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영상 품질 및 전송효율 최적화를 위한 심층신경망 기반 영상전송기법
Video Transmission Technique based on Deep Neural Networks for Optimizing Image Quality and Transmission Efficiency 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.25 no.4, 2020년, pp.609 - 619  

이종만 (한화시스템) ,  김기훈 (한화시스템) ,  박현 (한화시스템) ,  최증원 (국방과학연구소) ,  김경우 (국방과학연구소) ,  배성호 (경희대학교 컴퓨터공학과)

초록
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고품질 비디오 스트리밍 요구에 따라 제한된 대역폭에서 높은 전송률이 필요하고, 트래픽 혼재 상황이 더 발생한다. 특히 실시간 영상 서비스를 제공 시 패킷 손실 및 비트 오류 확률이 더 크게 증가한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 실시간 서비스 품질향상을 위한 방법으로 FEC 기술의 한 종류인 랩터 코드가 어플리케이션 영역에서 활발히 사용되고 있다. 본 논문에서는 랩터 코드를 활용하여 유사한 수준의 화질에서 전송 효율을 높이기 위한 다양한 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN) 기반 영상전송 파라미터를 결정하는 방법을 제안한다. 제안된 신경망은 패킷 손실율(Packet Loss Rate), 비디오 인코딩 속도 및 전송속도를 입력으로 사용하고 랩터 FEC 파라미터와 패킷 크기를 출력으로 한다. 제안한 방법은 기존 멀티미디어 전송 기법과 유사한 수준의 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)에서 전송 효율을 최적화하여 평균 1.2% 높은 스루풋(throughput)을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In accordance with a demand for high quality video streaming, it needs high data rate in limited bandwidth and more traffic congestion occurs. In particular, when providing real time video service, packet loss rate and bit error probability increase significantly. To solve these problems, a raptor c...

주제어

표/그림 (10)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 비디오 품질 및 비디오 전송 효율을 최적화하기 위한 16-16-8-8 DNN 기반 전송 파라미터 추정 방법을 제안하였다. 기존의 멀티미디어 전송 기법에서는 패킷 크기가 고정된 상태에서 랩터 FEC의 파라미터가 결정되었다.
  • 본 논문에서는 패킷 손실, 전송 대역폭 및 비디오 인코딩 속도가 변경될 때 PSNR을 보장하는 범위 내에서 최대 스루풋(throughput)을 도출하는데 중점을 둔다. 또한, MPEG-4, H-264와 같은 고효율 압축 기술과 WiMAX 및 LTE와 같은 전송 트래픽을 증가시키는 무선 기술과 달리 패킷 크기와 랩터 FEC 파라미터를 적응적으로 결정하여 전송효율을 최대화하는 DNN 구조를 제안한다.
  • 또한, 응용계층에서 생성되는 비디오 인코딩율을 일정하게 고정하였다. 이를 보완하기 위해 본 논문에서는 DNN 입력 파라미터로 패킷 손실율 및 전송속도 뿐만 아니라 실시간으로 변화하는 비디오 인코딩율을 고려하여 최적의 DNN 구조 도출 및 전송 효율을 최대화 한다.

가설 설정

  • 이는 실제 스루풋(throughput) 성능에는 영향이 미비하므로 두 알고리즘의 수행시간의 차이는 스루풋(throughput) 도출 시 고려하지 않았다. 본 논문의 MATLAB 시뮬레이션에서 적용한 오류 확률은 균등 랜덤 분포(uniform random distribution)이며, 송신측에서는 CSI(Channel State Information)를 기반으로 획득된 패킷 손실율을 다음 랩터 인코딩 블록 생성 시 반영하는 것으로 가정하였다. 단, 실제 환경에서는 적용되는 모뎀 특성에 따라 송신측으로 전달되는 패킷 손실율 주기 및 랩터인코딩 적용 시점이 달라 스루풋(throughput)의 차이는 발생할 여지가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실시간 영상 서비스 제공 시의 문제점을 해결하기 위해 사용되는 것은? 특히 실시간 영상 서비스를 제공 시 패킷 손실 및 비트 오류 확률이 더 크게 증가한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 실시간 서비스 품질향상을 위한 방법으로 FEC 기술의 한 종류인 랩터 코드가 어플리케이션 영역에서 활발히 사용되고 있다. 본 논문에서는 랩터 코드를 활용하여 유사한 수준의 화질에서 전송 효율을 높이기 위한 다양한 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN) 기반 영상전송 파라미터를 결정하는 방법을 제안한다.
랩터 코드란? 일반적으로 비디오 전송 기술에 사용되는 응용계층에서의 FEC는 체계적인 특성을 가진 랩터 코드이다. 랩터 코드는 체계적인 코딩, 유연성, 코딩 효율성 및 속도를 제공하는 블록 기반의 FEC 기술이며, 이를 기반으로 다양한 영상 스트리밍 기술들이 연구되어 왔다.
실시간 영상 서비스 제공 시 문제점은? 고품질 비디오 스트리밍 요구에 따라 제한된 대역폭에서 높은 전송률이 필요하고, 트래픽 혼재 상황이 더 발생한다. 특히 실시간 영상 서비스를 제공 시 패킷 손실 및 비트 오류 확률이 더 크게 증가한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 실시간 서비스 품질향상을 위한 방법으로 FEC 기술의 한 종류인 랩터 코드가 어플리케이션 영역에서 활발히 사용되고 있다.
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참고문헌 (16)

  1. Cisco. White Paper, "Cisco VNI Forecast and Methodology," 2015-2020. 

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  15. I. J. Kim, Deep Learning: A new trend in machine learning. Journal of the Korean Institute of Communication Sciences (Information and Communication), 31 (11), 52-57, 2014 

  16. Csaji, Balazs Csanad. "Approximation with artificial neural networks." Faculty of Sciences, Etvs Lornd University, Hungary 24.48 (2001) 

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