KIPS Transactions on Computer and Communication Systems (정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템)

Korea Information Processing Society (한국정보처리학회)
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High Quality Video Streaming System in Ultra-Low Latency over 5G-MEC

5G-MEC 기반 초저지연 고화질 영상 전송 시스템

  • 김정석 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) ;
  • 이재호 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부)
  • Received : 2020.11.05
  • Accepted : 2021.01.06
  • Published : 2021.02.28
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Abstract

The Internet including mobile networks is developing to overcoming the limitation of physical distance and providing or acquiring information from remote locations. However, the systems that use video as primary information require higher bandwidth for recognizing the situation in remote places more accurately through high-quality video as well as lower latency for faster interaction between devices and users. The emergence of the 5th generation mobile network provides features such as high bandwidth and precise location recognition that were not experienced in previous-generation technologies. In addition, the Mobile Edge Computing that minimizes network latency in the mobile network requires a change in the traditional system architecture that was composed of the existing smart device and high availability server system. However, even with 5G and MEC, since there is a limit to overcome the mobile network state fluctuations only by enhancing the network infrastructure, this study proposes a high-definition video streaming system in ultra-low latency based on the SRT protocol that provides Forward Error Correction and Fast Retransmission. The proposed system shows how to deploy software components that are developed in consideration of the nature of 5G and MEC to achieve sub-1 second latency for 4K real-time video streaming. In the last of this paper, we analyze the most significant factor in the entire video transmission process to achieve the lowest possible latency.

모바일 네트워크 및 인터넷의 발전은 물리적인 거리의 한계를 극복하고 원격지의 정보를 제공하거나 획득하는데 기여하고 있다. 그러나 영상 전송을 주요 정보 제공 수단으로 사용하는 시스템은 여전히 고대역폭과 저지연 전송을 요구하고 있으며, 전송된 영상을 기반으로 상황을 판단하고 실시간 피드백을 제공하기 위해서는 전송된 영상의 품질뿐만 아니라 데이터 신뢰성과 전송 지연시간 문제는 극복해야할 중요한 부분이다. 5세대 모바일 네트워크의 출현은 이전 세대의 기술에서 경험할 수 없었던 고대역폭과 정밀한 위치 인식 등의 특성을 제공하여, 원격 진료 및 수술, 사회안전망을 위한 무선 원격 비디오 감시 시스템, 차량의 자율 주행 뿐만 아니라 UAV/UGV의 비가시권 제어를 실현할 수 있는 기반이 되고 있다. 또한 모바일 네트워크의 특성을 고려하여 네트워크 지연 시간을 최소화하는 Mobile Edge Computing 기술은 기존의 스마트 단말과 고가용성 서버 시스템으로 구성되던 시스템 아키텍처에 대한 변화를 요구하고 있다. 그러나 여전히 무선 구간에서 발생하는 네트워크 불확실성은 고해상도 영상을 전송할 때 영상 품질의 문제로 이어지며, 캐시를 활용한 전통적인 해결 방법은 지연 시간의 증가로 이어지게 되어 5G-MEC로 극복한 문제에 대한 근본적인 해결책이 되지 못한다. 본 연구에서는 Foward Error Correction과 Fast Retransmission을 이용하는 SRT 프로토콜을 기반으로 초저지연 고화질 영상 전송 시스템을 제안하고 각 시스템 컴포넌트를 5G-MEC의 특성을 고려하여 배치하여 4K 영상 전송시에도 종단간 지연시간을 1초 이하로 제한할 수 있음을 실험 결과로 제시하고 있다. 또한 실시간 고화질 영상 전송시 고려해야하는 요소로, 영상의 품질과 카메라-사용자 간의 최종 지연 시간 및 지연시간에 영향을 미치는 구간을 분석하고 추가적으로 개선할 수 있는 부분을 찾아 제시하도록 한다.

Keywords

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