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멀티미디어 네트워크 통신과 응용

2008. 11. 26

송 성도송 성도

멀티미디어 데이터 전송의 품질 (1)

서비스 품질(Q S)


서비스 품질(QoS)데이터율

전송 속도의 측정, 초당 킬로비트(kbp)나 메가비트(Mbps)로 표시전송 속도의 측정, 초당 킬로비트(kbp)나 메가비트(Mbps)로 표시

대기 시간

전송에서 수신까지 걸리는 최대시간 밀리세컨드(msec)로 측정전송에서 수신까지 걸리는 최대시간, 밀리세컨드(msec)로 측정

왕복 지연 시간이 50msec를 초과하면 에코(echo) 감지

일방향 지연이 250msec보다 길어지면 대화의 충돌 발생

패킷의 분실이나 에러

패킷화된 데이터 전송의 에러율의 측정

비압축 오디오/비디오에 대한 바람직한 패킷 손실은 1 2비압축 오디오/비디오에 대한 바람직한 패킷 손실은 < 10-2


지터(지연 지터)


지터(지연 지터)

오디오/비디오 재생에 대한 일정함의 측정

큰 버퍼(지터 버퍼)를 사용하면 충분한 프레임을 보관 할 수 있음 -> 대기 시간 증가

싱크 스큐(sync skew)

멀티미디어 데이터 동기화의 측정, 밀리세컨드(msec)로 표시

좋은 립 동기를 위한 오디오와 비디오 사이의 싱크 스큐의 한계는 ±80 msec

비디오가 음성을 앞지르면 120 msec, 음성이 앞지르면 20 msec


멀티미디어 서비스 클래스


멀티미디어 서비스 클래스

실시간(대화형)

양방향, 낮은 대기시간과 지터, 우선순위가 설정된 전송

우선권 데이터

우선순위가 설정된 전송에 있어서 양방 통행, 낮은 손실과 낮은 대기시간

은(Silver)은(Silver)

보통의 대기시간과 지터, 엄격한 순서와 싱크, 일방향 통행 혹은 양방향 통행

최선 노력(배경)

비실시간 요구비실시간 요구

동(Bronze)

전송에 대한 무보장

멀티미디어 데이터 전송의 품질 (4)멀티미디어 데이터 전송의 품질 (4)


감지된 Q


감지된 Qos

ITU에서 정의

그 서비스를 사용하는 사람들의 만족도를 결정하는 서비스 성능에 대한 총체적인 효과

규칙성은 대기시간보다 더 중요

시간적인 바로잡음은 소리와 그림의 질보다 더 중요


IP 프로토콜을 위한 Q S


IP 프로토콜을 위한 QoSIP는 ”최선-노력” 통신 기술, 서로 다른 IP 응용을 구별하지 않음-> IP를 통한 QoS를 제공하기 어려움> IP를 통한 QoS를 제공하기 어려움

풍부한 대역폭이 QoS를 향상시키지만복잡한 네트워크에서 풍부한 대역폭이 항상 가능할 것 같지는 않음

차별화된 서비스(DiffServ)는 패킷을 분류하여차별화된 취급을 가능케 하기 위해DiffServ 코드를 사용

IPv4 패킷에 있는 서비스 형태(TOS)의 8개 항과IPv6 패킷에 있는 트래픽 클래스 8개 항목

단순하고 잘 확장될 수 있기 때문에 영역 간 네트워크와 기업 네트워크에 사용단순하고 잘 확장될 수 있기 때문에 영역 간 네트워크와 기업 네트워크에 사용

다른 QoS 기술과 연계해서 QoS 기술로 떠오르고 있음


다중 프로토콜 라벨 스위칭(MPLS)


다중 프로토콜 라벨 스위칭(MPLS)

IP 위에 프로토콜을 올려 놓음으로써 IP와 ATM과 같은 OSI 계층 2의 결합을 수용

라벨 스위치 패스(LSP)라 불리는 터널 생성라벨 스위치 패스 라 불리는 터널 생성

백본 IP 네트워크는 연결-발생적이 됨

장점

트래픽 엔지니어링(TE) - 통행 흐름 통제 가상 사설 네트워크(VPN) 지원트래픽 엔지니어링(TE) - 통행 흐름 통제, 가상 사설 네트워크(VPN) 지원

TE와 VPN 모두 멀티미디어 데이터에 대한 QoS의 전달을 도움


우선순위를 갖는 배송


우선순위를 갖는 배송네트워크 혼잡의 상황에서 우선순위를 갖는 배송이 성능 감쇠의 감지를 경감시킴

미디어 형태에 대한 우선순위미디어 형태에 대한 우선순위

서로 다른 미디어에 대한 우선순위가 다른 배송을 제공

비압축 오디오의 우선순위

PCM 오디오 비트스트림은 매 n번째 샘플의 그룹으로 쪼갤 수 있음

JPEG 영상에 대한 우선순위

순차 JPEG에서 서로 다른 스캔과, 계층 JPEG에서 서로 다른 영상 해상도에 대해 서로 다른 우선순위를 부여

압축 비디오에 대한 우선순위압축 비디오에 대한 우선순위

I-프레임의 수신에 가장 높은 순위, B-프레임에 가장 낮은 순위-> 재생 지연과 지터를 최소화

IP를 통한 멀티미디어 (1)

IP 멀티캐스트


IP-멀티캐스트IP-멀티캐스트

인터넷에서 멀티캐스트를 가능케 함인터넷에서 멀티캐스트를 가능케 함

브로드캐스트 메시지 - 영역내의 모든 노드에 전달

유니캐스트 메시지 - 한 개의 노드에 전달

멀티캐스트 메시지 특정 노드 집단에 전달멀티캐스트 메시지 - 특정 노드 집단에 전달

문제점

너무 많은 패킷이 돌아다님

IP 패킷은 시간-대-생존(TTL) 필드를 가짐

MBone

IP-멀티캐스트 기술을 기반

인터넷의 오디오와 비디오의 회의에 사용

멀티캐스트를 지원하는 라우터의 서브네트워크(mrouters)를 사용멀티캐스트를 지원하는 라우터의 서브네트워크(mrouters)를 사용

IP를 통한 멀티미디어 (2)IP를 통한 멀티미디어 (2)


인터넷 그룹 관리 프로토콜(IGMP)


인터넷 그룹 관리 프로토콜(IGMP)

멀티캐스트 그룹의 관리를 돕기 위해 설계

IGMP 메시지의 두 가지 특별한 형태메시지의 두 가지 특별한 형태

Query 메시지가 라우터에 의해 모든 로컬 호스트에 멀티캐스트

Report는 질의에 답하고 그룹에 참여하기 위해 사용

질의를 받으면 회원들은 응답하기에 앞서 불확정 시간 동안 기다림질의를 받으면 회원들은 응답하기에 앞서 불확정 시간 동안 기다림

라우터는 정기적으로 그룹 멤버십을 질의

적어도 하나의 질의에 답변을 얻으면 그룹 회원으로 선포적어도 하나의 질의에 답변을 얻으면 그룹 회원으로 선포

응답이 없으면 비회원으로 선언

신뢰성 있는 멀티캐스트 트랜스포트

Paul - 라우트 집단화와 계층적인 라우팅을 지원하는신뢰성 있는 멀티캐스트 트랜스포트 프로토콜(RMTP) 발표신뢰성 있는 멀티캐스트 트랜스포트 프로토콜(RMTP) 발표

Whettern, Taskale - 순방향 에러 제어(FEC) 지원하는신뢰성 있는 멀티캐스트 트랜스포트 프로토콜Ⅱ의 개요를 발표


실시간 트랜스포트 프로토콜(RTP)


실시간 트랜스포트 프로토콜(RTP)실시간 데이터 전송, 오디오나 비디오 회의를 위해 설계

UDP 사용의 이유UDP 사용의 이유

TCP는 연결 지향의 트랜스포트 프로토콜 -> 확대의 어려움

TCP는 실종 패킷을 재전송함으로써 신뢰성을 확보 -> 신뢰성 이슈는 덜 중요

RTP 패킷의 헤더

페이로드 타입 - 부호화 방식이나 미디어 데이터 형태를 나타냄페이로드 타입 - 부호화 방식이나 미디어 데이터 형태를 나타냄

타임스탬프 - 가장 중요한 기법타임스탬프를 가지면 수신기는 적절한 시간 순서로 오디오/비디오 재생 가능복수의 스트림을 동기화 할 수 있음복수의 스트림을 동기화 할 수 있음

시퀀스 번호 - 타임스탬프 기능을 보충, 패킷이 수신기에 의해 순서대로 복원될 수 있다는보장을 위해 RTP 패킷이 전송될 때마다 하나씩 증가

동기 소스(SSRC) ID - 멀티미디어 데이터의 소스 확인

기여 소스(CSRC) ID - 오디오 회의에서 모든 화자들과 기여자들의 소스들을 확인


비트 0과 1은 RTP의 버전, 비트 2(P)는 페이로드의 시그널링

비트 3(X)은 헤더에 대한 확장의 시그널링

비트 4에서 7은 CSRC ID의 개수

비트 8은 오디오 프레임의 첫 번째 패킷이나 비디오 프레임의 마지막 패킷비트 8은 오디오 프레임의 첫 번째 패킷이나 비디오 프레임의 마지막 패킷

비트 9에서 15는 페이로드의 형태

비트 16 에서 31은 시퀀스 번호

32비트 타임스탬프와 32 비트 동기 소스(SSRC) ID32비트 타임스탬프와 32 비트 동기 소스(SSRC) ID


실시간 제어 프로토콜(RTCP)


실시간 제어 프로토콜(RTCP)데이터 전송의 품질에 대해 서버에 피드백을 제공하여 QoS를 감시하고

회의의 참석자에 관한 정보도 전달회의의 참석자에 관한 정보도 전달

5가지 형태의 RTCP 패킷

수신자 보고(RR) - 품질 피드백을 제공

송신자 보고(SR) - RR의 수신, 송신된 패킷/바이트의 수 등에 관한 정보 제공

소스 서술(SDES) - 소스에 관한 정보 제공

Bye - 참가의 종료 표시Bye 참가의 종료 표시

응용 상세 기능(APP) - 새로운 특징의 향후 확장에 대해 제공

RTP와 RTCP 패킷은 다른 포트이지만 같은 IP 주소에 보내짐RTP와 RTCP 패킷은 다른 포트이지만 같은 IP 주소에 보내짐


자원 예약 프로토콜(RSVP)


자원 예약 프로토콜(RSVP)멀티캐스트를 위한 희망하는 QoS를보장하기 위해 개발보장하기 위해 개발

m 송신자와 n 수신자로 구성

여러 멀티캐스트 그룹도 가능

가장 중요한 메시지

Path - 송신자에 의해 시작멀티캐스트의 종착 주소를 향해 움직임멀티캐스트의 종착 주소를 향해 움직임수신자는 자원 예약을 위해 송신자에

대한 역경로를 알 수 있음

Resv - 예약을 원하는 수신자가 보냄 예약을 원하는 수신자가 보냄

S 는 수신자에 의해 촉발RSVP는 수신자에 의해 촉발

RSVP는 소프트 상태만을 생성


실시간 스트리밍 프로토콜(RTSP)


실시간 스트리밍 프로토콜(RTSP)오디오와 비디오 스트리밍

저장된 미디어 서버에서 대부분이 순간적으로 복호화되는 데이터그램으로 고객에게 전달저장된 미디어 서버에서 대부분이 순간적으로 복호화되는 데이터그램으로 고객에게 전달

RTSP 프로토콜

고객과 저장된 미디어 서버 사이의 통신을 위한 것

RTSP 동작의 가능 시나리오

보여줄 내용에 대한 서술 요구보여줄 내용에 대한 서술 요구

고객은 보여줄 내용에 대한 서술을 얻기 위해 DESCRIBE 요구를 저장된 미디어 서버에 보냄

세션 설정

고객은 서버에게 IP 주소, 포트 버호, 프로토콜, TTL을 알리기 위해 SETUP을 보냄고객은 서버에게 주소 포트 버호 프로토콜 을 알리기 위해 을 보냄

미디어를 요구하고 수신하기

PLAY를 받은 후, RTP를 이용해 스트리밍 오디오/비디오 데이터를 전송

세션 종료

TEARDOWN은 세션을 종료



인터넷 전화


인터넷 전화공중 스위치 전화망(PSTN)은 아날로그 음성 신호인 구리선에 의존

PC와 인터넷의 증가로 인터넷 전화에 대한 관심 증가PC와 인터넷의 증가로 인터넷 전화에 대한 관심 증가

POTS를 통한 인터넷 전화의 장점

많은 유용성과 확장성

패킷 스위칭을 사용하므로 네트워크 사용이 훨씬 효과적임

멀티캐스트와 다점간 토인의 기술로 다자간 통화는 양자간 통화보다 어렵지 않음멀티캐스트와 다점간 토인의 기술로 다자간 통화는 양자간 통화보다 어렵지 않음

진보된 멀티미디어 데이터 압축 기술로 여러 QoS의 수준이 지원될 수 있음

좋은 그래픽 사용자 인터페이스가 개발 될 수 있음


인터넷 전화에서 실시간 오디오의 전송은


인터넷 전화에서 실시간 오디오의 전송은RTP에 의해 지원됨

스트리밍 미디어는 RTSP에 의해 다뤄지고스트리밍 미디어는 에 의해 다뤄지고인터넷 자원의 예약은 RSVP에 의해 처리

H 323H.323

제공되지 않는 네트워크를 통한 패킷 기반 멀티미디어 통신 서비스의 표준

H.323 시그널링 과정의 단계시그널링 과정의 단계

통화 설정

전화를 건 쪽에서 게이트키퍼(GK) 등록, 수용 및 상태(RAS) 수용 요청(ARQ) 메시지를 보냄

수용 능력 교환수용 능력 교환

전화를 건 쪽과 상대 쪽의 수용 능력을 교환하기 위해 H.245 제어 채널이 설정


시그널링과 제어


시그널링과 제어

H.225 - 통화 제어 프로토콜

H.245 - 멀티미디어 통신을 위한 제어 프로토콜멀티미디어 통신을 위한 제어 프로토콜

H.235 - H.323과 H.245 기반 멀티미디어 터미널을 위한 보안과 암호화

오디오 코덱오디오 코덱

G.711 - 48, 56, 64 kbps 채널을 통한 3.1kHz 오디오를 위한 코덱

G.722 - 48, 56, 64 kbps 채널을 통한 7kHz 오디오를 위한 코덱

G.723.1 - 5.3, 6.3 kbps 채널을 통한 3.1kHz 오디오를 위한 코덱

G.728 - 16 kbps 채널을 통한 3.1kHz 오디오를 위한 코덱

G 729 G 729a - 8kbps 채널을 통한 3 1kHz 오디오를 위한 코덱G.729, G.729a 8kbps 채널을 통한 3.1kHz 오디오를 위한 코덱

비디오 코덱

H.261 - p × 64kbps(p≥1)에서 비디오를 위한 코덱

H.263 - -GSTN을 통한 낮은 비트율 비디오(< 64kbps)를 위한 코덱


세션 개시 프로토콜(SIP) 시그널링 프로톨콜


세션 개시 프로토콜(SIP) - 시그널링 프로톨콜

세션을 설정하고 종료하는 일을 담당하는 응용 계층 제어 프로토콜

테스트 기반 프로토콜, 클라이언트-서버 프로토콜테스트 기반 프로토콜 클라이언트 서버 프로토콜

서버 형태

프록시 서버 - 요청을 넥스트-홉 서버에 전달

리다이렉 서버 - 넥스트-홉 서버의 주소를 클라이언트에 돌려줌리다이렉 서버 넥스트 홉 서버의 주소를 클라이언트에 돌려줌

로케이션 서버 - 사용자들의 현 위치를 파악

세션 공고 프로토콜(SAP)을 통해 자신의 세션을 홍보할 수 있음

클라이언트를 촉발시킬 수 있는 방법(명령)클라이언트를 촉발시킬 수 있는 방법(명령)

INVITE - 호에 참여할 수 있도록 호출 받는 자들을 초빙

ACT - 초빙을 인정

호를 설정하지 않고 미디어 수용 능력에 관해 문의OPTIONS - 호를 설정하지 않고 미디어 수용 능력에 관해 문의

CANCEL - 초빙을 종료

BYE - 호를 종료

REGISTER - 사용자의 위치 정보를 레지스터(SIP 서버)에 보냄


SIP 세션 개시시의 시나리오


SIP 세션 개시시의 시나리오

1. 발신자는 로컬 프록시 서버 p1에게 INVITE [email protected]를 보냄

2. 프록시는 [email protected]의 서버 위치 확인을 위해 자신의 영역 네임 서버(DS)을 사용하여 요청을 보냄하여 요청을 보냄

3, 4. [email protected]이 서버에 로그임 되지 않았음, 요청은 근처의 로케이션 서버로 보내짐[email protected]의 위치 파악

5 서버는 리다이렉트 서버이므로 john@home ca의 주소를 프록시 서버 P1에게 되돌려 줌5. 서버는 리다이렉트 서버이므로 [email protected]의 주소를 프록시 서버 P1에게 되돌려 줌

6. [email protected]를 위한 다음 프록시 서버 P2를 시도

7, 8. P2는 자신의 로케이션 서버에 문의 John의 로컬 주소 [email protected]를 얻음

9 10 넥스트 홉 프록시 서버 P3를 접촉하여 초빙을 클라이언트가 있는 곳으로 전달9, 10. 넥스트-홉 프록시 서버 P3를 접촉하여 초빙을 클라이언트가 있는 곳으로 전달

11~14. John은 자신의 현 위치에서 호를 받아들이고 발신자에게 승인이 되돌아감

세션 기술 프로토콜( )세션 기술 프로토콜(SDP)

멀티미디어 세션을 기술, 문자 형태

번호, 미디어 스트림의 형태, 스트림의 도착지 주소, 포트 번호의 송수신, 미디어 포맷을 포함

ATM 네트워크를 통한 멀티미디어 (1)

ATM을 통한 비디오 비트율


ATM을 통한 비디오 비트율일정 비트율(CBR)

비압축 비디오나 CBR-부호화된 비디오비압축 비디오나 CBR 부호화된 비디오

CBR에 할당된 비트율이 낮으면 세 손실과 비디오 내용의 왜곡이 불가피

가변 비트율(VBR)

압축된 비디오에 가장 많이 사용되는 비디오 비트율

실시간 가변 비트율(rt-VBR)과 비실시간 가변 비트율(nrt-VBR)로 나눔실시간 가변 비트율(rt VBR)과 비실시간 가변 비트율(nrt VBR)로 나눔

가용 비트율(ABR)

데이터 전송은 혼잡 때문에 버퍼링이나 취소될 수 있음

비명시 비트율(UBR)비명시 비트율(UBR)

어떤 품질 파라미터에 대해서도 보장할 수 없음


ATM 적응 계층(AAL)


ATM 적응 계층(AAL)여러 포맷의 사용자 데이터를 ATM 데이터 스트림으로 바꿈

AAL 프로토콜의 형태AAL 프로토콜의 형태

AAL 타입 1 - 실시간, 일정 비트율, 연결 지향형의 데이터 스트리

AAL 타입 2 - 가변 비트율 압축 비디오와 오디오를 위해 의도

AAL 타입 3과 4(3/4) - 연결 지향형이나연결부재 일반 데이터 서비스의 가변 비트율 지원

AAL 타입 5 - 멀티미디어 데이터 전송을 위해 소개된 새로운 프로토콜 타입 멀티미디어 데이터 전송을 위해 소개된 새로운 프로토콜모든 클래스의 데이터와 비디오 서비스의 지원을 약속

ATM 네트워크를 통한 멀티미디어 31)ATM 네트워크를 통한 멀티미디어 31)

헤더와 트레일러는 컨버전스 부계층(CS) 분해와 합성(SAR)헤더와 트레일러는 컨버전스 부계층(CS) 분해와 합성(SAR) 부계층에서 원래의 사용자 데이터에 가해짐

궁극적으로 5바이트 ATM 헤더가 붙은 53바이트 ATM 셀을 형성

ATM 네트워크를 통한 멀티미디어 (4)ATM 네트워크를 통한 멀티미디어 (4)

AAL 3/4는 SAR 셀을 위한 지정된 4바이트의 오버헤드를 가짐AAL 5는 그런 층을 가지지 않음

SAR 트레일러의 일부로서, AAL 3/4는 에러 확인을 위한 체크섬을 가지고 있음AAL 5는 CS에서 체크섬을 위해 4바이트 할당AAL 5는 CS에서 체크섬을 위해 4바이트 할당

ATM을 갖거나 갖지 않는 비디오 전송을 위한 지원 요약


ATM으로의 MPEG 2 수렴


ATM으로의 MPEG-2 수렴전송 스트림(TS)으로부터 두 개의 MPEG-2 패킷은

하나의 AAL-5 서비스 데이터 유닛으로 사상됨하나의 AAL 5 서비스 데이터 유닛으로 사상됨

가상 채널 연결 설정 시 상술될 파라미터

최대 셀 전송 지연(대기 시간)

최대 셀 지연 지터

셀 손실률(CLR)

셀 에러율(CER)셀 에러율(CER)

심각한 에런 셀 블록률(SECBR)


ATM을 통한 멀티캐스트


ATM을 통한 멀티캐스트ATM 네트워크에서 멀티캐스트는 여러 도전을 가짐

ATM은 연결 지향 - 모든 다중점 연결을 설정해야 함ATM은 연결 지향 모든 다중점 연결을 설정해야 함

ATM에서 QoS는 연결 설정 시에 협상되어야 하고 모든 스위치를 알려야 함

ATM에서 멀티포인트-대-포인트나 멀티포인트-대-멀티포인트 연결은 어려움

ALL 5는 다중화기 번호나 일련 번호를 관리하지 않기 때문

ATM상의 멀티캐스팅을 위한 접근 방법상의 멀티캐스팅을 위한 접근 방법

스케일러블을 갖는 효율적인 ATM 멀티캐스트(SEAM)

유일한 인식자 사용

공유 다수-대-다수 ATM 예약(SMART)공유 다수 대 다수 ATM 예약(SMART)

토큰 방법 사용

MPEG-4의 전송(1)

MPEG 4에서 DMIF

MPEG 4의 전송(1)

MPEG-4에서 DMIF멀티미디어 응용과 전송 사이의 인터페이스

원격 대화형 네트워크 접근 방송 미디어 디스크상의 로컬 미디어를 지원원격 대화형 네트워크 접근, 방송 미디어, 디스크상의 로컬 미디어를 지원

세 종류의 통신 매체를 통한 전송의 통합

특정 프로토콜 메시지로 번역하는 DMIF 응용 인터페이스(DAI)와 국부 응용이 상호작용

MPEG-4의 전송(2)

DMIF의 전송

MPEG 4의 전송(2)

DMIF의 전송

1. 원격 네트워크 사이트와 SETUP 세션 설정

2. 스트림이 선택되고 STREAM 요청이 DMIF 동료에 보내짐스트림이 선택되고 요청이 동료에 보내짐

3. 새로운 연결이 설정되고 데이터가 스트리밍 됨

IP상의 MPEG 4IP상의 MPEG-4MPEG-4 세션은 RTP, RTSTP, HTTP와 같은

IP 기반 프로토콜상에서 수행될 수 있음IP 기반 프로토콜상에서 수행될 수 있음

주문형 미디어(MOD) (1)

대화형 TV(ITV)와 셋톱박스(STB)


대화형 TV(ITV)와 셋톱박스(STB)

텔레비전 세트를 기반으로 하는 멀티미디어 시스템 ITV의 여러 기능텔레비전 세트를 기반으로 하는 멀티미디어 시스템 ITV의 여러 기능

TV(기본, 가입자, 페이퍼뷰)

주문형 비디오(VOD)

정보 서비스(뉴스, 날씨, 잡지 등)

대화형 오락(인터넷 게임)

전자 상거래(온라인 쇼핑 주식 거래)전자 상거래(온라인 쇼핑, 주식 거래)

디지털 도서관과 교육 자료에 대한 접근


셋톱박스는 다음의 성분이 필요


셋톱박스는 다음의 성분이 필요

네트워크 인터페이스와 통신 유닛

튜너와 복조기, 보안장비, 통신 채널을 포함

처리 유닛

CPU, 메모리, STB를 위한 특수 목적의 오퍼레이팅 시스템 포함

오디오/비디오 유닛오디오/비디오 유닛

오디오와 비디오 디코더, 디지털 신호 처리기, 버퍼, D/A 변화기 포함

그래픽 유닛

애니메이션과 게임을 위한 실시간 3D 그래픽을 포함애니메이션과 게임을 위한 실시간 3D 그래픽을 포함

주변 제어 유닛

디스크를 위한 제어기, 오디오와 비디오 I/O 장치, CD/DVD 입출력기 등등


주문형 비디오를 위한 방송 기술


주문형 비디오를 위한 방송 기술대중적인 영화의 경우 소수의 인기 있는 영화에 주문이 집중됨

MOD의 질적인 평가는 대기시간MOD의 질적인 평가는 대기시간

영화를 주문한 시간과 영화를 받아본 시간 사이의 액세스 시간으로 정의

스태거드(Staggered) 방송스태거드(Staggered) 방송

모든 영화가 일정 비트율을 사용한 부호화, 같은 길이 L, 연속적으로 재생됨을 가정

사용 가능한 대역폭 W를 재생률 b로 나누어 대역폭 비율 B를 얻음

서버의 대역폭은 K개의 논리 채널로 분할

서버가 M개의 영화까지 방송할 수 있다면 각 영화의 시작 시간이 시차를두고 모든 채널에 주기적으로 방송 될 수 있음 -> 스태거드 방송두고 모든 채널에 주기적으로 방송 될 수 있음 스태거드 방송

만약 대역폭의 분할이 모든 K개의 논리 채널에 균등하면, 어떤 영화에 대한 액세스 시간은

B

LM ⋅=δ

주문형 미디어(MOD) (4)주문형 미디어(MOD) (4)

피라미드 방송피라미드 방송

영화가 증가하는 크기의 세그먼트로 분할됨

, 는 세그먼트 의 사이즈,ii LL ⋅=+ α1 iL iS 1>α는 세그먼트 의 사이즈

K채널에 영화를 시차를 두고 보내는 대신에 세그먼트들이 시차를 갖게 됨

각 채널은 같은 대역폭을 갖고 큰 세그먼트들은 상대적으로 방송의 빈도가 낮음

사용 가능한 대역폭이 영화 재생률 b보다 크다고 가정했으므로 사용자가 작은 세그먼트사용 가능한 대역폭이 영화 재생률 b보다 크다고 가정했으므로, 사용자가 작은 세그먼트를 재생하면 더 큰 세그먼트 을 수신할 수 있다는 주장iS 1+iS


연속적인 재생을 보장하기 위한 필요조건


연속적인 재생을 보장하기 위한 필요조건

ii LStimeplayback =)(

)1.16()(_)(_ 1+≥ ii StimeaccessStimeplayback

, 각 채널에 할당된 대역폭

iip y )(_

KB

ML

KB

MLStimeaccessbKB ii

i //)(_,/ 1

1

⋅⋅=

⋅=⋅ +

+α

)216(ML

L i ⋅⋅≥α

)2.16(/ KB

L ii ≥

)2.16(B

≥α

의 크기는 피라미드 방송의 액세스 시간을 결정

)(KM ⋅

iS 의 크기는 피라미드 방송의 액세스 시간을 결정

가장 짧은 액세스 시간을 얻기 위해 로 설정

α는 선형적으로 증가될 수 있으므로 전체 대역폭 B의 증가와 함께액세스 시간은 지수 함수적으로 떨어짐

KM

B

⋅=α

액세스 시간은 지수 함수적으로 떨어짐


주요 단점


주요 단점

마지막 두 개의 세그먼트가 보통 영화 크기의 75~80%를 차지하므로클라이언트 쪽에 큰 저장 공간을 필요로 함

기하학적인 수열을 사용하는 대신 스카이스크래퍼 방송(sky scraper)은 큰 버퍼의요구를 경감시키기 위해 {1,2,2,5,5,12,12,25, …. }를 세그먼트의 크기의 수열로 사용

시간 간격(1 2) (16 17)에서 요구한 두 명의 클라이언트가 자신들의 전송 일정을 가짐시간 간격(1,2) (16,17)에서 요구한 두 명의 클라이언트가 자신들의 전송 일정을 가짐

어떤 순간에도 두 개 이상의 세그먼트를 수신할 필요는 없음


과욕적 동등 대역폭 방송(GEBB)


과욕적 동등 대역폭 방송(GEBB)

특정 비디오를 방송하는 데 요구되는 전체 서버의 대역폭을 최소화하기 위한 목적

minimizeK

B∑

)4.16(...,,2,1 subject to 1

1

1i

KiS

SB i

j j

ii =

+=

∑

∑

−

−

=

ω

는 대기 시간, 는 채널 i의 대역폭

)5.16(,1* KjiBBB ji ≤≤== )6.16(11

1

*kS

B −⎞⎜⎛ +=

ω iB

)5.16(,1 KjiBBB ji ≤≤

)7.16(111

)6.16(11

11

k

i

k

i

SSS

B

−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

⎠⎜⎝

+

ωω

ω

⎠⎝⎥⎦

⎢⎣

⎠⎝ ωω


하모닉 방송


하모닉 방송

모든 세그먼트의 크기는 일정하게 유지채널 i의 대역폭은 b는 영화 재생률ibBi /=영화를 전송하는데 할당된 총 대역폭

)8.16(∑ ⋅==K

K bHi

bB

K는 총 세그먼트의 수 는 K의 하모닉 번호

1=i i

∑==

K

iK iH

1

1


영화를 주문한 후에 클라이언트는 채널 1로부터 세그먼트 S1의 첫 번째 것을 내려 받아


영화를 주문한 후에 클라이언트는 채널 1로부터 세그먼트 S1의 첫 번째 것을 내려 받아서 재생할 수 있음

클라이언트는 그들의 해당 채널로부터 모든 세그먼트를 내려 받음

하모닉 방송의 장점

K와 함께 하모닉 번호가 천천히 증가와 함께 하모닉 번호가 천천히 증가

K=30이면 각 세그먼트는 4분

액세스 시간은 피라미드 방송보다 짧음4≈KH


파고다 방송


파고다 방송

하모닉 기법은 비디오를 낮은 대역폭의 스트림을 이용하여 방송

피라미드 기법은 소수의 높은 대역폭의 스트림을 이용하여 방송피라미드 기법은 소수의 높은 대역폭의 스트림을 이용하여 방송

피라미드 기법은 하모닉 기반의 전체 대역폭 요구가 많음그러나 수많은 독립적인 데이터 스트림 관리가 필요

파고다 기법은 하모닉과 피라미드 기법의 장점을 통합파고다 기법은 하모닉과 피라미드 기법의 장점을 통합

각 비디오를 진폭이 T=L/n인 n개의 고정된 크기의 세그먼트로 분할이 세그먼트들은 주기는 다르지만 모두 b 대역폭으로 방송


스트림 통합


스트림 통합

방송 기법들은 한정된 사용자 개입이 예상될 댸 가장 효율적임

스트림 통합은 동적인 사용자 개입에 더욱 적응적이며스트림 통합은 동적인 사용자 개입에 더욱 적응적이며멀티캐스트 세션을 동적으로 합치는 것으로 달성

클라이언트의 수신 대역폭이 비디오 재생률보다 높다는 가정

서버는 클라이언트로부터 주문을 받자마자 비디오 스트림을 전송

클라이언트는 이전에 다른 클라이언트에 의해 초기화된같은 비디오의 두 번째 스트림에 대한 접근이 허용됨같은 비디오의 두 번째 스트림에 대한 접근이 허용됨

첫 번째 스트림은 두 번째에 통합(규합)될 것임


“첫 번째 스트림” B가 시간 t 2에서 시작


“첫 번째 스트림” B가 시간 t = 2에서 시작굵은 선은 재생률, 점선은 재생률의 두 배인 수신 대역폭수신자는 t = 0에서 시작한 이전(“두 번쨰”)의 스트림 A로부터 미리 가져오기 허용t = 4에서 스트림 B는 A에 규합t = 4에서 스트림 B는 A에 규합

계층적 멀티캐스트 통합 가능


버퍼 관리


버퍼 관리비디오가 네트워크를 통해 전송되었다면, 네트워크의 처리량은 비디오의 재생을

위해 비디오의 초고 비트율보다 높아야 함위해 비디오의 초고 비트율보다 높아야 함

활동적일수록 요구되는 비트율이 더 높음 (비디오의 움직임, 음성과 음악의 변화)

압축된 미디어는 VBR-부호화

VBR특성 미디어의 최고 비트율은 미디어에 대한 평균 비트율보다 클 수 있고대역폭으로 지원될 수 없을 수도 있음대역폭으로 지원될 수 없을 수도 있음

CBR 부호화 (선택 사항)

VBR보다 덜 효율적: VBR 비디오 비트율보다 15~30% 높아야 함


가변 비트율(VBR)과 네트워크 처리량의 변화를 감당하기 위해


가변 비트율(VBR)과 네트워크 처리량의 변화를 감당하기 위해송신자와 수신자 단에 모두 버퍼를 사용하는 것이 일반적

미리 가져오기 버퍼는 클라이언트 쪽에 도입미리 가져오기 버퍼는 클라이언트 쪽에 도입만약 프레임 t의 크기가 d(t), 버퍼의 크기 B, 받은 데이터 바이트의 수가 A(t)이면모든 에 대해 다음이 요구Nt ,....,2,1∈

1−tt

)9.16()()()(1

11∑∑==

+≤≤t

i

t

i

BidtAid

일 때, 부적절한 네트워크 처리량을 가지므로 버퍼 언더플로우(고갈)이 생김일 때 우리는 과도한 네트워크 처리량을 가지므로 버퍼 오버플로우가 생김

∑ =<

t

itdtA

1)()(

∑ −

=+>

1

1)()(

t

iBtdtA

둘 다 평탄하고 연속적인 재생의 걸림돌재생할 데이터가 없거나, 미디어 패킷을 버려야 함

주문형 미디어(MOD) (15)주문형 미디어(MOD) (15)

미디어 재생 데이터율과 버퍼 처리된 데이터율에 의해 가해지는 한계점 표시

선 Ⅱ에서 처리될 데이터가 보내진 것보다 큼선 Ⅱ에서 처리될 데이터가 보내진 것보다 큼

버퍼는 언더플로우, 재생은 멈춤

선Ⅰ에서 수신된 데이터는 버퍼가 수용할 수 있는 것보다 커짐

버퍼는 오버플로우, 패킷이 버려짐


전송률을 위한 최적 계획


전송률을 위한 최적 계획서버에 저장된 미디어의 데이터율 특성이 알려진 상황에서 네트워크를 위해

미리 가져오기 버퍼를 좀더 효율적으로 사용할 수 있음미리 가져오기 버퍼를 좀더 효율적으로 사용할 수 있음

미디어 서버가 전송률에 대해 미리 계획을 수립할 수 있음

최적 사전 평탄화 계획: 율의 변화(전송률의 변이)도 최소화할 수 있는 고유의 계획

최적 율 계획이 점진적이며 일정-율-전소 세그먼트의 집합을 의미하므로율 변이를 최소화 하는 것은 중요함

이전과 같이 이고 N이 비디오의 총 프레임을 나타낼 때d(t)를 프레임 t의 크기로 정의, a(t)를 프레임 t의 재생 시간 동안의 전송 데이터량D(t)를 처리되는 전체 데이터, A(t)를 시간 t에서 보내진 전체 데이터

Nt ,...,2,1∈

를 처리되는 전체 데이터 를 시간 에서 보내진 전체 데이터

)10.16()()(1∑=

=t

i

idtD

∑t

)11.16()()(1∑=

=i

iatA


버퍼의 크기를 B 시간 t에서 1 t 동안에 버퍼의 오버플로우 없이 수신할 수 있는


버퍼의 크기를 B, 시간 t에서 1.. t 동안에 버퍼의 오버플로우 없이 수신할 수 있는데이터의 최대 총 양은

버퍼의 오버플로우나 언더플로우를 피할 수 있도록 조건을 서술하는 것은 용이

BtDtW +−= )1()(

식 (16.12)는 모든 동안 만족되어야 함,

S는 모든 t에 대해 식 (16.12)가 만족되면 실현 가능한 전송 계획이라 부름

)12.16()()()( tWtAtD ≤≤Nt ,...,2,1∈ )(...)2(),1( NaaaS =

S는 모든 t에 대해 식 (16.12)가 만족되면 실현 가능한 전송 계획이라 부름

D(t)와 W(t)에 의해 정의된 곡선에 의해 고무 밴드를 잡아 늘리는 기술로 생각D(t)와 W(t)에 의해 정의된 곡선에 의해 고무 밴드를 잡아 늘리는 기술로 생각


B(t)를 시간 t에서 버퍼에 있는 데이터량 구간 [ ]


B(t)를 시간 t에서 버퍼에 있는 데이터량, 구간 [p, q]오버플로우 없이 사용될 수 있는 최대 데이터율 Rmax

)1316())()(()(

minpBpDtW

R+=

=

언더플로우를 피하기 위해 사용되는 최대 데이터율 Rmin

)13.16(min1 pt

Rqtp

max −=

≤≤+

))()(()( BDD

알고리즘은 구간 [p q=p+1]에서 시작 q를 증가시켜 매 시간 R R 를 계산

)14.16())()(()(

min1 pt

pBpDtDR

qtpmin −

+==

≤≤+

알고리즘은 구간 [p,q=p+1]에서 시작, q를 증가시켜 매 시간 Rmax, Rmin를 계산

Rmax 가 증가된다면 율 세그먼트가 Rmax 율로 생성Rmin 가 감소되면 율 세그먼트가 Rmin로 생성

chap16.ppt [호환 모드] -...

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