유비쿼터스 시티(유시티)에서는 수많은 비디오 카메라들이 설치된다. 이렇게 설치된 많은 카메라로부터 대용량의 비디오 데이터가 실시간으로 끊임없이 발생하고 유시티의 관리 시스템으로 전달된다. 유시티의 다양한 서비스들을 뒷받침하기 위해서는 이러한 비디오 데이터를 저장하고, 이렇게 저장된 대용량의 비디오 데이터를 분석할 수 있는 방법과 관리 시스템이 요구된다. 그래서, 이 논문에서는 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 한 유시티 비디오 관리 시스템을 제안한다. 또한, 근래 주목받고 있는 데이터 병렬처리 프레임워크인 Hadoop MapReduce를 이용하여 이러한 빅데이터 비디오를 분석하는 방법을 제안하고, 이에 따른 우리의 성능 평가를 소개한다.
In these days, 360 degree videos, which is provided via VR, have high resolution and quality of 8K. These kinds of videos inevitably require streaming technology which guarantees QoS. Therefore, we suggest MPEG DASH HTTP protocol which stably provides streaming services of high quality videos in 8K, which are 360 degree tile-encoded, on low-spec devices such as OTT and IPTV Settop and Tile Segment Cache management structure for servers operating streaming services.
최근 5G의 등장에 따라 국내 스트리밍 시장에서는 360 VR(Virtual Reality) 서비스가 주목받고 있다. 하지만 기존 IPTV(Internet Protocol Television)의 360 VR 영상 서비스에서 사용자가 고품질로 느끼기 위해서는 8K 이상의 영상이 요구 되지만 현재는 4K 정도의 영상이 서비스되어 사용자의 만족도가 높지 않다. 8K 이상의 영상의 경우 비트율(bitrate)이 하나의 QAM 채널로 전송할 수 있는 38.8107mbps 이상이다. 때문에, 현재 IPTV 방송 케이블망 환경에서 8K 이상의 영상을 스트리밍 하는 것은 불가능 하다. 이에 본 논문에서는 8K이상의 360 VR 서비스를 위해 다수의 QAM 채널을 사용하여 영상을 분리 분산하여 전송하는 방식을 제안하고 설계 하였다. 그리고 IPTV 방송 수신기에서 댁내의 디스플레이 장치로 저지연 스트리밍을 할 수 있는 엣지 스트리밍 방식을 제안하고 구현하였다. 그리고 실험을 통해 100mbps 미만의 네트워크 대역폭을 사용하여 500ms 미만의 뷰포트(Viewport) 전환 지연 시간을 갖는 360 VR스트리밍을 할 수 있음을 확인하였다.
인터넷 상에서의 비디오 스트리밍을 위한 대안으로서 P2P(Peer-to-Peer)가 관심을 받고 있다. P2P 시스템은 피어들의 대역폭 기여에 의존하고 있지만, 피어들은 자신의 대역폭을 제공하는 것을 꺼리는 경향이 있다. 본 논문에서 우리는 상향 대역폭 기여를 촉진하는 P2P 스트리밍 시스템을 제안한다. 제안 시스템에서 피어들 간의 공평성을 유지하고, 제어 가능한 방법으로 협력적인 피어와 이기적인 피어에게 다른 품질의 비디오를 제공한다. 제안 시스템은 기여한 상향 대역폭에 기초한 평가 기법으로 피어가 협력적인지 이기적인지를 결정하고, 협력적인 피어들에게는 인센티브로서 고품질의 비디오를 제공한다. 또한 제안시스템이 효과적으로 동작할 수 있도록 트리 재건조 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션을 통해, 트리 재건조 알고리즘이 효과적으로 동작하며, 인센티브 기법이 협력적인 피어에게 더 많은 하향 대역폭을 할당하고 이기적인 피어에게는 저품질 비디오를 제공함을 보인다.
N-스크린 서비스는 소비자의 콘텐츠 소비 패턴이 다양화되고 방송사, 통신 사업자에서 단말기 제조사까지 참여하며 사업 영역이 확대되고 있다. N-스크린 서비스를 안정적으로 운영하기 위해서는 지속적인 수익원이 중요하다는 측면에서 광고를 제공하기 위한 기술개발이 필요하게 된다. 특히 실시간성이 요구되는 TV 라이브 방송과 결합되는 경우, 기존 N-스크린 실시간 방송 시스템과 연계하여 광고를 제공할 수 있는 방안을 마련해야 한다. 본 연구에서는 N-스크린 서비스에서 활용도가 높은 동영상 광고를 제공할 수 있는 시스템을 제안하였다. 동영상 광고 제공을 위해 실시간 영상 대체 기능과 사용자별 광고 제공 기능을 구현하였으며, 광고 소재 관리와 통계 관리 기능을 광고 관리자에게 제공하였다. 개발된 시스템은 상용 N-스크린 서비스에 적용되어 동영상 광고를 제공하는 데 활용되고 있다.
비디오 소스를 다수의 부스트림으로 인코딩하는 향상된 코딩 기법을 이용하는 분산 비디오 스트리밍 시스템의 경우 시스템의 용량 증대를 위해서는 피어들이 자발적으로 많은 양의 부스트림을 재전송할 수 있는 장려책이 필요하다. 또한 참여 피어들은 자원 제공자인 동시에 서비스 소비자인 특성을 가지므로 시스템의 전체 용량은 참여 피어들의 부스트림 제공량에 따라 공정하게 할당되어야 하며 시스템의 효율성 측면에서는 참여 피어들의 전체 서비스 인지 품질이 최대화 되도록 할당되어야 한다. 본 논문에서는 이와 같은 문제 해결을 위해 최적화기법을 이용한 부스트림 할당 기법을 제안한다. 제안 기법은 자원 제공자이자 소비자인 피어의 특성을 고려하여 참여 피어의 자발적 자원 제공을 장려함으로써 기존 최적화 기법과 달리 분산 비디오 스트리밍 시스템 자원의 효율적 이용과 공정한 배분을 보장한다는 것을 모의실험을 통해 정량적으로 검증하였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권4호
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pp.1768-1789
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2016
In contemporary video streaming systems based on HTTP protocol, video players at the client side are responsible for adjusting video quality to network conditions and user expectations. However, when multiple video clips are streamed simultaneously, an intricate application logic implemented in the video players overlays the TCP mechanism which is responsible for a balanced access to a shared network link. As a result, some video players may not obtain a fair share of network throughput and may be vulnerable to an unstable video bit-rate. Therefore, we propose to simplify the algorithms implemented in the video players, which are responsible for the adjustment of video quality and constrain their functionality only to sending feedback to a server about a state of the player buffer. The main logic of the system is shifted to the server, which is now responsible for bit-rate selection and prioritisation of the video streams transmitted to multiple clients. To verify our proposition, we performed several experiments in a laboratory environment which show that when the server cooperates with the clients, the video players experience fewer quality switches and the system achieves better fairness when allocating network throughput among the video players. However, this comes at the cost of worse utilisation of network bandwidth.
본 논문에서는 IEEE 802.11a 무선랜(WLAN) 환경에서 Cross Layer 기반의 채널 모니터링(Cross-Layered Monitoring: CLM)을 이용한 네트워크 적응형 고선명(high definition: HD) MPEG-2 TS 비디오 스트리밍 시스템을 제안한다. 무선 채널 모니터링을 위해 AE(access point)는 MAC(medium access control) 계층의 전송 상태를 주기적으로 측정하고 응용 계층의 스트리밍 서버로 전달한다. 이것은 비디오 스트리밍 응용 프로그램이 피드백 기반의 종단간 모니터링(End-to-End Monitoring: E2EM) 기법을 적용할 때보다 가변적인 무선 채널 상태에 좀 더 빠르고 효과적으로 적응할 수 있게 한다. 스트리밍 서버는 네트워크에 적응적인 전송을 위해 측정된 무선 채널 상태에 따라 우선순위 기반의 프레임 폐기(priority-based frame dropping)를 수행한다. 이를 위해 스트리밍 서버는 실시간 파싱(real-time parsing)과 프레임 기반의 패킷 우선순위화(frame-based prioritized packetization) 기능을 제공한다. 성능 평가를 위해 IEEE 802.11a 무선랜 환경에서의 다양한 스트리밍 실험을 수행한다. 실험 결과는 제안 시스템이 시간에 따라 가변하는 무선 채널 상태에서 기존 기법에 비해 종단간 비디오 스트리밍의 품질을 향상시킬 수 있음을 보여준다.
네트워크를 통해 전송되는 스트리밍 미디어의 대용량화로 인해 기존의 전송 방법은 최적의 성능을 제시하지 못하고 있다. 이를 위해 대역폭의 소비와 네트워크 혼잡 및 트래픽을 감소시키는 비디오 프록시 서버가 운용된다. 본 논문은 비디오 프록시 서버의 효율적인 활용을 위해 미디어 스트리밍 시스템에서의 상태 천이 모델을 활용한 고속 분산 네트워크 파일 시스템을 제안한다. 제안하는 방법은 상태 천이 모델을 활용한 학습 과정, 기본 확률과 결정 확률의 생성, 그리고 확률을 기반으로 한 저장과 삭제의 3단계로 구성된다. 또한 비디오 프록시 서버의 저장 공간에서 발생되는 단편화를 막기 위하여 해당 공간을 세그먼트 별로 영역을 구분한다. 실험을 통해 제안하는 방법이 기존의 방법들에 비해 보다 높은 적중률을 보이는 동시에 보다 적은 삭제 횟수를 보임을 확인한다. 이를 통해 제안하는 방법이 초기 지연시간을 최소화하는 동시에 네트워크 대역폭을 효율적으로 활용하는 것을 보인다.
최근 네트워크 미디어 기술의 발달로 인터넷 망에서 HDTV급의 고화질 비디오를 스트리밍하는 시도가 많이 이루어 지고 있다. 그러나 최선형 서비스(best-effort service)를 기반으로 하는 인터넷 망에서 고화질 비디오를 안정적으로 스트리밍하기 위해서는 네트워크 상황에 적응할 수 있는 전송 기법이 요구된다. 본 논문에서는 MPEG 프레임(I, P, B)기반의 패킷 우선순위화를 적용한 네트워크 적응형 HD MPEG-2 스트리밍 시스템을 설계 및 구현한다. 전송 비디오는 JVC HDV 카메라로부터 실시간으로 입력받으며 19.2 Mbps의 비트율과 MPEG-2 TS (MPEG-2 MP@HL) 형식을 갖는다. 네트워크 상태의 측정은 스트리밍 클라이언트에서의 RTP 패킷 헤더의 파싱을 이용한 패킷 손실율과 평균 지터의 측정을 통해 이루어지며 이 정보는 주기적으로 스트리밍 서버로 피드백 된다. 스트리밍 서버의 네트워크 적응 관리자(network adaptation manager)에서는 네트워크 상태에 따라 프레임의 중요도에 따른 프레임 폐기(frame dropping)를 함으로서 전송률 적응을 수행한다. 이와 관련하여 TS 패킷의 실시간 파싱 및 프레임 기반 패킷 우선순위화 기법이 제안된다. 제안 시스템은 소프트웨어로 구현되며 LAN 환경에서의 실험을 통해 네트워크의 이용 가능한 대역폭이 변동하는 상황에서 HD 스트리밍의 종단 간 서비스 품질을 향상시킴을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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