비디오 센서 망을 이용한 무인 감시 체계에서는 고용량의 영상 정보를 왜곡 없이 전송하는 것이 중요하다. 하지만, 무선 채널의 특성상 왜곡 발생이 최소화 되도록 처리할 경우, 불필요한 전송 신호의 추가 또는 정보의 재전송 등으로 인해, 전송 자체의 지연을 초래하는 효과로 연결된다. 따라서 비디오 센서 망 기반의 감시 체계는 무인 체계와 운용자 사이 또는 무인체계들 사이에 고용량의 영상 정보를 압축하면서, 실시간 정보의 특성에 알맞도록 지연시간을 줄이고 시시각각 변화하는 감시 체계에 적합하게 전송할 수 있는 저지연/적응형 영상 전송 기술을 설계하는 것이 중요하다. 본 고에서는, 무인체계의 전체 시스템 프로토콜을 상기의 목표에 맞게 설계하고, 다양한 무선 환경에서 실현할 수 있는 영상전송 기술을 소개 한다. 원활한 무인체계 통신단말 운용을 위해 대용량의 다채널 영상 정보를 효율적이면서 지연이 적게 압축하고, 통신 상태 변화에 따라 유연하게 크로스 레이어 관점에서 영상의 정보를 계층적 부호화 (Layered Coding)를 기반으로 우선 순위에 기반하여 저지연 및 적응적으로 전송하는 기술을 소개한다.
본 논문에서는 다양한 채널 환경과 요구 화질 조건에서 사용자의 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위한 영상 전송 방법에 대하여 제안하였다. SVC(Scalable Video Coding) 전송 기법은 비디오 신호를 중요도를 고려한 계층별 신호로 인코딩하여 전송하기 때문에, 비디오 신호 전송에 있어 효과적인 방법이다. 하지만 다양한 채널 환경에 대해서 적응적으로 다수의 사용자가 요구하는 각각의 성능을 선택적으로 만족시키는 기술에 대한 연구는 미비하다. 이에 본 논문에서는 MC-CDMA기반의 SVC 전송 시스템에서 계층 간 차등 OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor) 코드 할당 기법을 통해 SVC 계층 간 protection order를 보장하고 수신부로부터의 피드백을 통해 MC-CDMA의 sub-block과 각각의 계층 신호에 할당된 OVSF 길이를 조절하여 전송함으로써 다양한 채널 환경에서 각각의 사용자의 전송 환경에 따른 최적의 영상품질을 제공하는 적응 전송 시스템을 제안한다. 모의실험을 통해 제안 시스템의 성능분석을 실시한 결과 BER 성능이 향상되어 사용자의 QoS 만족이 가능함을 확인할 수 있었다.
몰입형 고품질 가상 현실 영상 스트리밍을 위한 360도 영상 부호화 및 전송 기술 중 하나로 사용자 시점 기반 타일 스트리밍 기법이 활발히 연구되고 있다. 360도 영상은 용량이 크기 때문에 개별 타일 기반 스트리밍 방법을 사용해 사용자 시점만 보내는 것이 효율적이다. 본 논문은 시점 기반 가상 현실 영상 복호화 시스템을 위한 복호기 적응적 타일 클러스터링 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 클라이언트의 복호기가 최대로 복호화 가능한 해상도를 탐색한 후, 사용자 시점 데이터와 복호기 적응적 타일 클러스터링 알고리즘을 이용해 클러스터화할 복수 개의 사용자 시점 타일들의 목록을 생성한 후, 타일 병합기를 이용해 타일들을 병합하여 클러스터 비트스트림을 생성한다. 이후 클라이언트는 병합된 클러스터 비트스트림들을 복호화한 후 사용자 시점을 생성한다. 제안하는 방법을 이용하면 클라이언트의 복호기 환경에 제약받지 않는 복호화가 가능하며, 제안하는 방법 중 하나인 4K_clustering 방법의 경우 8%의 복호화 속도 개선 효과를 얻을 수 있어 몰입형 고품질 가상 현실 영상을 위한 실시간 타일 스트리밍이 가능하다.
영상에 포함된 잡음은 시각적인 문제를 일으킬 뿐만 아니라, MPEG이나 H.263과 같은 영상 압축 시스템의 부호화 효율을 떨어뜨린다. 따라서 영상 압축 시스템의 입력으로 이러한 잡음이 포함된 신호가 들어갈 때, 잡음 제거 필터를 사용하여 잡음을 제거한 후 영상 압축을 하는 것이 시각적인 면에서나 압축 효율적인 면에서 매우 효과적이다. 본 논문에서는 이웃한 4개의 화소값을 참조하여 잡음의 존재 여부를 판단하고, 판단 결과를 이용하여 선택적으로 잡음을 제거하는 적응형 십자형 중간값(median) 필터를 제안한다. 제안된 방법을 이용하면 전체 영상에 걸쳐 필터를 이용하는 방법에 비해 계산량이 크게 줄고, 영상의 필터 처리후에 나타나는 뭉개짐(blurring) 현상을 줄일 수 있다. 또한 잡음이 처리된 영상을 시간방향으로 Look-up Table에 따른 IIR필터를 통과시킴으로써 시간상으로 존재하는 잡음을 제거하여 동영상의 주관적 화질을 향상시킬 수 있다.
본 논문에서는 사용자 시점에 대응하는 고화질 360 비디오 제공을 위해 다시점 360 비디오 중복성 제거기법을 적용하고 잔여 비디오를 하나의 영상으로 병합하여 압축 후 전송하는 시스템을 구현한다. 사용자 움직임 적응적 360 비디오 스트리밍을 지원하는 three degrees of freedom plus (3DoF+)를 위한 시스템은 다시점에서 촬영된 다수의 고화질 360 비디오 전송을 요구한다. 이에 대한 방안으로 다시점 비디오 간 중복성 제거를 위한 3D warping 을 기반으로 하는 뷰 간 중복성 제거 기술과 비디오 복원에 필요한 타일들만 추출 및 병합해주는 잔여 뷰 병합 기술에 대한 구현 내용을 설명한다. 제안된 시스템을 기반으로 다시점 360 비디오 전송을 수행하면, 기존 high-efficiency video coding (HEVC)을 사용하여 전송했을 때 대비 최대 20.14%의 BD-rate 감소가 가능함을 확인하였다.
적응 비트 레이트 (ABR) 스트리밍은, 이를 사용하는 넷플릭스나 아마존과 같은 콘텐츠 제공자와 더불어 대역폭 효율을 증가시키고, 채널 상태가 좋지 않은 경우에서도 최고의 사용자 실감을 제공한다는 측면에서, 많은 멀티미디어 전달 시스템 중에서 매우 중요한 기능이 되었다. 이러한 시스템에 의하여 대역폭 이용 효율의 개선이 이루어지는 분야는, 실시간 영상전송을 위한 인지형 폐루프 제어가 가능한 비디오 인코딩 분야이다. 본 연구에서는, 지능적으로 해상도를 결정하기 위하여, 사용자 선호도를 학습함으로써, 공간 및 시간적으로 채널 상태에 적응된 비디오 스트림을 제공하는 스트리밍 카메라 시스템을 제시한다. 제시된 시스템은 비디오 압축을 위하여 하드웨어 H.264 / AVC 인코더를 사용한다. 대역폭이 변동할 때 인코딩 매개변수는 사용자 또는 사용자를 대신할 수 있는 인지형 시스템에 의해 구성될 수 있다. 본 연구에서 개발된 인지형 비디오 클라이언트는, 시간이 지남에 따라 프레임 전송률 대비 비디오 크기와 같은 사용자 선호도를 학습하고, 채널 상태가 변동할 때 지능적으로 인코딩 매개변수를 적응 구성하게 된다. 개발된 인지형 해상도 결정 시스템에서는, 공간 및 시간적 해상도를 적절히 선택하여 비디오 대역폭을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 학습을 통하여 그 해상도를 적응적으로 결정할 수 있다는 것을 실험을 통하여 입증하였다.
최근 네트워크 기술과 모바일 기기의 발달로 인해 네트워크를 효율적으로 사용하여 비디오 스트리밍 서비스를 제공하기 위해 HTTP 적응적 스트리밍 서비스가 주목 받게 되었다. 사용자 중심 방송에 대한 관심이 증가함에 따라 대화형 멀티미디어에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 대화형 멀티미디어 서비스는 사용자가 선택하는 시나리오에 따라 영상을 재생하는 방식이다. 기존의 HTTP 적응적 스트리밍 방식으로 대화형 멀티미디어 서비스를 제공하면 사용자가 시나리오를 선택하는 시점에 따라 시나리오 변환에 의한 지연 및 버퍼 언더플로우를 유발하여 사용자 체감 품질을 저하시킨다. 따라서 본 논문에서는 끊김 없는 대화형 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하기 위해 HTTP 적응적 스트리밍 기반의 대화형 멀티미디어 전송 기술을 제안한다. 제안하는 기법은 대화형 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 시스템 구조와 프리패칭 기법이다.
SVC 계층형 비디오는 기본 계층과 확장 계층으로 구성되어 있으며 기본 계층의 정상적인 복호 없이는 확장계층의 복호가 불가능하다는 특징을 가지고 있다. 따라서, SVC 비디오 전송에서 수신 비디오의 품질 향상을 위해서는 기본 계층의 성공적인 전송이 중요한 요소로서 작용한다. 본 논문에서는 다중 릴레이를 통해서 전송되는 시스템에서, 비디오의 품질 향상을 위해 계층형 비디오의 중요도에 따라서 복호 성공 확률을 향상시키기 위한 네트워크 코딩 방법을 제안한다. 제안하는 비디오 데이터 중요도 인지 네트워크 코딩 방식을 수식적으로 분석 및 실험하여 그 결과를 보이고, 또한 릴레이의 수에 따른 비디오 품질의 성능 변화를 보였다.
본 논문에서는 1:N 멀티캐스트 미디어 스트리밍을 위한 적응형 재생제어 기법을 제안한다. 제안된 적응형 재생 제어에서는 음성의 시간규모 변환(time-scale modification)을 통해 음성과 영상이 함께 있는 미디어의 재생속도를 조절한다. 수신자의 동기화 상태 및 버퍼 점유율에 기초해 재생속도가 조절되며 재생 품질에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 속도 변화가 가해지게 된다. 이를 통하여 시스템의 불안정성 및 네트워크 혼잡에 의해 발생할 수 있는 미디어 재생의 끊김 현상을 최소화하고 멀티미디어 품질을 극대화시킬 수 있다. 또한 적응형 재생제어 기법은 재전송에 의한 손실 복구 시 복구를 위한 가용 시간을 보상해 줄 수 있다. 네트워크 시뮬레이터에 기초한 모의실험을 통해 제안된 멀티캐스트 스트리밍 기법이 재생 시 발생하는 끊김 현상을 줄이고 그룹 참가자들 간의 이질성을 완화시킴을 확인한다.
차세대 이동통신 시스템에서는 고속 패킷 서비스가 주요 기능으로 부각되고 있다. 이러한 고속 패킷 서비스의 경우 불 연속적인 데이터의 전송 및 비 대칭적 대이터 트래픽의 특성으로 인하여 D-CDMA 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 업링크에서는 적은 양의 데이터가 이동하지만, 다운링크의 경우 실시간 동영상의 전송, 파일 다운로드 등 대용량 데이터가 이동하게 되며 이러한 서비스를 위해서는 비대칭적 트래픽 특성을 갖는 데이터를 효율적으로 처리할 수 있는 시스템이 요구된다. 3GPP의 TDD(Time Division Duplex) 방식은 CDMA를 기반으로 한 방식에 TDMA 개념을 도입하여 타임 슬롯의 적절한 할당을 통해 이러한 비대칭적 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있는 장점을 가지고 있다. TD-CDMA 시스템의 특성을 고려하여 전송 프레임의 구성 방식, 물리채널 구조 및 채널 부호화 방식등에 대하여 고찰하였다. 또한 TD-CDMA 시스템에 HARQ 기법들을 비교하여 그 성능을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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