[논문]리눅스 서버를 이용한 동영상 데이터 실시간 스트리밍 서비스 연구

장승주; 허원영; 유현민; 이창훈; 신우호

doi:10.6109/jkiice.2013.17.4.893

리눅스 서버를 이용한 동영상 데이터 실시간 스트리밍 서비스 연구
A Study of Real-Time Video Streaming Data Service on the Linux Server 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.17 no.4, 2013년, pp.893 - 901

장승주 (동의대학교 컴퓨터공학과) , 허원영 (한국과학영재학교) , 유현민 (한국과학영재학교) , 이창훈 (한국과학영재학교) , 신우호 (한국과학영재학교)

초록
AI-Helper

본 논문은 안드로이드 시스템 환경에서 리눅스 서버 시스템을 통하여 실시간으로 동영상을 스트리밍 서비스하는 시스템을 제안한다. 본 연구에서 개발한 어플리케이션으로 동영상을 촬영함과 동시에 스트림 데이터를 생성하고, 이 데이터를 Apache Tomcat 서버의 MultipartRequest 클래스를 이용하여 리눅스 서버로 전송하는 기능을 구현하였다. 또한, 안드로이드의 비디오 플레이어와 미디어 플레이어 클래스를 이용하여 실시간으로 동영상 스트림 데이터를 비디오 플레이어에서 재생하는 방식과 캐시(cache)에 스트림 데이터를 저장함과 동시에 미디어 플레이어를 이용하여 재생을 하는 방법을 개발하였다. 본 논문에서 제안한 시스템 구조와 어플리케이션이 설계된 실험 과정을 통한 실험의 결과, 모두 정상적으로 동작이 된다는 것을 확인 할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper suggests a method of developing live media streaming service through Linux server system on android system environment. The android application constructed in the experiment is able to record media while sending it to Linux server. Generated real time media data is send to linux server through Multipart Request class of Apache Tomcat server constructed on Linux system. Also in this research, by utilizing Android video player and media player class, development of android application structures was accomplished, which has methods of; playing live media stream data on video server, or playing live media stream data while saving stream data in cache. The structure and function of suggested system and application is confirmed by series of experiments.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 장에서는 본 논문에서 개발한 어플리케이션이 작동하는 세부적 흐름에 대하여 설명할 것이다. 본 논문에서는 두 가지 방식으로 동영상 스트림 데이터를 실시간으로 수신하는 어플리케이션을 개발하였다. 하나는 안드로이드에 내장되어 있는 비디오 플레이어를 Intent하여 데이터를 받는 방식이고, 다른 하나는 안드로이드의 캐시 파일을 이용하여 실시간으로 시청하는 방식이다.
본 논문에서는 안드로이드 환경에서 실시간으로 동영상 데이터를 스트리밍 서비스하는 것에 대해 설명할 것이다. 본 논문의 구체적인 연구 내용은 다음과 같다.
본 논문에서는 최근 안드로이드 운영체제를 탑재한 스마트폰의 점유율이 비교적 높은 편이므로 사용자들이 가장 쉽게 접근 가능한 스마트폰 운영체제이라는 점에서 안드로이드 시스템 기반 어플리케이션을 개발하였다. 또한, 오픈소스기반으로접근성이높으며비용과 사양의 요구 사항이 높지 않고 보안성이 뛰어난 리눅스 환경의 서버를 사용하였다.
본 연구에서 리눅스 서버 환경과 안드로이드 클라이언트 환경에서 실시간으로 동영상 촬영 및 전송이 이루어지는지 시험해 보았으며 이러한 내용을 5장에 걸쳐 설명할 것이다. 본 논문의 2장은 시스템 구조, 3장은 본 연구에서 개발한 어플리케이션의 전송 방식, 4장은 어플리케이션의 수신 방식, 5장은 어플리케이션을 이용한 실험, 6장은 결론 및 향후 연구에 대해서 설명할 것이다.
본 장에서는 본 연구에서 개발한 어플리케이션으로 안드로이드 시스템에서 촬영한 동영상 데이터를 스트림 데이터 형태로 리눅스 서버 시스템을 통하여 다른 안드로이드 시스템으로 전송하고, 재생한 결과를 사진으로 보여주고자 한다. 본 연구에서는아래와 같은환경에서 개발 및 실험을 하였으며, 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다.
본 절에서는 비디오 플레이어를 이용하여 동영상 스트림 데이터를 수신하는 어플리케이션의 세부 흐름도에 대해서 설명할 것이다. 아래의 그림 5는 비디오 플레이어를 Intent하여 동영상을 재생하는 어플리케이션의 작동 순서를 나타낸 것이다.
위와 같은 방식으로 작동하는 동영상 데이터 실시간스트리밍 전송 어플리케이션의 성능을 측정하기 위하여, 본논문에서는 총10회에 걸쳐촬영이 완료된동영상 데이터를 서버로 전송하여 서버에서 전체 데이터를 받아들이는 데에까지 소요되는 시간을 측정하였다. 인터넷 환경으로는 WI-FI를 이용하였다.

제안 방법

또한, 오픈소스기반으로접근성이높으며비용과 사양의 요구 사항이 높지 않고 보안성이 뛰어난 리눅스 환경의 서버를 사용하였다. 구체적으로 Apache Tomcat 서버를 설치한 뒤에 해당 서버의 MultipartRequest 클래스를 이용하여 안드로이드 클라이언트에서 동영상을 촬영하였고, 이를 리눅스 서버로 업로드 하는 방법을 이용하였다. 이를 통해 안드로이드 클라이언트에서 리눅스 서버로 동영상을 스트림 데이터의 형태로 전송 할 수있었으며, 안드로이드 클라이언트에서 리눅스 서버로 전송되어 오는 스트림 데이터를 재수신하여 재생할 수 있는 것을 확인하였다.
이 클래스는 파일 스트림을 통하여 서버에 파일을 저장하는 데에 주로 이용된다. 기존에 제안되어온 동영상 데이터 실시간 스트리밍 서비스 시스템에서는 동영상 자체의 코덱 등에 관한 처리를 필요로 하였으나, 본 논문에서 제안하는 시스템은 파일 전송 파일 스트림 자체를 전송하여 저장하는 MultipartRequest 클래스를 이용함으로써 해당 과정이 불필요하다. 또한, 안드로이드 API에서 기본적으로 제공하는 클래스와 Apache Tomcat 서버의 MultipartRequest만을 사용하여 다른 방면에서 활용할 때에도 간편하게 적용시킬 수 있다는 장점이 있다.
다음으로 동영상 데이터 실시간 스트리밍 재생 어플리케이션의 성능을 측정하기 위하여, 본 논문에서는 총 10회에 걸쳐 촬영이 완료되어 서버로 전송된 스트리밍 데이터를 안드로이드 클라이언트 측에서 전송받는데에까지 소요되는 시간을 측정하였다. 인터넷 환경으로는 WI-FI를 이용하였다.
첫째, 안드로이드 시스템에서 동영상을 촬영하여 리눅스 서버로 데이터를 실시간으로 보내는 어플리케이션을 설계하였다. 둘째, 리눅스 환경에서 스트리밍 서버를 구축하여 첫째 단계의 안드로이드 환경에서 보내는 스트림 데이터를 실시간으로 수신하고 추가적으로 스트리밍을 가능하게 하는 환경을 구축하였다. 셋째로, 안드로이드 환경에서 스트리밍 서버의 스트림 데이터를 재생할 수 있는 어플리케이션 개발 및 첫째 단계에서 언급한 어플리케이션과의 통합을 진행하였다.
본 논문에서는 최근 안드로이드 운영체제를 탑재한 스마트폰의 점유율이 비교적 높은 편이므로 사용자들이 가장 쉽게 접근 가능한 스마트폰 운영체제이라는 점에서 안드로이드 시스템 기반 어플리케이션을 개발하였다. 또한, 오픈소스기반으로접근성이높으며비용과 사양의 요구 사항이 높지 않고 보안성이 뛰어난 리눅스 환경의 서버를 사용하였다. 구체적으로 Apache Tomcat 서버를 설치한 뒤에 해당 서버의 MultipartRequest 클래스를 이용하여 안드로이드 클라이언트에서 동영상을 촬영하였고, 이를 리눅스 서버로 업로드 하는 방법을 이용하였다.
본 장에서는 본 연구에서 개발한 어플리케이션으로 안드로이드 시스템에서 촬영한 동영상 데이터를 스트림 데이터 형태로 리눅스 서버 시스템을 통하여 다른 안드로이드 시스템으로 전송하고, 재생한 결과를 사진으로 보여주고자 한다. 본 연구에서는아래와 같은환경에서 개발 및 실험을 하였으며, 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다.
둘째, 리눅스 환경에서 스트리밍 서버를 구축하여 첫째 단계의 안드로이드 환경에서 보내는 스트림 데이터를 실시간으로 수신하고 추가적으로 스트리밍을 가능하게 하는 환경을 구축하였다. 셋째로, 안드로이드 환경에서 스트리밍 서버의 스트림 데이터를 재생할 수 있는 어플리케이션 개발 및 첫째 단계에서 언급한 어플리케이션과의 통합을 진행하였다.
안드로이드 카메라에서 리눅스 서버 시스템으로 카메라 출력 스트림 데이터를 전송하는 어플리케이션과리눅스 서버 시스템으로부터 스트림 데이터를 수신하고 재생할 어플리케이션이 필요한데, 본 연구에서는두 개의 어플리케이션을 통합하여 개발하였다. 다음 그림 2는 본 연구에서 개발한 어플리케이션에서 리눅스 서버 시스템으로 스트림 데이터를 전송하는 시스템 구조이다.
본 논문의 구체적인 연구 내용은 다음과 같다. 첫째, 안드로이드 시스템에서 동영상을 촬영하여 리눅스 서버로 데이터를 실시간으로 보내는 어플리케이션을 설계하였다. 둘째, 리눅스 환경에서 스트리밍 서버를 구축하여 첫째 단계의 안드로이드 환경에서 보내는 스트림 데이터를 실시간으로 수신하고 추가적으로 스트리밍을 가능하게 하는 환경을 구축하였다.

대상 데이터

본 논문은 ‘야외에서의 IP 카메라 어플리케이션을 통한 CCTV'와 ‘안드로이드 클라이언트와의 연결 및 감시, 안드로이드를 통한 실시간 미디어 방송', ‘안드로이드 상에서의 실시간 스트리밍' 등을 참고하였다[4, 5].

이론/모형

위와 같은 방식으로 작동하는 동영상 데이터 실시간스트리밍 전송 어플리케이션의 성능을 측정하기 위하여, 본논문에서는 총10회에 걸쳐촬영이 완료된동영상 데이터를 서버로 전송하여 서버에서 전체 데이터를 받아들이는 데에까지 소요되는 시간을 측정하였다. 인터넷 환경으로는 WI-FI를 이용하였다. 그 결과는 아래의 표 1과 같았다.
특히, 본 논문에서 제안하는 동영상 데이터 실시간스트리밍 서비스에서는 Apache Tomcat 서버에서 사용할 수 있는 MultipartRequest 클래스를 이용하였다. 이 클래스는 파일 스트림을 통하여 서버에 파일을 저장하는 데에 주로 이용된다.

성능/효과

각 소요시간마다 큰 편차는 없이 2초에서 2.2초가량의 시간 내로 서버에 있는 동영상 스트림이 수신되는 것을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제작한 어플리케이션에서는 동영상을 5초 단위로 잘라 촬영하고 전송하며, 이렇게 서버에 전송된 동영상 스트림을 수신 받아 재생하므로 정상적인 인터넷 환경에서는 끊기지 않는 실시간동영상스트리밍데이터수신이가능하다.
076초가량)으로, 거의 2초에 가까운 시간 내에 전송이 완료됨을 확인했다. 각 소요시간마다 큰 편차는 없이 2초에서 2.2초가량의 시간 내로 촬영한 동영상이 전송되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 인터넷환경이좋지않더라도 정상적인 인터넷 환경의 50% 정도가 되는 속도를 유지할 수 있다면 충분히 큰 문제가 없이 실시간 동영상 스트리밍 데이터 전송을 할 수 있다. 더불어 서버에서의 데이터 수신 성공률은 10회 모두 100%로, 데이터를 완전하게 전송하고 수신하는 데에 어려움이 없음을 확인 할 수 있었다.
또한, 인터넷 환경이 좋지 않더라도 정상적인 인터넷 환경의 50%정도가 되는 속도를 유지할 수 있다면 충분히 큰 문제가 없이 실시간 동영상 스트리밍데이터 수신을 할 수 있다. 더불어 클라이언트에서의 데이터 수신 성공률은 10회 모두 100%로, 데이터를 완전하게 전송하고 수신하는 데에 어려움이 없음을 확인할 수 있었다.
기존에 제안되어온 동영상 데이터 실시간 스트리밍 서비스 시스템에서는 동영상 자체의 코덱 등에 관한 처리를 필요로 하였으나, 본 논문에서 제안하는 시스템은 파일 전송 파일 스트림 자체를 전송하여 저장하는 MultipartRequest 클래스를 이용함으로써 해당 과정이 불필요하다. 또한, 안드로이드 API에서 기본적으로 제공하는 클래스와 Apache Tomcat 서버의 MultipartRequest만을 사용하여 다른 방면에서 활용할 때에도 간편하게 적용시킬 수 있다는 장점이 있다.
2초가량의 시간 내로 서버에 있는 동영상 스트림이 수신되는 것을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제작한 어플리케이션에서는 동영상을 5초 단위로 잘라 촬영하고 전송하며, 이렇게 서버에 전송된 동영상 스트림을 수신 받아 재생하므로 정상적인 인터넷 환경에서는 끊기지 않는 실시간동영상스트리밍데이터수신이가능하다. 또한, 인터넷 환경이 좋지 않더라도 정상적인 인터넷 환경의 50%정도가 되는 속도를 유지할 수 있다면 충분히 큰 문제가 없이 실시간 동영상 스트리밍데이터 수신을 할 수 있다.
본 논문에서 제작한 어플리케이션에서는 동영상을 5초 단위로 잘라 촬영하고 전송하며, 전송을 시작함과 동시에 다음 동영상을 촬영하기 시작하므로 정상적인 인터넷 환경에서는 끊기지 않는 실시간 동영상 스트리밍 데이터전송이가능하다. 또한, 인터넷환경이좋지않더라도 정상적인 인터넷 환경의 50% 정도가 되는 속도를 유지할 수 있다면 충분히 큰 문제가 없이 실시간 동영상 스트리밍 데이터 전송을 할 수 있다.
구체적으로 Apache Tomcat 서버를 설치한 뒤에 해당 서버의 MultipartRequest 클래스를 이용하여 안드로이드 클라이언트에서 동영상을 촬영하였고, 이를 리눅스 서버로 업로드 하는 방법을 이용하였다. 이를 통해 안드로이드 클라이언트에서 리눅스 서버로 동영상을 스트림 데이터의 형태로 전송 할 수있었으며, 안드로이드 클라이언트에서 리눅스 서버로 전송되어 오는 스트림 데이터를 재수신하여 재생할 수 있는 것을 확인하였다.
총 10회 중 가장 적은 시간이 소요된 경우에는 2031ms(2.031초), 가장 많은 시간이 소요된 경우에는 2213ms(2.213초)가 소요되었으며, 평균 소요시간은 2076.6ms(2.076초가량)으로, 거의 2초에 가까운 시간 내에 전송이 완료됨을 확인했다. 각 소요시간마다 큰 편차는 없이 2초에서 2.
총 10회 중 가장 적은 시간이 소요된 경우에는 2041ms(2.041초), 가장 많은 시간이 소요된 경우에는 2228ms(2.228초)가 소요되었으며, 평균 소요시간은 2114.9ms(2.076초가량)으로, 거의 2초에 가까운 시간 내에 수신이 완료됨을 확인했다.

후속연구

본 어플리케이션을 불러 왔을 때 실행되는 메소드로, 레이아웃에서 타이틀바를 없애고 전체화면으로 보이도록 변경하며, 촬영 중 화면이 꺼지지 않도록 설정한다. 또한Recording이라는이름의 Button과 동영상 미리보기 표면으로 사용할 SurfaceHolder를 선언한다.
차후 보완 연구를 통하여 미디어 데이터의 실시간스트리밍 기술을 속도와 안정성 측면에서 보완할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서 개발한 두가지 방식의 동영상 스트림 데이터를 실시간으로 수신하는 어플리케이션은 무엇인가?	본 논문에서는 두 가지 방식으로 동영상 스트림 데이터를 실시간으로 수신하는 어플리케이션을 개발하였다. 하나는 안드로이드에 내장되어 있는 비디오 플레이어를 Intent하여 데이터를 받는 방식이고, 다른 하나는 안드로이드의 캐시 파일을 이용하여 실시간으로 시청하는 방식이다.
	MultipartRequest 클래스는 주로 어디에 이용되는가?	특히, 본 논문에서 제안하는 동영상 데이터 실시간스트리밍 서비스에서는 Apache Tomcat 서버에서 사용할 수 있는 MultipartRequest 클래스를 이용하였다. 이 클래스는 파일 스트림을 통하여 서버에 파일을 저장하는 데에 주로 이용된다. 기존에 제안되어온 동영상 데이터 실시간 스트리밍 서비스 시스템에서는 동영상 자체의 코덱 등에 관한 처리를 필요로 하였으나, 본 논문에서 제안하는 시스템은 파일 전송 파일 스트림 자체를 전송하여 저장하는 MultipartRequest 클래스를 이용함으로써 해당 과정이 불필요하다.
	웹상의 미디어 데이터를 전송하고 재생하는 데에 사용되는 기술은 무엇이 있는가?	일반적으로 웹상의 미디어 데이터를 전송하고 재생하는 데에 사용되는 기술에는 다운로드(Download) 방식, 점진적 다운로드(Progressive Download) 방식, 그리고 스트리밍(Streaming) 방식으로 모두 세 가지가 있다. 이 중에서도 스트리밍 기술은 미디어 데이터를 전송받는 동시에 이를 시청할 수 있다는 점에서 각광 받고 있다.

참고문헌 (11)

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김헌영, "방송 및 SNS를 연계한 모바일 스트리밍 시스템", 금오공과대학교 대학원 컴퓨터공학과 , 2011
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정선철, 반태학, "HTTP상에서 동적 적응적 스트리밍 시스템 구현", 한국정보통신학회, Vol.16 No.3, 2012

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김대영, "최신 인터넷 스트리밍 기술동향과 시스코 콘텐츠 전달 솔루션", 시스코 시스템즈 코리아, 2012
박정현, 김동칠, 이정민, 정광수, "스트리밍 서비스의 품질 향상을 위한 적응적 미디어 데이터 전송 제어 기법", 한국정보과학회, Vol.39 No.2, 2012.
임재걸, 이경훈, "동영상 재생 안드로이드 프로그램 구현", 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.2011, 2011
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강미연, 주대연, 이선주, 김도완, 김재훈, 정원호, "IP 카메라 기반의 실시간 웹캐스팅 시스템", 한국 정보과학회 학술발표논문집, Vol.34 No.1D, 2007.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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