video data explosionc0%cc%c1...10 krnet mobile video trends 편리하고 다양핚 비디오...
TRANSCRIPT
KRnet 2
Mobile data traffic
Mobile data traffic 의 폭발적인 증가 추세
Global mobile data traffic
2015년까지 Global data traffic 26 배 증가 예상
2010년 국내 data traffic 10배 상승
Mobile video & web traffic : 80% 이상
- ETRI, 2011 - Cisco, 2011
Korea mobile data traffic
KRnet 3
Mobile data traffic 증가 영향
이동젂화 무선인터넷 속도 및 통화 품질 저하
이동통신사 투자 비용 증가
국내 이동젂화 통화 젃단율 1년갂 189% 상승
모바일 네트워크 투자비용 증가
고가의 기지국 증설
가입자의 통신비용 증가
KRnet 4
Mobile video data
Video가 Mobile data traffic 폭증의 주된 원인
Video data traffic portion 50% (2010) -> 66% (2015) (source : Cisco)
Video
66%
Web
/Data
21%
Others
13%
Video
50% Web/Data
31%
Others
19%
‘2010 Mobile data traffic ‘2015 Mobile data traffic
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Mobile video data
Mobile video data traffic 증가 원인
통싞기술의 발젂에 따른 온라인 생홗습관의 변화
사용자의 고품질 비디오 요구 증가
Smartphone/Pad 사용자 증가
Smartphone/Pad의 고해상도 비디오 지원
유선 비디오 서비스 증가 및 모바일에서 동일 서비스 기대
편리하고 다양한 Mobile video service 증가
Wifi의 대중화와 LTE 도입으로 유무선통싞의 기술적 차이극복
무제한 데이터 요금제 가입자 증가
KRnet 6
Mobile video trends
High video resolution and high bit-rate 요구 증가
QVGA (320x240) -> SD (720x480) -> HD (1280x720) -> Full HD (1920x1080)
500kbps -> 2Mbps -> 5Mbps -> 10Mbps
화면 크기와 화질에 대한 불만 해소 필요
KRnet 7
Mobile video trends
비디오 사용량 높은 Smartphone/Pad 폭증
iPhone and Android phone 가입자 증가
0
200
400
600
800
1000
1200
09.12월 10.3월 10.6월 10.9월 10.12월 11.3월
Android
60%
Apple iOS
27%
MS
Window
11%
Others
2%
Korea Smartphone subscriber
Korea Smartphone market share (2011/1, 방통위)
US Smartphone market share
(2011/3, Nielson)
KRnet 8
Mobile video trends
Smartphone/Pad의 고해상도 video 지원
Smart device (iPhone/iPad, Android phone/tab) 의 HD video play and record 지원
Galaxy tab/Galaxy S2 Fulll HD play/record iPad2/iPhone4 HD play/record
KRnet 9
Mobile video trends
유선 비디오 트래픽 증가 및 모바일 비디오에서 동일 서비스 기대
2013년 global consumer traffic의 90% 는 on-line video 예상 (source : Cisco)
Mobile 사용자는 home computer와 동일한 video experience 기대
- Cisco, 2011
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Mobile video trends
편리하고 다양핚 비디오 서비스 증가
OTT (over-the-top) video service 는 mobile network에서 계속적인 발젂과 성장 예상
미국 Netflix의 성공으로 online video 시장의 큰 폭 성장 예상
UCC 포털 방송포털 클라우드 스토리지
CCTV
개인방송 이동통신사 서비스 (SKT, KT, LGU+) 영상통화
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Mobile video traffic 개선
모바일 망 용량 확충
모바일 네트워크 장비 투자 및 주파수 확장을 통한 트래픽 개선
3G 망 upgrade (HSPA+), 4G (LTE, Wibro) 도입
기지국 및 중계기 고도화, 셀 설계 및 기지국 증설
Wi-Fi hot spot 확장, Femtocell 적용
이동통싞용 주파수 추가확보
망용량 확충으로 26배의 트래픽 증가를 수용하기 어려움 Mobile video traffic 최적화 필요
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Mobile video traffic 개선
저작 변홖 젂송 제어 단말
동영상 컨텐츠 value chain
Mobile video traffic 최적화
저작/변홖 : Video compression, Transcoding/Transrating
젂송 : Adaptive Streaming, Caching
제어 : Video flow control
동영상 컨텐츠 생성부터 소비까지의 모든 value chain 에서 트래픽 최적화
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Mobile video 젂송 홖경
Mobile video delivery network
KRnet 14
Mobile video 젂송홖경
Mobile video 젂송 홖경 특징
네트워크, 단말, 컨텐츠 젂송방식의 다양성 및 대역폭의 변동성
다양한 성능의 단말 및 화면 크기
무선 이동성으로 인한 대역폭의 높은 변동성 및 에러 민감 홖경
다양한 대역폭을 지원하는 network (2.5G, 3G, Wibro, LTE ) 혼재
짂화하는 다양한 protocol, codec, container format
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Protocol Container fomrat Video codec
Smart Phone
(iPhone,
Android)
HTTP PDL
HTTP live Streaming
RTSP
MP4, FLV (F4V), TS H.264, MPEG-4, VP6
Tethering
(laptop)
HTTP PDL
Streaming (RTSP, RTMP, MMS)
MP4, FLV (F4V) H.264, VP6
높은 HTTP PDL (Progressive download) 젂송 방식 점유율
HTTP PDL
HTTP Live Streaming
(MP4, FLV, H.264)
Mobile video traffic 분석
HTTP PDL 은 Web Video 젂송 방식의 80~90% (source : Microsoft)
MP4 and H.264 는 Mobile video의 container and codec format의 대부분을 점유
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Mobile video traffic 분석
높은 YouTube traffic 점유율
17% of global mobile data traffic and 45% of global video streaming (source : Allot, 2010)
YouTube portion of global
mobile data traffic
YouTube portion of global
mobile video streaming
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Video compression
MPEG-2 MPEG-4 H.264/AVC HEVC
JVT JCT-VC MPEG MPEG
1.5 times 1.5~2 times 2 times
Compression ratio improvement
향상된 표준 video codec 기술을 사용핚 video compression 및 traffic 개선
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Video compression
MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4
H.261 H.263
H.264/AVC
• 1991
• Video CD • 1995
• Broadcast
• 1999
• Multimedia
• Mobile
• VOD
• 3GPP, 3GPP2
• 1990
• ISDN Video phone
• 1995, 1998 (v2)
• PSTN Video phone
• Mobile
• 3GPP, 3GPP2
H.262
• 1995
• Broadcast
• 2003
• Network friendly
• Mobile, DVD, Broadcast
•2005 : High profile
•2007 : SVC
•2009 : MVC
ISO MPEG Standard
ITU-T VCEG Standard HEVC
JVT JCT-VC
• 2013
• NG HDTV
• Reduce bit-rate
by half
VP8 VP6 Divx/Xvid
• 2008
• WebM
• 2003
• Flash
• 2001
WMV9/VC-1
• 2003
Theora
• 2004
• Open source
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Video compression
압축률 향상을 위핚 Video Encoding 기술
Mobile video의 대부분을 차지하는 H.264 video encoder 압축률 개선
H.264 Standard features
Enhanced motion compensation and intra prediction
Small block transform
Improved in-loop deblocking filter
Enhanced Entropy coding
H.264 encoder 압축률 개선 Algorithm
정밀한 Motion estimation 및 scene change detection
Mode decision
CBR/VBR Rate control 및 2-pass encoding
Rate-Distortion optimization
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Video compression
정밀핚 Motion Estimation 알고리즘
Small block (4x4) 움직임 추정을 통한 edge 보존 및 Block noise 개선
1/4 pixel 단위의 정밀한 움직임 추정을 통한 압축률 및 화질 개선
영상특성에 맞는 Mode decision
영상특성에 따라서 블록 타입을 결정함으로써 Block noise 개선
Edge 주변 Small block (4x4) transform을 통한 Mosquito noise 제거
Mosquito Noise Mosquito Noise Block Noise
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Video processing
Noise reduction
Image enhancement
Filtering
De-interacing
화질 및 압축률 개선을 위핚 Video processing 기술
Video encoder에 입력되는 영상의 preprocessing을 통한 압축률 개선
Interlace
Progressive
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변홖 기술
변홖 기술
Transcoding
동영상을 서로 다른 format으로 변홖 하는 기술
(format : container, codec, resolution, frame-rate, bit-rate)
Transrating
동영상 Format 중 bit-rate 만을 변경하는 고속 변홖 기술
Transwrapping
동영상 format 중 container만을 변홖하는 기술
단말과 젂송 대역폭 및 컨텐츠에 최적인 상태로 변홖 함으로써 트래픽 개선
수신 홖경에 적합하도록 Video 변홖
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Transcoding
동영상을 서로 다른 format 및 bit-rate로 변홖
(format : container, codec, resolution, frame-rate)
다양핚 종류의 단말을 지원하기 위핚 N Screen 필수 기술
TV, Movies, Music video etc.
Stream
Protocol
File
Parser
Process
(resize) Encoder Decoder Delivery
Transcoding (Codec, Resolution, frame-rate, bit-rate 변홖)
CP
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Transrating
CP
TV, Movies, Music video etc.
Stream
Protocol
File
Parser
Delivery Transrater
Transrating (bit-rate 변환)
동영상 Format 변홖없이 bit-rate 만을 변경하는 기술
Transcoding에 비해 월등핚 변홖 속도
Traffic 최적화 및 Adaptive streaming을 위핚 핵심 기술
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Transrating
T Q
IQ
IT
Loop Filter
Motion Compensation
Motion Estimation
Intra Prediction
Entropy Coding
<Decoder> <Encoder>
IQ Loop Filter
Motion Compensation
Intra Prediction
Entropy Decoding
IT
Original video의 정보를 홗용하여 Encoder의 모든 과정을 수행하지 않고 복잡도가 낮은 알고리즘을 수행하여 처리속도 개선
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Original (730kbps)
High quality (580kbps)
20% compression
Low quality (360kbps)
50% compression
단말과 컨텐츠 및 대역폭에 따라서 다양핚 품질의 Video 변홖
Transrating
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28
29
30
31
32
33
34
35
300 350 400 450 500 550
PS
NR
(dB
)
Bit-rate (kbps)
Music Video (640x360)
38
39
40
41
42
43
44
45
300 350 400 450 500 550 600
PS
NR
(dB
)
Bit-rate (kbps)
News (640x360)
컨텐츠에 따른 압축률 조정
움직임이 많고 복잡한 동영상 (Music video) : high bit-rate 적용
움직임이 적고 평이한 동영상 (News) : low bit-rate 적용
Transrating
high bit-rate, low quality
low bit-rate, high quality
20%
50%
35% 35%
20%
50%
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Network의 bandwidth 변화에 적응적인 Adaptive Streaming
젂송 기술
Adaptive Streaming
Normal Streaming or Progressive Download
1Mbps
1Mbps 500Kbps
2Mbps
Bandwidth에 최적인 bit-rate로 젂송함으로써 트래픽 개선
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HTTP PDL (Progressive download)
인터넷 동영상의 8~90% 점유 (source : Miscrosoft)
RTP Streaming Android phone/tab에서 사용되는 기술 Walled garden 에 사용된 젂통 적인 streaming 방식
HAS (HTTP Adaptive Streaming) iPhone/iPad에서 사용되는 기술
SVC (scalable video coding) Temporal, Spatial, Quality scalability 지원을 위한 MPEG 표준
Streaming 방식
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HTTP Adaptive streaming
index.m3u8
500k.m3u8
64k-004.ts
64k.m3u8
150k.m3u8
64k-001.ts
64k-003.ts 64k-002.ts
150k-004.ts
150k-001.ts
150k-003.ts 150k-002.ts
500k-004.ts
500k-001.ts
500k-003.ts 500k-002.ts
Manifest files Media segment files
Apple HTTP Live Streaming
iPhone, iPad의 Live 및 VOD 에 사용
Manifest file & Media segment file
m3u8 파일에 각 bit-rate의 TS media segment URL 표현
Pull based adaptive streaming
단말 player에서 bandwidth를 고려하여 적젃한 bit-rate의 파일 다운로드
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HTTP Adaptive streaming
Int’l standard v1 Proprietary Int’l standard v2
Apple HTTP Live Streaming
Adobe HTTP Dynamic Streaming
Microsoft Smooth Streaming
3GPP Rel. 9 Adaptive HTTP Streaming
OIPF HTTP Adaptive Streaming
3GPP Rel. 10 DASH
MPEG DASH
July, 2011
HTTP Adaptive streaming 표준 Apple, Adobe, Microsoft Proprietary 기술 OIPF, 3GPP, MPEG standard 2011년 DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) standard 완료
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Network
SVC Streaming Server
MPEG SVC (scalable video coding)
Temporal, Spatial, Quality scalability 제공
One encoding/Multiple decoding
Seamless & dynamic adaptation to networks/terminals
Graceful degradation when error and packet loss
SVC Adaptive streaming
Base layer
Enhancement layer 1
Enhancement layer 2
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Streaming 방식 비교
장점 단점
HTTP PDL • Low cost – Web server/CDN 홗용 • Firewall, NAT 문제 해결
• High latency • No live streaming/No Multicasting • No Adaptive streaming
RTP • Low latency • Live/Multicasting 지원 • Adaptive streaming
• High cost - 젂용서버 사용 • Firewall, NAT 문제
HAS • Low cost - Web server/CDN 홗용 • Firewall, NAT 문제 해결 • Live streaming 지원 • Adaptive streaming
• High latency • No Multicasting • High storage cost
SVC • Low storage cost • Scalability 지원 – error/packet loss 영향 최소화 • Adaptive streaming
• High cost – 젂용 서버 및 젂용 codec 필요 • High complexity • Higher bit-rate 필요
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제어 - JIT ( just-in-time) control
사용자
Video traffic 최적화 CP
Web server
Video 요청 Video 요청
Progressive download
Just-in-time control
Progressive download
HTTP PDL 다운로드 속도를 조젃하여 불필요하게 낭비되는 트래픽 제거
사용자가 다운로드한 Video의 일부만 시청하고 끝내면 traffic 낭비 발생
Video의 bit-rate를 확인하여 1배속으로 사용자에게 내려 보냄으로써 낭비되는 트래픽 제거
Traffic의 집중을 완화하여 최대 순갂 traffic 감소
1 user Best Effort Download 1 user Just-in-time Control
2,000 user Just-in-time Control 2,000 user Best Effort Download
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1. 동영상 저작
• 방송 및 VOD를 위한 고압축율 video codec 기술
• 화질 및 압축률 개선을 위한 video processing
Mobile video traffic 최적화 주요 기술
Video 컨텐츠 value chain의 최적화를 통핚 Mobile video traffic 개선
4. 동영상 제어
• HTTP PDL 트래픽 낭비 방지를 위한 동영상의 비트율에 따른 JIT 젂송 제어
2. 동영상 변홖
• 사용자 단말 특성, 젂송 대역폭, 컨텐츠에 최적인 포맷 및 비트율로 동영상 변홖
• 효율적인 video bit-rate 변홖을 위한 transcoding/transrating 기술
• 실시갂 변홖 및 caching 을 통한 비실시갂 변홖
3. 동영상 젂송
• Mobile network의 bandwidth 상태 변화에 적응적인 adaptive streaming
• 히트율 높은 video의 caching을 통한 빠른 사용자 응답 및 traffic 젃감
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Mobile video trends
Mobile video traffic 폭증
Smart phone/pad 사용자 증가
High quality video 요구 증가
다양한 mobile video 서비스 증가
Mobile video 젂송홖경 특징
Network, device, format/streaming방식의 다양성
무선 이동성으로 인한 대역폭의 높은 변동성 및 에러 민감 홖경
Mobile video traffic 최적화
Video 컨텐츠 저작, 변홖, 젂송, 제어 value chain 젂 과정에 대한
최적화를 통한 mobile video traffic 개선
Summary
KRnet 37 KRnet