[논문]IoT 장치에서 메모리 용량 제한을 고려한 멀티미디어 콘텐츠 설계 기법

손경아

doi:10.6109/jkiice.2020.24.11.1463

[국내논문] IoT 장치에서 메모리 용량 제한을 고려한 멀티미디어 콘텐츠 설계 기법
A Design Scheme for Multimedia Contents Considering Memory Constraints in IoT Devices 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.11, 2020년, pp.1463 - 1469

손경아 (UNIST Innovative Education Center, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST))

초록
AI-Helper

동영상이나 음성을 포함하는 멀티미디어 정보는 사람들이 쉽게 이해 가능하다는 점에서 활용도가 높다. 이러한 이유로 멀티미디어 정보를 저장한 IoT 장치가 스마트폰과 연동하여 정보를 전달하는 응용들이 연구되었다. 문제는 동영상이나 이미지 등으로 인해 정보의 크기가 IoT장치의 용량보다 커질 수 있다는 것이다. 본 논문에서는 IoT 장치처럼 저장용량에 한계가 있는 경우, 저장 용량의 한계를 고려한 멀티미디어 콘텐츠 설계 기법을 연구하였다. 동영상이 문자보다 정보 이해도가 높은 반면 용량은 크다는 점을 고려하여 정보 이해도와 용량 간의 해법을 구하는 것이다. 정적미디어와 동적미디어의 크기를 변수로 하고 선형 계획법에 의거하여 해를 풀이한다. 사례 연구를 통하여 본 논문의 설계기법이 유용함을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Multimedia information, including video and voice, is highly utilized in that it is easily understood by people. For this reason, applications have been studied which store multimedia information in IoT devices and transmit information in conjunction with smartphones. The problem is that the size of information can be larger than the capacity of IoT devices due to video and image. In this paper, the multimedia content design technique, which takes into account the limitations of storage capacity, was studied when there is a limit of storage capacity. Considering that the video has a higher understanding of information than text, while the capacity is larger, the solution between information comprehension and capacity is sought. The size of static and dynamic media is a variable and the harm is solved in accordance with the linear planning method. Case studies have shown that the design techniques of this paper are useful.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1 Manual Management Module[9]
그림 Fig. 2 Relation between contents capacity and information recognition power
그림 Fig. 3 Comparison between Original Simoid Function and Normalized Sigmoid Function
그림 Fig. 4 System Architecture for Online Manual System[2]
그림 Fig. 5 Smartphone Application and Manual Presentation
표 Table. 1 Integer Programming for Information Size
표 Table. 2 Integer Programming for Recognition of Information

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

마찬가지로 동영상, 사운드, 애니메이션, 문자, 이미지 등의 멀티미디어 콘텐츠를 설계하는 과정에서 모노 미디어를 메모리 용량의 한계를 만족하면서 정보 이해도를 최대화하는 문제를 선형방정식으로 모델링 할 수 있으며 이의 해를 구하는 것이 본 논문의 목표이다.
본 논문에서는 IoT장치에서 멀티미디어 콘텐츠를 저장할 때 메모리 용량 제한과 정보이해도를 고려한 멀티미디어 콘텐츠 설계 기법을 연구하였다. 멀티미디어 콘텐츠의 메모리 용량과 정적미디어 및 동적미디어의 활용량을 개수화한 선형 방정식을 유도하였으며 선형계획법을 이용하여 해를 구했다.
본 논문에서는 멀티미디어 콘텐츠의 메모리 용량과 각 모노미디어의 활용량을 개수화한 선형 방정식의 해를 구하는 것으로서 문제를 모델링한다. 선형 방정식의 해를 구하는 문제는 선형계획법[10]을 활용하며 이의해를 기반으로 스토리보드를 제작하는 형태이다.
본 연구에서 제시한 멀티미디어 콘텐츠 설계 기법이 메모리 용량의 제한을 고려한 멀티미디어 콘텐츠 개발에 적절하다는 것으로 확인하기 위해 메모리 태그[9]에 저장되는 멀티미디어 콘텐츠의 사례를 분석하였다. 이를 통해 최적의 동적미디어와 정적미디어의 개수를 제시하였다.

가설 설정

C와 D는 시간 단위라는 관점에서 서로 다르므로 정적미디어에 기본 시간 단위를 가정하여 결정한다. 예를 들어 1문단의 텍스트를 읽을 때 요구되는 시간, 또는 1 장의 이미지를 읽을 때 요구되는 시간 등이 기본 단위이다.

제안 방법

먼저 어떤 멀티미디어 콘텐츠를 제작할 것인지를 기획하고 이에 따른 UI/UX를 설계한다. 그 후 실제 콘텐츠를 제작하고 편집 및 결과 확인 과정을 거쳐 완성한다.
콘텐츠 설계 기법을 연구하였다. 멀티미디어 콘텐츠의 메모리 용량과 정적미디어 및 동적미디어의 활용량을 개수화한 선형 방정식을 유도하였으며 선형계획법을 이용하여 해를 구했다. 멀티미디어 콘텐츠를 제작할 때에는 본 연구에서 도출한 최적의 정적미디어와 동적 미디어의 개수를 기반으로 설계하고 구현하면 최종 결과물에서 IoT용량의 한계를 최소화할 수 있다.
그런 상황에서는 기획 단계부터 같은 작업을 반복해야 한다. 본 논문에서는 1)의 단계에서 멀티미디어의 구성 요소인 텍스트, 이미지, 동영상, 사운드, 애니메이션 등의 수량, 각각의 파일 크기, 플레이타임 등을 미리 조정하는 기법을 제안한다.
예를 들어 1문단의 텍스트를 읽을 때 요구되는 시간, 또는 1 장의 이미지를 읽을 때 요구되는 시간 등이 기본 단위이다. 본 논문에서는 1문단을 읽는 시간 단위로서 10초로 정하였다. 1장의 이미지의 크기는 320*240정도의 해상도의 경우 30KB 정도이므로 이를 선정하였다.
본 논문에서는 정적미디어와 동적미디어의 크기를 기본적인 변수로 설정하고 정보이해도와 전체 데이터 크기를 그 변수의 함수로 설정한다. 이를 수학적으로 모델링하면 아래와 같다.
것이다. 이를 해결하는 방법으로서 멀티미디어 콘텐츠 개발 초기 단계(스토리 보드 단계)에서 메모리 용량 제한을 설정하고 이를 만족하는 각 모노미디어의 콘텐츠 용량을 미리 도출하여 이를 기반으로 콘텐츠를 설계하는 방법론을 제시한다.

대상 데이터

본 논문에서는 1문단을 읽는 시간 단위로서 10초로 정하였다. 1장의 이미지의 크기는 320*240정도의 해상도의 경우 30KB 정도이므로 이를 선정하였다. 동적 이미지의 경우, MPEG4 동영상의 10초 크기는 850KB로 계산되었다.
매뉴얼은 스마트폰의 웹브라우저가 표시하고 사용자가 이를 활용한다. 매뉴얼 관리 모듈은 총 16MB의 메모리를 보유하고 있으며 이 중 12MB를 멀티미디어 콘텐츠에 할당하였다.

이론/모형

sig0 함수는 변수, d와 s가 0~∞까지 변할 때 0~1까지의 실수값을 대응해 주는 sigmoidal 함수이다. sigmoidal 함수는 다양한데 본 논문에서는 대수 함수[14]를 활용한다.

성능/효과

멀티미디어 콘텐츠의 메모리 용량과 정적미디어 및 동적미디어의 활용량을 개수화한 선형 방정식을 유도하였으며 선형계획법을 이용하여 해를 구했다. 멀티미디어 콘텐츠를 제작할 때에는 본 연구에서 도출한 최적의 정적미디어와 동적 미디어의 개수를 기반으로 설계하고 구현하면 최종 결과물에서 IoT용량의 한계를 최소화할 수 있다. 메모리 태그에 저장되는 멀티미디어 콘텐츠의 사례분석을 통하여 본 연구에서 제시한 멀티미디어 콘텐츠 설계기법이 메모리 용량의 제한을 고려한 멀티미디어콘텐츠 개발에 적절하다는 것을 보였다.
멀티미디어 콘텐츠를 제작할 때에는 본 연구에서 도출한 최적의 정적미디어와 동적 미디어의 개수를 기반으로 설계하고 구현하면 최종 결과물에서 IoT용량의 한계를 최소화할 수 있다. 메모리 태그에 저장되는 멀티미디어 콘텐츠의 사례분석을 통하여 본 연구에서 제시한 멀티미디어 콘텐츠 설계기법이 메모리 용량의 제한을 고려한 멀티미디어콘텐츠 개발에 적절하다는 것을 보였다.
본 논문에서 선정한 시그모이드 함수는 대수 함수 형태인데 대부분의 시그모이드 함수와 마찬가지로 x 값이 2~3 정도만 증가하더라도 1에 근접하는 빠른 증가 속도를 보인다.
월등히 높은 것으로 파악되었다. 이 자료에서 텍스트, 이미지 등의 정적미디어의 정보이해도보다 동영상, 애니메이션 등의 동적미디어의 정보이해도가 더 높다는 것을 알 수 있다.

후속연구

이것은 멀티미디어 정보를 제작하고 전송하는 기술발전과 사용자 제작 환경에 영향을 받을 가능성이 크다. 따라서 본 연구에서 고려한 미디어 개수와 플레이타임을 기반으로 기술적 요소(미디어 해상도, 압축기술 등)는 물론 내용적 요소(콘텐츠 내용 설계, 화면 구성, 상호작용 기법, 내비게이션 등)를 분석하여 멀티미어 콘텐츠 설계하고 개발하는 후속 연구가 필요하다. 이를 통해 인터넷 통신이 불가한 현장(정전, 지진 등 재난/재해 현장, 교통사고 등 응급 상황 등) 에서 메모리 용량 제한을 극복하면서도 실용성과 활용 가능성이 높은 멀티미디어 매뉴얼이 확보될 것이다.
예를 들어 주기적인 현장 방문이 필요한 장소에 부착된 NFC 태그에 사용자의 식별자를 저장하면 현장 방문의 증거로 활용할 수 있다. 또한, 약속 장소에 늦게 도착했을 때 친구의 메모를 태그에서 확인할 수도 있을 것이다.
본 연구에서 제시한 멀티미디어 콘텐츠에 포함되는 동영상, 이미지 등의 개수는 보편적으로 사용하는 해상도를 기준으로 정보이해도를 고려한 것이므로 실제 콘텐츠 설계 및 제작 시점에는 해상도 등의 변수를 추가적으로 검토할 필요가 있다. 이것은 멀티미디어 정보를 제작하고 전송하는 기술발전과 사용자 제작 환경에 영향을 받을 가능성이 크다.
따라서 본 연구에서 고려한 미디어 개수와 플레이타임을 기반으로 기술적 요소(미디어 해상도, 압축기술 등)는 물론 내용적 요소(콘텐츠 내용 설계, 화면 구성, 상호작용 기법, 내비게이션 등)를 분석하여 멀티미어 콘텐츠 설계하고 개발하는 후속 연구가 필요하다. 이를 통해 인터넷 통신이 불가한 현장(정전, 지진 등 재난/재해 현장, 교통사고 등 응급 상황 등) 에서 메모리 용량 제한을 극복하면서도 실용성과 활용 가능성이 높은 멀티미디어 매뉴얼이 확보될 것이다.

참고문헌 (14)

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Wikipedia, Sigmoid function [Internet], Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Sigmoid_function, accessed in 2020.

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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