계층 에러 손실을 줄이고 비디오의 평균 재생 품질을 향상시 킬 수 있다. 실제와 유사한 환경에서의 광범위한 실험을 통해 본 논문이 제안한 하이브리드 에러 복구 방법이 모바일 노드의 느린 이동성과 높은 패킷 에러율 같은 열악한 환경에서는 물론이고 그 밖의 일반적인 서비스 환경에서도 보다 향상된 에러 복구 성능을 보임을 확인 하였다. 그 결과 모바일 노드들의 평균적인 비디오 재생 품질도 크게 향상되었다.
앞서 언급한대로 비록 페이딩 값이 크고 채널의 패킷 에러율이 낮아 기존의 복구 방식과 하이브리드 에러 복 구 방법의 결과적인 평균 PSNR 값 차이는 매우 작더 라도, 개별적인 노드에서의 PSNR 값 추이를 보면 제안한 하이브리드 에러 복구 방법의 우수성을 쉽게 확인할 수 있다. 그림 8은 채널 수신단의 평균 패킷 에러율이 3%이고 서비스 지역 내 총 노드의 수가 40일 때 임의 의한 노드를 선택한 후, 그 노드에서 재생되는 비디오 의 PSNR 추이를 그래프로 보여주고 있다.
위의 그림 5와 그림 6을 통해 제안한 하이브리드 에 러 복구 방법이 느린 모바일 노드에 대해서뿐만 아니라 빠른 모바일 노드에 대해서도 기존의 방식에 비해 향상 된 복구 성능을 보임을 확인하였다. 또한 특정 비디오 채널에 대한 가입자 수가 증가하거나, 채널의 수신 상태 가 악화되어도 좋은 복구 성능을 보이며, 특히 기본 계 층의 패킷을 우선적으로 복구함으로써 응용 계층의 비 디오 재생 품질을 크게 향상 시킴을 알 수 있다.
02일 때 즉 노드가 상대적으로 더 빨리 움직일 때에는 복구율이 증가한다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 모바일 노드가 빨리 이동하는 경우보다 천천히 이동하는 경우에 기존의 리드-솔로몬 코딩의 에러 복구 성능이 상대적으로 크게 감소한다는 것을 알 수 있다.
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. 이로 인해 채널 상태가 나쁠 경우 비디오 데이타를 수신하는 과정에서 잦은 화면 끊김과 같은 재생 품질 저하가 발 생하게 된다.
그리고 모바일 노드의 수가 40으로 증가하면 20일 때에 비해 하이브리드 방법의 복구 후 패킷 에 러율이 다소 증가하지만, 여전히 리드-솔로몬 코딩에 비해 복구율이 향상되며 기본 계충의 패킷 에러율도 상당히 크게 감소한다는 것도 알 수 있다. 즉 하이브리드 방 식을 이용하면 MPEG-4 FGS 비디오의 디코딩에 공헌 도가 훨씬 큰 기본 계층의 패킷 에러율을 큰 폭으로 감 소 시킴으로써 보다 향상된 재생 품질을 얻을 수 있으며 화면의 끊김 현상을 크게 줄일 수 있다.
따라서 이러한 재전 송 패킷 선정을 위하여 크게 두 가지를 고려해야 한다. 첫째, 끊김 없는 부드러운 비디오 스크린을 제공하기 위해서 비디오 디코딩에 더욱 중요한 기본 계층의 패킷을 확장 계층의 패킷보다 우선적으로 복구해야 한다. 둘째, 최소의 재전송으로 최대의 효과를 거두도록 설계함으로 써 제한된 개수의 슬롯을 충분히 활용할 수 있도록 해 야 한다.
후속연구
그 결과 모바일 노드들의 평균적인 비디오 재생 품질도 크게 향상되었다. 이를 통해 브로드캐스트 혹은 멀티캐스트 네트워크에서 보다 고신뢰, 고품질의 멀티미 디어 서비스가 가능하며 모든 가입자 노드에게 보다 부 드럽고 끊김 없는 비디오 스크린을 제공할 수 있을 것으로 예상된다.
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