IoT(Internet of Things) 환경에서 한정된 대역폭을 갖는 서버에서 저장된 비디오 데이터를 많은 클라이언트들에게 전송하기 위해서는 전송률 변화 횟수, 첨두 전송률, 전송률 변화량 등의 요소를 고려하여 전송 계획을 세워야 한다. 이 전송 계획을 스무딩이라고 하며 전송률 증가 횟수를 최소화하는 CBA, 전송률 변화횟수를 최소화하는 MCBA, 전송률 변화량을 최소화하기 위한 MVBA 등이 있다. 본 연구에서는 평균 전송률을 최소화하기 위해 제안된 알고리즘[16]에 대한 성능을 평가하기 위해, 제안된 알고리즘과 기존 스무딩 알고리즘들에서의 첨두 전송률, 전송률 변화횟수, 전송률 증가횟수, 전송률 변화량, 첨두 전송률 이용률, 평균 전송률을 다양한 비디오 데이터와 버퍼 크기로 비교한다. 평가 결과 제안 알고리즘은 평균 전송률이 가장 낮은 전송 계획을 세움으로써, 서버의 한정된 네트워크 자원의 효율적인 사용에 도움을 준다.
적응형 대역폭 할당 방법에서는 가변 비트율의 비디오 데이터에 대해 CBA 알고리즘과 같은 스무딩 알고리 즘을 사용하여 전송 계획을 만들고, 이 계획에 따라 데이터를 네트워크 트래픽을 고려하여 전송한다. 그러나, CBA, MCBA, MVBA등의 알고리즘에서는 전송률이 증가될 때에 오버플로우 경계선 부근에서 전송률이 변화되고, 전송률 증가 구간의 크기가 전송률 감소 구간의 크기보다 일반적으로 크기 때문에, 가용 전송률이 계획된 전송률보다 작은 경우에는 폐기되어야 하는 프레임의 양이 많아지게 된다. 본 논문에서는 폐기되는 프레임 양을 줄이기 위하여 언더플로우 경계선과 오버플로우 경계선의 중간에서 전송률이 변화되지만, 전송률의 증가가 필요한 경우에는 전송률 변화양을 최소로 하는 스무딩 알고리즘과 CBA, MCBA, MVBA 알고리즘을 적응형 대역폭 할당 방법의 전송 계획으로 사용하였을 때, 최소 재생률, 평균 재생률, 재생률 변화량, 그리고 폐기되어야 하는 프레임 양을 비교한다.
스무딩은 가변 비트율로 저장된 비디오 데이터를 클라이언트로 전송할 때 일련의 고정 비트율로 전송할 수 있도록 전송 계획을 세우는 것으로 이러한 스무딩 알고리즘에는 CBA, MCBA, MVBA, PCRTT 등이 있다. 그러나 이 알고리즘들에서는 GOP내에서 프레임들간의 바이트 수의 차이가 심한 경우에도 이 순서대로 전송 계획을 세우기 때문에 불필요하게 전송률이 변화되거나 급격하게 높은 전송률이 요구될 수 있다. 이는 네트워크 자원의 효율적 인 사용을 어렵게 할 수 있다. 이를 개선하기 위하여 본 논문에서는 빠른 시간안에 최적의 해를 찾을 수 있는 백트랙킹 방법을 이용하여 GOP 내에서 가장 완만하게 프레임의 바이트 수가 변화되는 프레임들의 순서를 검색하여 이 순서대로 전송 계획을 세우는 스무딩 알고리즘과 이를 위한 구조를 제안한다. 제안 알고리즘의 성능은 다양한 비디오 소스를 가지고 MVBA 알고리즘과 전송률 변화 횟수, 첨두 전송률, 전송률 변화량을 비교 분석하여 평가한다.
스무딩(Smoothing)은 가변 비트율로 저장된 비디오 데이터를 고정 비트율로 변환하는 전송 계획이다. 이러한 스무딩 알고리즘들에는 CBA, MCBA, MVBA 알고리즘 등이 있다. 그러나 이 알고리즘들에서는 서버에서 제공할 수 있는 여분의 대역폭의 크기를 고려하지 않아서 서버에서 비디오 데이터를 보다 많은 클라이언트들에게 제공하는 것을 어렵게 할 수 있다. 본 논문에서는 제한된 네트워크 대역폭을 갖는 동영상 서버에서 보다 많은 클라이언트들에게 비디오 데이터를 제공할 수 있게 하기 위하여 전송률 감소량(증가량)이 최대(최소)로 하는 스무딩 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘의 성능을 평가하기 위하여 여러 가지 평가 요소를 사용하였으며, 제안 알고리즘은 기존의 다른 알고리즘들과 비교하여 최대 클라이언트 서비스 개수, 평균 클라이언트 서비스 개수 등과 같은 평가 요소에서 우수함을 보였다.
본 논문에서는 다양한 멀티미디어 코덱을 고속으로 처리하기 위하여 전용하드웨어가 아닌 병렬 어레이 프로세서 기반의 U-Chip(Universal-Chip) 구조를 제안하고 TSMC 80nm 공정을 사용하여 11,865,090개의 게이트 수를 가지는 칩으로 개발하였다. U-Chip은 역양자화(IQ), 역변환(IT), 움직임 보상(MC) 연산을 위한 $4{\times}16$ 개의 프로세싱 유닛으로 구성된 병렬 어레이 프로세서와 문맥적응적 가변길이디코딩(CAVLC)을 위한 비트스트림 프로세서와 인트라 예측(IP), 디블록킹필터(DF) 연산을 위한 순차 프로세서와 DMAC의 데이터 전송 및 각 프로세서를 제어하여 병렬 파이프라인 스케쥴링을 처리하는 시퀀서 프로세서 등으로 구성된다. 1개의 프로세싱 유닛에 1개의 매크로블록 데이터를 맵핑하여 총 64개의 매크로블록을 병렬처리 하였다. 64개 매크로블록의 대용량 데이터 전송 시간과 각 프로세서들의 연산을 동시에 병렬 파이프라인 함으로서 전체 연산 성능을 높일 수 있는 이점이 있다. 병렬 파이프라인 구조의 H.264 디코더 프로그램을 개발하였고 제작된 U-Chip을 통해 $720{\times}480$ 크기의 베이스라인 프로파일 영상에 대하여 코어 192MHz 동작, DDR 메모리 96MHz 동작에서 30fps의 처리율을 가짐을 확인하였다.
스무딩은 가변 비트율로 저장된 비디오 데이터를 클라이언트로 전송할 때 일련의 고정 비트율로 전송할 수 있도록 전송 계획을 세우는 것으로 이러한 스무딩 알고리즘에는 CBA, MCBA, MVBA 등이 있다. 그러나, 이 알고리즘들은 프레임 단위로 전송 계획을 세우므로 프레임 버스트 또는 GOP 버스트가 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위하여 MVBAG 알고리즘에서는 GOP 단위로 전송률을 계산한다. 그러나, 이 알고리즘에서는 계산된 전송률보다 급격히 프레임의 크기가 작거나 큰 경우에는 QoS를 보장하지 못할 수 있다. 본 논문에서는 MVBAG 알고리즘의 문제점을 개선하는 알고리즘을 제안하고 QoS를 만족시키지 못하는 프레임 개수, 프레임당 평균 전송률 변화량, GOP당 평균 전송률 변화량과 같은 평가 요소를 사용하여 성능을 평가한다. 실험 결과, 제안 알고리즘은 QoS를 만족하는 프레임 개수 비교에서 우수함을 보인다.
파장 분할 다중화 (WDM) 기반의 다중 채널 망에서는 송신 노드와 수신 노드가 메시지 전송 기간동안 동일한 파장으로 동조될 수 있도록 하는 효율적인 프로토콜이 필수적이다. 이 논문에서는 서로 다른 QoS를 요구하는 가변 길이의 메시지를 우선순위 기반으로 전송할 수 있는 메시지 예약 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜에서는 높은 우선순위를 갖는 트래픽이 우선적으로 데이터 채널을 점유한다. 그렇지만 일단 송신 노드가 하나의 데이터 채널을 점유하면, 그 노드는 자신의 우선순위에 상관없이 점유한 데이터 채널을 독점적으로 사용할 수 있다. 또한 제안된 프로토콜은 망에 접속되어 있는 노드의 수의 변화에 무관하게 동작하며 어떠한 새로운 노드도 망의 초기화 요구 없이 언제든지 망에 접속할 수 있다. 제안된 프로토콜은 유한 노드 수의 모델에서 분석되었으며 처리율-지연 특성이 성능 측정을 위한 파라미터로서 조사되었다.
본 논문에서는 무선과 같은 대역 제한되고 잡음의 영향이 심한 환경에서 동영상 부호화를 위해 H.263를 이용하여 비트스트림을 구성하였다. 구현된 비트스트림의 실제 데이터 부분에 대한 UEP를 위해 제안된 EREC 알고리즘을 적용하여 EREC 서부프레임을 구현한다. 이러한 것은 블록단위의 재동기를 할 수 있어 에러의 전파를 최소로할 수 있고 INTRADC, MVD와 같은 중요 비트위치알 수 있다. 이러한 중요비트 위치를 이용하여 클래스를 분류하고 클래스정보에 의해 가변적인 puncturing 테이블을 설계하였으며 터보 코드의 부호율을 클래스에 따라 다르게 설계하였다. 채널코딩은 터보 코드를 사용하고 인터리버는 EREC 서브프레임 단위의 가변 부호율을 적용시 중요비트의 부가 비트가 제거되지 않고 가변적인 크기이지만 송, 수신단에서 항상 동일하게 설계한다. 시뮬레이션 결과 비트오류확률 측면에서 EEP와 비슷한 부호율을 갖는 UEP는 개선된 결과를 얻을 수 있었고 영상에 적용한 결과 중요 비트들의 보호에의해 주관적, 객관적 화질이 좋아짐을 알 수 있었다.
H.264/AVC부호화 방식이 압축성능이 뛰어나더라도 가변길이부호화방식을 따르기 때문에 동영상을 부호화할 때 발생하는 데이터량은 시간의 흐름에 따라 큰 폭으로 변할 수 밖에 없다. 따라서 부호화된 비디오 비트스트림을 고정된 저대역폭의 네트워크를 통해 실시간으로 전송하고자 할 경우에는 부호기로부터 출력되는 비트율을 반드시 제어할 필요가 있다. 기존의 비트율 제어 알고리즘은 각 프레임당 목표 비트를 결정하는 2차원 비트율-왜곡 모델을 채택하고 있다. 본 논문에서는 전송율이 고정된 비디오 채널에서 H.264/AVC 부호화 기법으로 압축된 동영상을 전송할 때 움직임이 많은 영상의 비트율을 보다 효율적으로 제어하는 알고리즘을 제시한다. 제안된 비트율 제어 알고리즘은 2차원 비트율-왜곡 모델식을 이용하여 이전 프레임의 매크로블록과 현재 프레임의 매크로블록간에 움직임 변화량을 예측함으로써 매크로블록 단위로 비트율을 제어한다. 움직임이 많고 장면전환이 빈번한 동영상 샘플을 대상으로 비교 실험한 결과, 비트율 제어의 경우 기존의 알고리즘은 채널전송 환경에 부적합하게 비트율을 초과하지만, 새롭게 제안한 알고리즘은 채널전송에 적합하게 부호화됨을 확인할 수 있었다. 화질 또한 제안한 방법이 기존의 비트율 제어 방법보다 평균적으로 $0.4{\sim}0.9\;dB$로 높게 나타남을 확인하였다.
IEEE 802.11 무선랜은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식의 MAC(Media Access Control) 프로토콜을 사용하며, 데이터 충돌을 회피하기 위하여 데이터 전송 시 다른 사용자가 채널을 사용하고 있는지를 캐리어 감지를 통해 확인하게 된다. 현재 IEEE 802.11 표준에서는 캐리어 감지 범위에 영향을 주는 임계값을 일정한 고정 값으로 운용을 하고 있는데, 모바일 Ad-hoc 네트워크와 같이 이동성으로 인해 가변성이 큰 경우에는 고정 특정 캐리어 감지 임계값으로는 효율적인 네트워크 운영이 어렵다. 본 논문에서는 신호대간섭잡음비를 고려하여 캐리어 감지 임계값과 전송속도를 적절히 선택하는 제안된 SINR 기반 동적 캐리어 감지 임계값 방법을 모바일 Ad-hoc 네트워크 환경에 맞게 운영을 함으로써 더 좋은 네트워크 처리율을 얻을 수 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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