다채널 멀티미디어 전송용 임베디드 Audio Video Bridging 플랫폼 설계 및 구현 Design and Implementation of an Embedded Audio Video Bridging Platform for Multichannel Multimedia Transmission원문보기
본 논문에서는 고품질 멀티미디어 데이터를 IEEE 802.1 Audio Video Bridging 기반의 네트워크를 통해 스마트 자동차와 스마트 홈 및 스마트 공연장에서 실시간으로 송수신할 수 있는 임베디드 플랫폼을 설계를 통해 정밀한 시간 동기화 표준인 IEEE 802.1AS와 QoS 보장을 위한 자원할당 표준인 IEEE 802.1Qat 프로토콜 분석을 통해 성능을 검증한다. 이를 위해 MRP(Multiple Registration Protocol), MMAP(Multicast Address Acquisition Protocol), IEEE 1722, 1722.1 등 AVB의 핵심 Layer-2 프로토콜을 리눅스 운영체제를 기반으로 구현한다. 아울러 상용 AVB 엔드포인트와 연동 실험을 통해 상호 호환성 및 멀티미디어 스트림의 실시간 송수신이 가능함을 보인다.
본 논문에서는 고품질 멀티미디어 데이터를 IEEE 802.1 Audio Video Bridging 기반의 네트워크를 통해 스마트 자동차와 스마트 홈 및 스마트 공연장에서 실시간으로 송수신할 수 있는 임베디드 플랫폼을 설계를 통해 정밀한 시간 동기화 표준인 IEEE 802.1AS와 QoS 보장을 위한 자원할당 표준인 IEEE 802.1Qat 프로토콜 분석을 통해 성능을 검증한다. 이를 위해 MRP(Multiple Registration Protocol), MMAP(Multicast Address Acquisition Protocol), IEEE 1722, 1722.1 등 AVB의 핵심 Layer-2 프로토콜을 리눅스 운영체제를 기반으로 구현한다. 아울러 상용 AVB 엔드포인트와 연동 실험을 통해 상호 호환성 및 멀티미디어 스트림의 실시간 송수신이 가능함을 보인다.
In this paper, we designed an embedded audio video bridging (AVB) platform based on IEEE 802.1BA for real-time multimedia transmission in smart-car, smart-home, smart-theater, and then evaluated a performance of the implemented platform by analysis of IEEE 802.1AS (time synchronization protocol) and...
In this paper, we designed an embedded audio video bridging (AVB) platform based on IEEE 802.1BA for real-time multimedia transmission in smart-car, smart-home, smart-theater, and then evaluated a performance of the implemented platform by analysis of IEEE 802.1AS (time synchronization protocol) and IEEE 802.1Qat (stream reservation protocol). Especially, the AVB Layer-2 protocol of MRP(Multiple Registration Protocol), MMAP(Multicast Address Acquisition Protocol), IEEE 1722, 1722.1 etc. was and implemented by linux based operating system. It is shown by interoperability tests with commercial products that the implemented platform transmits real-time multichannel AV data over AVB networks for Multichannel Multimedia Transmission.
In this paper, we designed an embedded audio video bridging (AVB) platform based on IEEE 802.1BA for real-time multimedia transmission in smart-car, smart-home, smart-theater, and then evaluated a performance of the implemented platform by analysis of IEEE 802.1AS (time synchronization protocol) and IEEE 802.1Qat (stream reservation protocol). Especially, the AVB Layer-2 protocol of MRP(Multiple Registration Protocol), MMAP(Multicast Address Acquisition Protocol), IEEE 1722, 1722.1 etc. was and implemented by linux based operating system. It is shown by interoperability tests with commercial products that the implemented platform transmits real-time multichannel AV data over AVB networks for Multichannel Multimedia Transmission.
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문제 정의
본 논문에서는 AVB 네트워크를 통해 HD 영상 및 고품질 오디오 스트림을 실시간으로 전송할 수 있는 H/W 및 S/W 플랫폼을 설계하고, 시간 동기화 표준인 IEEE 802.1AS와 QoS 보장을 위한 자원할당 프로토콜인 IEEE 802.1Qat 기반의 성능평가를 통해 설계된 플랫폼을 검증하고 분석한다.
본 논문에서는 다채널 멀티미디어 데이터를 실시간으로 전송할 수 있는 임베디드 AVB 플랫폼을 설계하고 구현하였으며, 기존 상용 제품과의 연동 실험을 통해 구현된 AVB 플랫폼의 상호호환성과 성능을 확인하였다.
본 절에서는 상용제품과의 연동 테스트를 통해 설계된 AVB 기반의 H/W 및 S/W 플랫폼을 검증한다.
제안 방법
AVB 네트워크 인터페이스 블록은 gPTP와 IEEE 802.1Qav 동작을 수행하며 PCI express를 이용하여 프로세서에 연결하였다.
AVB 임베디드 소프트웨어(S/W)를 구현하기 위해 본 논문에서는 Open AVB 기반의 프로토콜 스텍을 임베디드 리눅스에 포팅하였다.
또한, 외부 기기 연결을 위한 USB, UART, SPI, GPIO 등을 포함하였다. 멀티미디어 스트림은 비디오의 경우 H.
본 논문에서 구현된 S/W에서는 PTP 장치를 활용하여 NIC의 시간 정보를 획득한다. IEEE 802.
본 연구에서 설계한 AVB 검증 플랫폼 및 프로토콜의 Function generator를 이용하여 정현파를 생성하고 구현된 플랫폼의 오디오 인터페이스를 통해 입력함과 동시에 계측기에 연결하였다.
이러한 상용 AVB 스위치 2개를 순차적으로 통과하여 상용 단말을 통해 수신되는 오디오 스트림 출력을 계측기에 연결하여 비교 측정하였다.
현재 상용제품의 경우 오디오 스트림 송수신만 지원하기 때문에 오디오 신호를 이용하여 구현된 플랫폼을 검증하였다.
대상 데이터
또한, 외부 기기 연결을 위한 USB, UART, SPI, GPIO 등을 포함하였다. 멀티미디어 스트림은 비디오의 경우 H.264 압축 방식을 사용하였으며, 오디오의 경우 비압축 PCM 데이터를 사용하였다. 그림 3에 본 논문에서 구현된 AVB H/W 플랫폼을 나타내었다.
본 연구를 위한 검증환경에 사용된 상용제품은 AVnu Alliance에서 AVB 제품의 호환성 검증을 위해 제공하고 있는 Inter Operability Laboratory VIOLETT 테스트 툴의 네트워크 카드 및 SDK를 이용하였다[13].
비디오 입력을 위한 composite 2채널, HDMI 1채널과 비디오 출력을 위한 HDMI 1채널로 구성되었다. 프로세서 블록은 입력된 비디오 데이터의 인코딩/디코딩과 AVB 네트워크 전송을 위한 트랜스포트 패킷 구성(IEEE 1722 AVTP), 자원할당(SRP) 등을 수행한다.
성능/효과
AVB 표준의 경우 gPTP와 SRP가 정상 동작하지 않으면 장치 인식 및 스트림 전송이 불가능하기 때문에 본 논문에서 구현된 임베디드 AVB 플랫폼이 상용 제품과 연동됨과 동시에 정상 동작함을 알 수 있다.
후속연구
이러한 AVB 기술은 비디오 스트림도 오디오와 동일한 프로토콜을 사용하므로 정확한 상호호환성 검증을 위해서는 향후에 출시될 비디오 AVB 앤드포인트 제품과의 연동 실험이 필요하다.
향후, 스마트 홈뿐만 아니라 차량 네트워크를 AVB로 이용하려는 요구가 증가하고 있한 임베디드 AVB 플랫폼을 활용하면 가정용 홈시어터, 공연 및 건물용 AV(Audio Video), 차량용 AV 등의 시스템 뿐만 아니라 다양한 산업에서의 활용이 가능할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Open AVB의 특징은 무엇인가?
Open AVB는 드라이버 라이브러리를 통해 NIC(Network Interface Card)에 접근하여 H/W 타임 스템퍼(Time Stamper)를 설정할 수 있다.
AVB 네트워크를 통해 실시간 고품질 AV데이터를 송수신 하기 위해 필요한 것은 무엇인가?
AVB 네트워크를 통해 실시간 고품질 AV 데이터를 송수신하기 위해서는 먼저 Full HD 영상 스트림을 입출력할 수 있는 영상 인터페이스 블록, 영상 데이터 인코딩 및 디코딩 블록, 그리고 스트림을 전송하는 네트워크 인터페이스 블록이 필요하다.
AoE 기술의 호환문제를 해결하기 위해 표준화한 것은 무엇인가?
그러나 이와 같은 AoE 기술은 각 개발 업체의 자체 기술을 이용하고 있어, 기기들 간의 호환이 되지 않는 문제가 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근 IEEE(Institute Electrical and Electronics Engineers) 802.1 작업 그룹에서 AVB(Audio Video Bridging) 기술을 표준화 하였다[5].
참고문헌 (13)
J. Wee, Y. Park, K. Park, B. Song, and W. Jeon, "Audio/Video Bridging for Real Time AV Transmission," KICS Information and Communications Magazine, vol. 30, no. 6, pp. 69-76, Jun. 2013.
http://www.cobranet.info
http://www.ethersound.com
N. Bouillot, et al, "AES White Paper: Best Practice in Network Audio," J. Audio Eng. Soc., vol. 57, no. 9, Sep. 2009.
IEEE, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Audio Video Bridging (AVB) Systems," IEEE Std. 802.1BA-2011, Sep. 2011.
S. Tuohy, M. Glavin, C. Hughes, E. Jones, M. Trivedi, and L. Kilmartin, "Intra-Vehicle Networks: A Review," IEEE Trans. on Intelligent Transport Systems, vol. PP, no. 99, pp. 1-12, May 2015.
IEEE, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks," IEEE Std. 802.1AS-2011, Mar. 2011.
IEEE, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Virtual Bridged Local Area Networks, Amendment 12: Forwarding and Queuing Enhancements for Time-Sensitive Streams," IEEE Std. 802.1Qav-2010, Jan. 2010.
IEEE, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Virtual Bridged Local Area Networks, Amendment 14: Stream Reservation Protocol (SRP)," IEEE Std. 802.1Qat-2010, Sep. 2010.
IEEE, "IEEE Standard for Layer 2 Transport Protocol for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks," IEEE Std. 1722-2011, May. 2011.
IEEE, "IEEE Standard for Device Discovery, Connection Management, and Control Protocol for IEEE $1722^{TM}$ Based Device," IEEE Std. $1722.1^{TM}$ -2013, Aug. 2013.
J. Wee, K. Kwon, B. Song, K. Lee, and M. Kang, "Design and Analysis of HD Video Stream based Real-time Network Transmission Platform," KSII Fall Conferences, vol. 15, no. 1, pp. 103-104, Jun. 2015.
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