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패킷 손실에 대한 스케일러블 비디오(SVC) 적응기법 및 성능분석
Adaptation of SVC to Packet Loss and its Performance Analysis 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.14 no.6, 2009년, pp.796 - 806  

장의덕 (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부) ,  김재곤 (한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부) ,  (한국전자통신연구원 IPTV연구부) ,  강정원 (한국전자통신연구원 IPTV연구부)

초록
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SVC(Scalable Video Coding)는 시간-공간-화질의 다양한 스케일러빌러티를 통하여 이종의 망과 다양한 단말 환경에서 컨버전스 미디어 서비스를 제공하기 위한 새로운 비디오 부호화 표준이다. 본 논문에서는 IP 망에서의 패킷 손실(packet loss)로 인한 SVC의 성능을 분석하고 이를 바탕으로 버퍼 넘침(buffer overflow)으로 인한 패킷 손실에 대한 효과적인 SVC 적응(adaptation) 기법을 제시 한다. 특히, IP 망을 통하여 전송되는 SVC는 시간, 공간 스케일러빌리티뿐만 아니라 많은 수의 화질 계층을 포함하여 패킷 기반의 적응에 효과적인 MGS(Medium-Grained Scalability) 기반의 화질 스케일러빌리티를 포함하는 것으로 가정한다. MGS를 포함한 SVC의 패킷 손실로 인한 품질의 영향을 분석한다. 본 논문의 MGS SVC 적응 기법은 접근단위(AU: Access Unit) 또는 GOP 단위로 적응단위를 설정하고 적응단위의 지연이 허용된다는 가정 하에 적응단위내에서 패킷 간의 의존성이 낮은 패킷부터 선택적으로 제거함으로써 패킷 손실로 인한 화질 열화를 최소화하도록 한다. 모의실험을 통하여 패킷 손실로 인한 품질 성능을 정량적으로 분석하고 제안한 적응 기법이 패킷 손실에 효과적으로 대응할 수 있음을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

SVC (Scalable Video Coding) is a new video coding standard to provide convergence media service in heterogeneous environments with different networks and diverse terminals through spatial-temporal-quality combined flexible scalabilities. This paper presents the performance analysis on packet loss in...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 AU 단위와 GOP 단위의 두 가지 적응단위를 정의하고 이에 대한 다양한 패킷 손실율에서 화질 성능을 분석하였다. 인터넷 패킷 손실 모델을 사용한 모의실험에서 IP 망에서의 패킷 손실이 심각한 화질 열화를 초래함을 확인하고, 제안된 적응 기법은 추가적인 데이터 손실을 막으면서 패킷 손실을 처리할 수 있음을 확인 하였다.
  • 본 논문에서는 IP 망에서 패킷 손실이 SVC의 복호 비디오의 품질에 영향을 분석하고 이를 바탕으로 패킷 손실로 인한 화질 열화의 문제점을 해결하기 위한 적응 기법을 제시하였다. MGS 기반의 SVC는 많은 수의 화질 향상계층으로 스케일러빌리티를 구성함으로써 패킷 기반의 적응을 제공해 IP 망에서의 패킷 손실이나 시변의 가용 대역폭에 유연하게 대응할 수 있는 효과적인 스케일러빌리티이다.
  • 전술한 바와 같이 IP 망에서의 임의의 패킷 손실은 손실된 패킷에 의한 화질 열화뿐만 아니라 패킷 손실이 발생한 비트스트림을 복호 가능하게 하기 위한 추가적인 패킷 제거로 심각한 화질 열화를 초래하게 된다. 본 논문에서는 간단한 SVC 적응 기법을 도입하여 패킷 손실에 의한 화질 열화를 최소화하고자 한다.
  • IP 망에서의 패킷 손실은 전송오류로 인한 손실과 트래픽 혼잡에 따른 버퍼 넘침에 의한 손실로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 임의의 패킷 손실로 인한 SVC의 시공간 화질 성능을 분석하고, 이를 바탕으로 버퍼 넘침에 의한 패킷 손실에 대응하기 위한 SVC의 적응에 대해서 다룬다. IP 망에서 SVC의 효과적인 전송 및 적응은 SVC의 스케일러빌리티를 충분히 활용할 수 MANE(Media-Aware Network Element)의 지원을 전제로 한다[4][5].
  • 먼저 MGS 기반의 SVC 전송 시 패킷 손실 발생으로 인한 SVC의 시공간 화질 성능을 분석하여 패킷 손실의 영향을 고찰한다. 이를 바탕으로 패킷 손실로 인한 화질 열화를 개선하기 위한 SVC의 적응 기법을 제안한다. 본 논문의 MGS 기반의 SVC 적응 기법은 접근단위(AU) 또는 GOP 단위로 적응단위(adaptation unit)를 설정하고 적응 단위의 지연이 허용된다는 가정 하에 적응단위 내에서 패킷 간의 의존성이 낮은 패킷부터 선택적으로 제거함으로써 패킷 손실로 인한 화질 열화를 최소화하도록 한다.
  • 본 장에서는 MGS 기반의 SVC를 가정하고 IP 망에서의 패킷 손실이 발생한 경우 수신된 SVC의 복호 영상의 화질에 미치는 영향을 분석한다. 이를 바탕으로 패킷 손실의 영향을 최소화하기 위한 SVC의 적응 기법을 제시한다.

가설 설정

  • SVC의 각 스케일러빌리티 계층은 하나의 NALU으로 구성되고 각 NALU은 하나의 RTP 패킷으로 패킷화 된다고 가정한다. 패킷 손실은 인터넷 패킷 손실 모델[12]을 사용하여 IP 망에서의 패킷 손실 패턴을 반영하였다.
  • IP 망에서 SVC의 효과적인 전송 및 적응은 SVC의 스케일러빌리티를 충분히 활용할 수 MANE(Media-Aware Network Element)의 지원을 전제로 한다[4][5]. 본 논문의 적응 기법은 MANE가 SVC 의 NAL(Network Adaptation Layer) 헤더정보를 처리하고 흐름(flow) 단위로 버퍼 관리를 할 수 있는 것으로 가정한다[6]. SVC는 시간, 공간 스케일러빌리티 뿐만 아니라 많은 화질 계층을 구성함으로써 패킷 손실에 대한 패킷 기반의 유연한 화질 적응을 제공하는 MGS 기반의 SVC를 고려한다.
  • 패킷 손실은 인터넷 패킷 손실 모델[12]을 사용하여 IP 망에서의 패킷 손실 패턴을 반영하였다. 이때, 각 AU의 기저계층에 해당하는 패킷은 손실되지 않는 것으로 가정한다. 또한 각 NALU의 각 계층에 해당하는 부호화 데이터를 포함함으로 패킷의 길이는 서로 다르며 실험에서 사용한 시퀀스의 경우 그림 3과 같은 분포를 가진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SVC는 무엇인가? SVC(Scalable Video Coding)는 시간-공간-화질의 다양한 스케일러빌러티를 통하여 이종의 망과 다양한 단말 환경에서 컨버전스 미디어 서비스를 제공하기 위한 새로운 비디오 부호화 표준이다. 본 논문에서는 IP 망에서의 패킷 손실(packet loss)로 인한 SVC의 성능을 분석하고 이를 바탕으로 버퍼 넘침(buffer overflow)으로 인한 패킷 손실에 대한 효과적인 SVC 적응(adaptation) 기법을 제시 한다.
간단한 처리만으로 효율적인 비디오 적응을 제공하기 위해서는 무엇이 요구되는가? 간단한 처리만으로 효율적인 비디오 적응을 제공하기 위해서는 스케일러블 비디오 포맷이 요구된다. 이러한 배경의 일환으로 ITU-T VCEG(Video Coding Experts Group)과 ISO/IEC MPEG(Moving Picture Experts Group)의 공동작업반인 JVT(Joint Video Team)에서 새로운 스케일러블 비디오 부호화 표준으로 H.
ITU-T VCEG과 ISO/IEC MPEG의 공동작업반인 JVT(Joint Video Team)에서 새로운 스케일러블 비디오 부호화 표준으로 H.264/AVC의 확장 표준인 SVC 표준을 완료하게 된 배경은 무엇인가? 간단한 처리만으로 효율적인 비디오 적응을 제공하기 위해서는 스케일러블 비디오 포맷이 요구된다. 이러한 배경의 일환으로 ITU-T VCEG(Video Coding Experts Group)과 ISO/IEC MPEG(Moving Picture Experts Group)의 공동작업반인 JVT(Joint Video Team)에서 새로운 스케일러블 비디오 부호화 표준으로 H.
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참고문헌 (12)

  1. S.-F Chang, A. Vetro, 'Video adaptation: concepts, technologies, and open issues', Proceedings of the IEEE, vol. 93, pp.148-158, Jan. 2005 

  2. T. Wiegand, G. J. Sullivan, J. Scharz, and M. Wien, 'Joint Draft 11 of SVC Amendment,' Joint Video Team, doc. JVT-X201, Geneva, Switzerland, July 2007 

  3. H. Schwarz, D. Marpe, T. Wiegand, 'Overview of the Scalable Video Coding Extension of the H.264/AVC Standard,' IEEE Trans. CSVT, vol. 17, no. 9, pp.1103-1120, Sept. 2007 

  4. S. Wenger, Y.-K. Wang, and T. Schierl, 'Transport and signaling of SVC in IP networks,' IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 17, no. 9, pp. 1164-1173, Sep. 20007 

  5. Y.-K. Wang, M. M. Hannuksela, S. Pateux, A. Eleftheriadis, and S. Wenger, 'System and transport interface of SVC,' IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 17, no. 9, pp. 1149-1163, Sep. 20007 

  6. J. M. Monterio, C. T. Calafate, and M. S. Nunes, 'Evaluation of the H.264 scalable video coding in error prone IP networks', IEEE Trans. Broadcasting, vol. 54, no. 3, pp. 652-659, Sep. 2008 

  7. T. C. Thang, J. W. Kang, J.-J Yoo, J.-G. Kim, 'Multilayer adaptation for MGS-based SVC bitstream,' in Proc. ACM Multimedia 2008, Oct. 2008 

  8. T. C. Thang, J.-G. Kim, J. W. Kang, J.-J Yoo, 'SVC adaptation: Standard tools and supporting methods,' Signal Processing: Image Comm., vol. 24, no. 3, pp. 214-228, Oct. 2009 

  9. A. Elleftheriadis and S. Wenger, 'System and transport Internet of SVC,' IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 17, no. 9, pp. 1149-1163, Sep. 2007 

  10. L. Amonou, N. Cammas, S. Kervadec, and S. Pateux, 'Optimized rate-distortion extraction with quality layer in the scalable extension of H.264/AVC,' IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 17, no 9, pp. 1186-1193, Sep. 2007 

  11. J. Reichel, H. Schwarz, and M. Wien, Joint Scalable Video Model 11 (JSVM 11), Joint Video Team, Doc. JVT-X202, Jul. 2007 

  12. Y. Guo, H. Q. Li and Y. K. Wang, 'SVC/AVC loss simulator,' ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, JVT-Q069, Oct. 2005 

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