본 논문에서는 채널상태에 동적으로 최적화한 HLS(Http Live Streaming)의 비트 율에 따라 전송하기 위해 적응 버퍼링을 제안하였다. 이러한 스마트 OTT(Over The Top) 플랫폼은 서버와 클라이언트 사이의 통신망 대역폭 용량을 분석하였다. 이를 위해 다중 비트율과 대역폭 조절기(resolution) 사이의 비디오 스트림의 전송속도를 조정하도록 설계하였다. 이러한 적응 버퍼링은 기본적인 HLS 버퍼 구조에 2개의 버퍼를 추가한다. 적응 버퍼링은 이전 채널과 다음 채널을 지속적으로 버퍼링을 한다. 제안한 스마트 OTT 플랫폼의 적응 버퍼링은 단일 버퍼링의 정적 HLS 방식 보다 우수하다. 이러한 방식은 HLS 사용자가 가용 통신망 속도를 분석함으로서 스마트 OTT 단말의 적을 버퍼링 속도를 조절 할 수 있기 때문이다. 이로서 스마트 OTT가 비트 율을 동적으로 최적화함으로서 라이브와 VOD 형태의 비디오를 전송하도록 구축하였다. 세그먼트 형식의 H.265 MPEG-2 TS 비디오정보인 m3u8 파일을 활용함으로서 HLS의 서버가 통신망 상황에 맞게 연동할 수 있으며, PLC(Power Line Control) 전송과도 연동할 수 있다.
본 논문에서는 채널상태에 동적으로 최적화한 HLS(Http Live Streaming)의 비트 율에 따라 전송하기 위해 적응 버퍼링을 제안하였다. 이러한 스마트 OTT(Over The Top) 플랫폼은 서버와 클라이언트 사이의 통신망 대역폭 용량을 분석하였다. 이를 위해 다중 비트율과 대역폭 조절기(resolution) 사이의 비디오 스트림의 전송속도를 조정하도록 설계하였다. 이러한 적응 버퍼링은 기본적인 HLS 버퍼 구조에 2개의 버퍼를 추가한다. 적응 버퍼링은 이전 채널과 다음 채널을 지속적으로 버퍼링을 한다. 제안한 스마트 OTT 플랫폼의 적응 버퍼링은 단일 버퍼링의 정적 HLS 방식 보다 우수하다. 이러한 방식은 HLS 사용자가 가용 통신망 속도를 분석함으로서 스마트 OTT 단말의 적을 버퍼링 속도를 조절 할 수 있기 때문이다. 이로서 스마트 OTT가 비트 율을 동적으로 최적화함으로서 라이브와 VOD 형태의 비디오를 전송하도록 구축하였다. 세그먼트 형식의 H.265 MPEG-2 TS 비디오정보인 m3u8 파일을 활용함으로서 HLS의 서버가 통신망 상황에 맞게 연동할 수 있으며, PLC(Power Line Control) 전송과도 연동할 수 있다.
In this paper, the dynamic buffering based smart OTT platform was proposed, and analyzed for adaptive bit-rate video delivery with the optimization of HLS (HTTP Live Streaming). This platform consists of the software platform between sever and client which detects the bandwidth capacity, and adjusts...
In this paper, the dynamic buffering based smart OTT platform was proposed, and analyzed for adaptive bit-rate video delivery with the optimization of HLS (HTTP Live Streaming). This platform consists of the software platform between sever and client which detects the bandwidth capacity, and adjusts the quality of the streaming for multiple bit-rates resolutions. In order to apply adaptive buffering, two buffers are added to the basic HLS player, and each buffer is responsible for constantly buffering a previous and the next channels relative to the current channel. This adaptive transmitting with smart OTT platform is superior to delivering a static video file at a single buffering, because the video stream of adaptive double buffers can be switched streaming according to client's available network speed. As a result, this proposed smart OTT can be cooperated to the application of HLS server with segmented H.265 MPEG-2 TS video & m3u8 files with its information based on the optimized transmission channel state of live and VOD, and applied to PLC transmission, too.
In this paper, the dynamic buffering based smart OTT platform was proposed, and analyzed for adaptive bit-rate video delivery with the optimization of HLS (HTTP Live Streaming). This platform consists of the software platform between sever and client which detects the bandwidth capacity, and adjusts the quality of the streaming for multiple bit-rates resolutions. In order to apply adaptive buffering, two buffers are added to the basic HLS player, and each buffer is responsible for constantly buffering a previous and the next channels relative to the current channel. This adaptive transmitting with smart OTT platform is superior to delivering a static video file at a single buffering, because the video stream of adaptive double buffers can be switched streaming according to client's available network speed. As a result, this proposed smart OTT can be cooperated to the application of HLS server with segmented H.265 MPEG-2 TS video & m3u8 files with its information based on the optimized transmission channel state of live and VOD, and applied to PLC transmission, too.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 동적 버퍼링 프레임워크를 통한 적응 버퍼링의 최적화를 제안한다.
본 논문에서는 스마트 OTT의 동적 스트리밍 전송방식을 설계하였다. 최초로 Chunk를 요청할 때, 가장 낮은 화질을 요청하여 해당 영상을 재생 시작한다.
본 연구에서는 HLS에 적응형 스트리밍 기반의 동적 버퍼링 알고리즘을 최적화함으로서 버퍼링 시간을 단축하고 안정적인 서비스를 제안하였다.
이로서 보다 안정적인 적응형 스트리밍 서비스는 모바일 디바이스와 PC에서 구현할 수 있으며, 전력선 통신 (PLC)모듈과 연동할 수 있는 스마트 OTT 플랫폼의 설계 결과를 분석하고자 한다.
가설 설정
HLS 전체를 대표하는 m3u8 파일이 있고, 대표 파일 내에서 다시 각각의 비트 율별 동작 리스트 파일을 가리키게 한다. 각 비트 율 별 동작 리스트 파일은 다시 각자의 비트 율에 해당하는 ts 파일을 가리킨다.
제안 방법
실험에 사용한 스트림은 다중/단일 버퍼링의 성능을 정확하게 측정하기 위해 3개의 각기 다른 종류의 영상으로 활용한다. 각 영상을 다시 3, 5, 10, 15, 20M 비트 율로 재 부호화함으로서 전송 대역폭에 따른 측정이 가능하도록 준비하였다. 아래 사진은 동영상 전송의 실험사진이다.
다중 버퍼링은 서로 다른 미디어 채널을 동적으로 재생할 때, 버퍼링 시간을 최소화 하여 빠른 채널 전환을 하도록 버퍼링 구조를 설계하고 최적화 방안을 제안한다.
둘째, 다중 동적 버퍼링은 서로 다른 미디어 채널을 동적으로 재생할 때 버퍼링 시간을 최소화 함으로서 빠른 채널 전환을 하기 위한 버퍼링 구조 설계와 최적화 방안을 제시한다. 현재 미디어 채널과 인접해 있는 이전 미디어 채널과 다음 미디어 채널을 동적으로 버퍼링하여 미디어전환이 발생할 경우 빠른 동작을 하는 것이다.
본 논문에서 제안한 다중 버퍼링과 기존의 단일 버퍼링의 성능 비교를 위한 앱을 구현하였다. 안드로이드 기반의 2개의 셋톱박스에 다중 버퍼링 앱과 단일 버퍼링 앱만을 설치함으로서 오류 발생을 최소화 하도록 하였다.
본 논문에서 제안한 다중 버퍼링과 기존의 단일 버퍼링의 성능 비교를 위한 앱을 구현하였다. 안드로이드 기반의 2개의 셋톱박스에 다중 버퍼링 앱과 단일 버퍼링 앱만을 설치함으로서 오류 발생을 최소화 하도록 하였다.
스마트 디바이스는 사용가능한 인터넷 속도와 CPU정보에 활용한다. 이때, 매니페스트 파일에서 가장 적합한 스트림을 선택하고, 세그먼트 파일을 다운로드 받아서 비디오 재생용 버퍼로 추가하도록 설계한다. 용어 정의는 다음과 같다.
이러한 대역폭과 채널에 따른 전송 시뮬레이션에서 3M/6M/10M/15M/20M 비트 율로 부호화 후 채널 간 전환시 zappng지연시간을 측정하였다. 실험한 결과인 유튜브 (YouTube) Live TV에서 제공하는 적응형 스트리밍의 경우 순차적으로 화질의 등급을 올리는 적응형 버퍼링을 기반으로 한 스마트 OTT 플랫폼 활용 방안을 확인하였다.
최초로 Chunk를 요청할 때, 가장 낮은 화질을 요청하여 해당 영상을 재생 시작한다. 이후 영상이 재생되는 동안 순차적으로 화질 등급을 높이며, 스마트 OTT 단말과 통신망 상황에 맞는 최적의 화질을 찾도록 스마트 플랫폼을 설계하였다[12].
제안한 스트리밍 기반의 미디어재생방식은 동적으로 서로 다른 미디어를 다룰 때 사용하는 주문형 방송 중에 동적으로 광고를 삽입하는 서비스 모델이 될 수 있다.
첫째, 단일 동적 버퍼링은 같은 채널에서 여러 개의 미디어 스트림을 동적으로 재생할 때, seamless하게 자연스럽게 미디어 전환이 되기 위한 버퍼링 구조를 설계방안과 최적화 방안을 제안한다.
첫째, 미디어 채널을 위해 스마트 미디어를 생성하고 준비한 후, 미디어 청취자를 등록한다. 이후 오디오와 비디오의 미디어 방식을 세팅하고 미디어 재생을 시작한다.
총 3개 영상을 각각 3M/6M/10M/15M/20M 비트 율로 부호화한 후 채널 간 전환시 zappng지연시간을 측정한다.
대상 데이터
실험에 사용한 스트림은 다중/단일 버퍼링의 성능을 정확하게 측정하기 위해 3개의 각기 다른 종류의 영상으로 활용한다. 각 영상을 다시 3, 5, 10, 15, 20M 비트 율로 재 부호화함으로서 전송 대역폭에 따른 측정이 가능하도록 준비하였다.
성능/효과
둘째, 처음 미디어 재생이 진행되는 상황에서 두 번째 미디어 준비가 완료되고, 첫 번 째 미디어의 설정이 정상적으로 완료된다. 이때 첫 번 째 미디어가 종료되면 자동으로 등록된 두 번 째 미디어가 시작되어 미디어 전환이 이루어진다.
이러한 대역폭과 채널에 따른 전송 시뮬레이션에서 3M/6M/10M/15M/20M 비트 율로 부호화 후 채널 간 전환시 zappng지연시간을 측정하였다. 실험한 결과인 유튜브 (YouTube) Live TV에서 제공하는 적응형 스트리밍의 경우 순차적으로 화질의 등급을 올리는 적응형 버퍼링을 기반으로 한 스마트 OTT 플랫폼 활용 방안을 확인하였다. 향후, 스마트 OTT 사용자가 PLC 기반의 스마트 전력망의 활용방안도 제안하였다.
후속연구
이 연구는 다수의 미디어 채널을 운용하는 스마트 OTT 서비스에서 채널 간 빠른 전환이 가능하며, 효율적인 대역폭을 운용하는 모델로 활용될 수 있다.
실험한 결과인 유튜브 (YouTube) Live TV에서 제공하는 적응형 스트리밍의 경우 순차적으로 화질의 등급을 올리는 적응형 버퍼링을 기반으로 한 스마트 OTT 플랫폼 활용 방안을 확인하였다. 향후, 스마트 OTT 사용자가 PLC 기반의 스마트 전력망의 활용방안도 제안하였다. 이러한 실시간 스마트 OTT 기반의 전력 검침 등의 스마트 홈 플랫폼으로서 다양한 활용 서비스가 가능할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
m3u8 파일이란 무엇인가?
m3u8 파일이란 어떤 세그먼트가 사용이 가능한지 언제든 알아 낼 수 있도록 하는 인덱스 파일이다. 스마트 디바이스는 사용가능한 인터넷 속도와 CPU정보에 활용한다.
적응형 비트 율의 스트리밍을 적용하면 어떤 장점이 있는가?
HLS의 특징 중에 하나는 사용자의 통신망속도에 따라 적합한 콘텐츠를 선택하여 재생할 수 있는 적응형 비트율 스트리밍을 지원하는 것이다. 적응형 비트 율의 스트리밍을 적용하면 사용자가 통신망의 환경이 변화해도 끊기지 않고 동영상을 볼 수 있다.
HLS가 RTP 또는 RMTP 프로토콜보다 장점으로 갖는 것은 무엇인가?
- 인프라 비용 절감
- CDN과 기타 HTTP 캐싱 인프라에서의 캐시 기능
- 프록시와 방화벽에서 차단당할 위험 축소
- 클라이언트의 채널 추정 통한 실시간 최적화(적응 비트 율/버퍼링)
- 포맷으로 인한 안정성 향상
- HTML5 동작 구현의 용이성
참고문헌 (12)
Hyun-Sik Kim, Inki Kim et al "An Adaptive Buffering Method for Practical HTTP Live Streaming on Smart OTT STBs", KSII Transactions on Internet and Information Systems, Vol. 10, No. 3, pp. 1416-1428, 2016. DOI: 10.3837/tiis.2016.03.028
Gil Jin Yang, Byoung Wook Choi, and Jong Hun Kim,"Implementation of HTTP Live Streaming for an IP Camera using an Open Source Multimedia Converter," International Journal of Software Engineering and Its Applications Vol.8,No.6,2014 pp.39-50. http://dx.doi.org/10.14257/ijseia.2014.8.6.04
Benjamin Schwarz, "A Harmonic, Viaccess-Orca and Broadpeak OTT White Paper," May 2012. http://www.ctoic.net/download/June_2012_OTT_White_Paper_Schwarz_SHORT.pdf
Fernando M. V. Ramos, "GREEN IPTV: a resource and energy efficient network for IPTV," University of Cambridge(doctoral thesis). 2012. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/244245
Chow-Sing Lin, "Improving the Availability of Scalable on-demand Streams by Dynamic Buffering on P2P Networks", KSII Transactions on Internet and Information Systems, Vol. 4, No. 4, pp. 491-508, 2010. DOI: 10.3837/tiis.2010.08.003
HHyoung-Gook Kim, "Enhanced Timing Recovery Using Active Jitter Estimation for Voice-Over IP Networks", KSII Transactions on Internet and Information Systems, Vol. 6, No. 4, pp. 1006-1025, 2012. DOI: 10.3837/tiis.2012.04.003
K.S. Nam, J.S. Kim, S.H. Lee, D.H. Kim, M.G. Kang, S.M. Jung, "PLC based 3D Unity Engine Platform for Smart OTT," Proceedings of the 32th KSII Fall Conference, Vol. 16, No. 2, October 2015. http://www.dbpia.co.kr/Journal/ArticleDetail/NODE06554571
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