KR101182518B1 - 영상 전송 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동영상 데이터를 실시간으로 스트리밍하는 서비스에서, 서버가 단말기로부터 전송 속도를 예측할 수 있는 정보나, 단말기가 예측한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 수신하고, 단말기로부터 수신한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 근거로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있는 전송 속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정하여, 결정된 전송 속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있도록 하는, 영상 전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 영상 전송 시스템은, 사용자 단말기로부터 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 수신하고, 상기 수신된 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정한 후, 상기 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍하는 서버; 및 상기 서버로 상기 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 송신하고, 상기 서버로부터 상기 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍받는 사용자 단말기를 포함한다.
본 발명에 의하면, 모바일 무선망의 전송 대역폭과 수신 단말기의 버퍼 상태에 맞게 미디어 영상을 전송할 수 있다. 또한, 모바일 무선망에 적응적인 비디오 스트리밍 서비스를 제공할 수 있다. 그리고, 실시간 비디오 영상의 스트리밍 시에 수신 단말기에 있어 끊임없는 재생이 가능하다.
동영상, 전송속도, 미디어, 스트리밍, 대역폭, 측정 패킷, QoS, 가용 대역폭, 비트율, 버퍼레벨, PABW, BR, UB

Description

영상 전송 시스템 및 방법{Video streaming system and method}
본 발명은 모바일 네트워크에서 비디오 등의 미디어 데이터를 전송하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동영상 데이터를 실시간으로 스트리밍하는 서비스에서, 서버가 단말기로부터 전송 속도를 예측할 수 있는 정보나, 단말기가 예측한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 수신하고, 단말기로부터 수신한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 근거로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있는 전속 속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정하여, 결정된 전속 속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있도록 하는, 영상 전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인터넷은 패킷 단위로 데이터를 송수신하게 되는데, 이때 통신할 두 단말기 사이에 전송 대역폭이 항상 보장되는 것이 아니라, 일단 전송 경로가 결정되면 각 패킷 단위로 동적으로 대역폭을 점유해 가면서 데이터의 송수신이 이루어진다.
이러한 통신망의 특성 때문에 통화 품질이 일정한 수준으로 보장되지 않고, 통화 당시 인터넷 상황에 따라 패킷 손실이나 지연이 발생하여 통화 품질이 나빠질 수 있다. 인터넷 보급이 확산되면서 네트워크 시스템 자체의 성능이나 용량이 향상되고 인터넷에 연결할 수 있는 환경도 증가되고 있다.
그러나, 인터넷 사용자가 늘어나고 실시간 미디어 통신 어플리케이션의 증가로 네트워크 대역폭 용량에 대한 요구도 함께 급증하고 있지만, 실질적으로는 실시간 통신 어플리케이션을 감당할 만큼 충분히 대역폭이 확보되기란 쉽지 않다.
또한, 인터넷은 통신망의 특성 상 통화 연결 중에 필요한 대역폭을 계속 점유할 수 없다. 따라서 통화 중에도 혹은 통화 시각에 따라 사용 가능한 대역폭이 급변할 수 있다. 음성 데이터보다 상대적으로 그 양이 많은 영상 데이터를 좋은 품질로 송수신하기 위해서는 음성 통화에 비해 약 5~10배의 대역폭이 필요하게 되고, 만약 이 조건이 만족되지 않을 경우에 영상 통화 품질은 크게 나빠질 수 있다.
영상 통화에 있어서 대역폭을 조절하는 기능은 매우 중요한데, 대개 영상 단말기는 통화 전에 미리 영상 통화에 사용할 대역폭을 정하고 그에 맞추어 영상 송수신을 할 수 있도록 한다. 그러나, 이런 방식으로는 통화 중에 동적으로 변하는 대역폭에 대응하기는 어려운 단점이 있다.
한편, 최근에는 동영상 등의 대용량 데이터가 대중적으로 사용되기 시작함에 따라 동영상 데이터를 실시간으로 스트리밍하는 서비스의 경우, 이동 통신망의 전송 대역폭(Bandwidth)에 맞추어 동영상 데이터를 전송함으로써 QoS(Quality of Service)를 만족하는 서비스를 제공할 수 있다. 이때, 동영상 데이터를 모바일 무선망을 통해 전송할 경우에 실제 전송 가능한 대역폭을 결정하는 기술은 매우 중요 한 역할을 하고 있다.
도 1은 종래 전송 대역폭 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 서버는 두 개 이상의 측정 패킷(Proving Packet)을 수신 장치로 전송한다(S110).
이때, 서버는 전송 시간 정보가 포함된 측정 패킷을 수신 장치로 전송한다.
수신 장치는 전송 시간 정보가 포함된 측정 패킷을 수신하고, 수신된 두 패킷 간의 수신 간격을 구한 후 이를 근거로 후술하는 수학식 1과 같이 전송 대역폭을 산출한다(S120).
그리고, 수신 장치는 산출한 전송 대역폭을 서버로 전송한다(S130).
따라서, 서버는 수신 장치로부터 수신한 전송 대역폭을 이용해 미디어 데이터를 스트리밍한다(S140).
즉, 도 1에 도시된 종래의 전송 대역폭 결정 방법은, 서버에서 수신 장치로 측정 패킷을 전송하고, 수신 장치에서 측정 패킷을 근거로 전송 대역폭을 산출하여 서버로 전송함으로써, 서버가 전송 대역폭을 이용해 영상을 스트리밍하는 방법이 주로 사용되고 있다.
그러나, 모바일 무선망을 통해 미디어 데이터를 실시간으로 스트리밍하는 서비스의 경우, 모바일 무선망의 네트워크 환경이 시간에 따라 변하는 이유로 일정한 전송속도를 유지하면서 전송하기가 어려운 문제점이 있다.
따라서, 수신 장치에서 수신하는 미디어 데이터가 부족하여 재생을 멈추고 다음 미디어 데이터의 수신을 기다리는 버퍼링 현상이 발생하는 문제가 발생하여 사용자의 QoE(Quality of Experience)를 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 동영상 데이터를 실시간으로 스트리밍하는 서비스에서, 서버가 단말기로부터 전송 속도를 예측할 수 있는 정보나, 단말기가 예측한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 수신하고, 단말기로부터 수신한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 근거로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있는 전속 속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정하여, 결정된 전속 속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있도록 하는, 영상 전송 시스템 및 방법, 서버 및 서버의 영상 전송 방법, 사용자 단말기 및 사용자 단말기의 영상 수신 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 전송 시스템은, 사용자 단말기로부터 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 수신하고, 상기 수신된 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정한 후, 상기 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍하는 서버; 및 상기 서버로 상기 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 송신하고, 상기 서버로부터 상기 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍받는 사용자 단말기를 포함한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서버는, 사용자 단말기와 통신하기 위한 통신부; 상기 사용자 단말기로부터 수신한 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 저장하기 위한 저장부; 상기 사용자 단말기로 미디어 데이터를 스트리밍하는 데이터 전송부; 상기 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 상기 미디어 데이터의 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출하는 전송속도 산출부; 및 상기 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터가 상기 사용자 단말기에게 스트리밍되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 전송속도 산출부는, 상기 버퍼상태 정보에서 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기에서 마진 값(b)을 뺀 상위 경계보다 낮은 경우에, 상기 전송속도 정보 중 상기 사용자 단말기가 예측한 대역폭(EBW)에서 예측 오차값(a)을 뺀 실제 가용 대역폭(PABW)을 상기 전송 속도(SR)로 결정한다.
또한, 상기 전송속도 산출부는, 상기 버퍼 레벨(BL)이 상기 상위 경계(UB)보다 높은 경우에, 상기 사용자 단말기로 현재 전송 중인 영상의 비트율(BR)과 상기 실제 가용 대역폭(PABW) 중 작은 값을 상기 전송 속도(SR)로 결정한다.
또한, 상기 전송속도 산출부는, 상기 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값을 초기 비트율로 결정한다.
또한, 상기 전송속도 산출부는, 상기 버퍼상태 정보를 근거로 버퍼에 있는 데이터로만 재생할 수 있는 재생 가능 시간(PT)이 최소로 유지해야 할 재생 가능 시간(MPT)보다 낮은 경우에, 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 값을 가지도록 상기 영상 비트율(BR)을 낮추어 변경하는 것을 특징으로 하는 서버.
그리고, 상기 전송속도 산출부는, 상기 영상 비트율(BR)이 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮아 값을 올릴 수 있는 경우에, 상기 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 영상 비트율(BR) 가운데 가장 큰 값을 새로운 영상 비트율(BR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 서버.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사용자 단말기는, 서버와 통신하기 위한 통신부; 상기 서버로부터 수신된 미디어 데이터를 버퍼링하기 위한 버퍼링부; 상기 서버로부터 수신한 측정패킷을 근거로 전송속도 정보를 생성하는 전송정보 생성부; 및 상기 생성된 전송속도 정보와 상기 버퍼링부의 버퍼상태 정보를 상기 서버로 전송하고, 상기 서버가 결정한 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터를 스트리밍받도록 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 버퍼링부의 크기, 버퍼링부의 수위, 상기 버퍼링부에 채워진 정보의 재생가능시간에 해당하는 상기 버퍼상태 정보를 상기 서버로 전송한다.
이때, 상기 전송속도 정보는, 상기 측정패킷을 통해 산출한 실제 가용 대역폭(PABW)을 포함한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 전송 방법은, 서버와 사용자 단말기를 포함하는 시스템의 영상 전송 방법으로서, (a) 상기 서버가 상기 사용자 단말기로 측정패킷을 전송하는 단계; (b) 상기 사용자 단말기가 상기 측정패킷을 근거로 전송속도 정보를 생성하는 단계; (c) 상기 사용자 단말기가 상기 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 상기 서버로 전송하는 단계; (d) 상기 서버가 상기 전송속도 정보와 상기 버퍼상태 정보를 근거로 상기 사용자 단말기에게 전송할 미디어 데이터의 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 서버가 상기 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터를 상기 사용자 단말기에게 스트리밍하는 단계를 포함한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서버의 영상 전송 방법은, 사용자 단말기에게 미디어 데이터를 스트리밍 해 주는 서버의 영상 전송 방법으로서, (a) 상기 사용자 단말기에게 측정패킷을 전송하는 단계; (b) 상기 사용자 단말기로부터 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 수신하는 단계; (c) 상기 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 결정하는 단계; 및 (d) 상기 결정된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터를 상기 사용자 단말기에게 스트리밍하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 버퍼상태 정보에서 상기 사용자 단말기의 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기에서 마진 값(b)을 뺀 상위 경계보다 낮은 경우에, 상기 전송속도 정보 중 상기 사용자 단말기가 예측한 대역폭(EBW)에서 예측 오차값(a)을 뺀 실제 가용 대역폭(PABW)을 상기 전송 속도(SR)로 결정한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 버퍼 레벨(BL)이 상기 상위 경계(UB)보다 높은 경우에, 상기 사용자 단말기로 현재 전송 중인 영상의 비트율(BR)과 상기 실제 가용 대역폭(PABW) 중 작은 값을 상기 전송 속도(SR)로 결정한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역 폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값을 초기 비트율로 결정한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 버퍼상태 정보를 근거로 상기 사용자 단말기의 버퍼에 있는 데이터로만 재생할 수 있는 재생 가능 시간(PT)이 최소로 유지해야 할 재생 가능 시간(MPT)보다 낮은 경우에, 상기 사용자 단말기의 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 값을 가지도록 상기 영상 비트율(BR)을 낮추어 결정한다.
그리고, 상기 (c) 단계는, 상기 영상 비트율(BR)이 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮아 값을 올릴 수 있는 경우에, 상기 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 영상 비트율(BR) 가운데 가장 큰 값을 새로운 영상 비트율(BR)로 결정한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사용자 단말기의 영상 전송 방법은, 서버로부터 미디어 데이터를 스트리밍받고, 스트리밍받은 미디어 데이터를 버퍼링하는 버퍼를 구비하는 사용자 단말기의 영상 수신 방법으로서, (a) 상기 서버로부터 측정패킷을 수신하는 단계; (b) 상기 측정패킷에 근거한 전송속도 정보를 생성하는 단계; (c) 상기 버퍼의 버퍼상태 정보와 상기 전송속도 정보를 상기 서버로 전송하는 단계; 및 (d) 상기 전송속도 정보 및 상기 버퍼상태 정보에 근거해 결정된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 서버로부터 미디어 데이터를 스트리밍받는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 서버의 영상 전송 방법을 프로그램으로서 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 기록할 수 있다.
본 발명에 의하면, 모바일 무선망의 전송 대역폭과 수신 단말기의 버퍼 상태에 맞게 미디어 영상을 전송할 수 있다.
또한, 모바일 무선망에 적응적인 비디오 스트리밍 서비스를 제공할 수 있다.
그리고, 실시간 비디오 영상의 스트리밍 시에 수신 단말기에 있어 끊임없는 재생이 가능하다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위해 일반적인 전송 대역폭의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서, 먼저 (a)는 전송 용량을 측정하는 것으로, 서버에서 사용자 단말기로 연속으로 보낸 두 측정패킷의 크기는 L이고, 두 측정패킷의 전송 간격은 △in이며, 사용자 단말기에서 수신한 두 측정패킷 간의 수신 간격은 △out이다.
이때, 전송 용량 Ci는 다음 수학식 1과 같이 얻을 수 있다.
Figure 112009004243152-pat00001
여기서, 전송 용량은 가용 대역폭(Effective Bandwidth)이 아니라 모바일 전송망의 최대 가용 대역폭에서 다른 가입자들이 사용하고 남은 대역폭(Capacity)을 나타낸다.
즉, 수학식 1에 의하면, 전송 용량(Ci)은 두 측정패킷의 크기(L)를 두 측정패킷 간의 수신 간격(△out)으로 나누어 산출하는 것이며, 여기에 다음 수학식 2와 같이 미디언(Median)을 취하여 가용 대역폭 Ce를 얻게 된다.
Figure 112009004243152-pat00002
도 2에서, (b)는 전송 용량을 측정한 후 전송 대역폭을 측정하는 것으로, 가용 대역폭(Ce)과 혼잡(Congestion) 정도를 나타내는 S'와 전송 대역폭 R은 다음 수학식 3과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112009004243152-pat00003
수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이 전송 대역폭 R과 가용 대역폭 Ce 는 역비례 관계임을 알 수 있다.
이를 기반으로 가용 대역폭 Ce에서 혼잡을 제외한 실제 전송 대역폭 R은 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009004243152-pat00004
여기서, "Using Bandwidth Estimation to Optimize Buffer and Rate Selection for Streaming Multimedia over IEEE 802.11 Wireless Networks"에는 수학식 1 내지 4를 이용하여 네트워크의 대역폭을 측정하는 방법을 설명하고 있다. 이외에 다양한 네트워크 대역폭 측정방법이 있으며, 본 발명은 특정 네트워크 대역폭 측정방법에 제약을 받지는 않으며, 서버에서 전송속도(SR), 비트율(BR)을 제어할 수 있도록 대역폭 값을 이용할 수 있으면 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 전송 시스템의 구성의 한 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 전송 시스템(300)은, 서버(310), 통신망(320)및 사용자 단말기(330)를 포함한다.
서버(310)는 예컨대, 스트리밍 서버로서, 다양한 종류의 동영상을 다수 개로 보유하고 있으며, 사용자 단말기(330)로부터의 미디어 스트리밍 요청에 따라 동영상 등의 미디어 데이터를 사용자 단말기(330)로 스트리밍한다.
또한, 서버(310)는 사용자 단말기(330)에게 측정패킷을 전송한 후, 사용자 단말기(330)로부터 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 수신하고, 수신된 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도(Sending Rate: SR)와 영상 비트율(Bit Rate: BR)을 결정한 후, 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 사용자 단말기(330)에게 스트리밍한다.
통신망(320)은 인터넷과 같은 IP 통신망이나 일반전화 교환망(PSTN) 등을 포함한다.
또한, 통신망(320)은 무선 통신망일 경우, 예컨대, 무선 중계기를 포함하고, 전화 통화에 관한 음성 신호를 사용자 단말기(330)로 중계하기도 하고, 이메일 등의 데이터를 사용자 단말기(330)로 중계하기도 한다.
또한, 통신망(320)이 무선 통신망일 경우에 서버(310)가 사용자 단말기(330)로 데이터를 무선으로 스트리밍 해 주도록 전송 경로를 제공하고, 또한 사용자 단말기(330)가 서버(310)에 무선으로 접속하기 위한 접속 경로를 제공한다. 그리고, 통신망(320)은 WIFI, CDMA 1x EV-DO, WCDMA, MIMAX 등과 같은 무선 통신망 뿐만 아니라 블루투스나 Zigbee 등과 같은 근거리 통신망도 포함할 수 있다.
사용자 단말기(330)는 서버(310)로부터 측정패킷을 수신하여 전송 대역폭을 산출하고, 산출한 전송 대역폭이 포함된 전송속도 정보와 자신의 버퍼상태 정보를 서버(310)로 송신하며, 서버(310)로부터 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍받는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서버의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구 성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 서버(310)는, 통신부(410), 데이터 전송부(420), 전송속도 산출부(430), 저장부(440) 및 제어부(450)를 포함한다.
통신부(410)는 통신망(320)을 통해 사용자 단말기(330)와 통신한다.
데이터 전송부(420)는 측정 패킷을 사용자 단말기(330)로 전송하거나, 사용자 단말기(330)로 미디어 데이터를 스트리밍한다.
전송속도 산출부(430)는 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 상기 미디어 데이터의 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출한다.
또한, 전송속도 산출부(430)는, 버퍼상태 정보에서 버퍼 레벨(Buffer Level: 이하 BL)이 최대 버퍼 크기(maximum buffer size)에서 마진(margin) 값(b)을 뺀 상위 경계(Upper Bound: 이하 UB)보다 낮은 경우에, 전송속도 정보 중 사용자 단말기가 예측한 대역폭(Estimated Bandwidth: 이하 EBW)에서 예측 오차값(a)을 뺀 실제 가용 대역폭(Practically Available Bandwidth: 이하 PABW)을 전송 속도(SR)로 결정한다.
또한, 전송속도 산출부(430)는, 버퍼 레벨(BL)이 상위 경계(UB)보다 높은 경우에, 사용자 단말기(330)로 현재 전송 중인 영상의 비트율(BR)과 실제 가용 대역폭(PABW) 중 작은 값을 전송 속도(SR)로 결정한다.
또한, 전송속도 산출부(430)는, 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값을 초기 비트율로 결정한다.
또한, 전송속도 산출부(430)는, 버퍼상태 정보를 근거로 버퍼에 있는 데이터 로만 재생할 수 있는 재생 가능 시간(Playabel Time: PT)이 최소로 유지해야 할 재생 가능 시간(Minimum Playable Time: MPT)보다 낮은 경우에, 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 값을 가지도록 영상 비트율(BR)을 낮추어 변경하며, 변경시점은 영상의 GOP가 새로이 시작되는 시점(Intra로 부호화된 영상위치)이다. 그리고, 전송속도 산출부(430)는, 영상 비트율(BR)이 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮아 값을 올릴 수 있는 경우에, 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 영상 비트율(BR) 가운데 가장 큰 값을 새로운 영상 비트율(BR)로 결정한다.
저장부(440)는 사용자 단말기(330)로부터 수신한 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 저장한다.
제어부(450)는 전송속도 산출부(430)에 의해 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터가 사용자 단말기(330)에게 스트리밍되도록 제어한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 단말기의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 사용자 단말기(330)는, 통신부(510), 저장부(520), 버퍼링부(530), 전송정보 생성부(540) 및 제어부(550)를 포함한다.
통신부(510)는 서버(310)와 통신망(320)을 통해 통신한다.
저장부(520)는 서버(310)로부터 수신된 측정 패킷이나 미디어 데이터를 저장한다.
버퍼링부(530)는 서버(310)로부터 수신된 미디어 데이터를 버퍼링한다.
전송정보 생성부(540)는 서버(310)로부터 수신한 측정패킷을 근거로 전송속도 정보를 생성한다.
제어부(550)는 전송정보 생성부(540)에 의해 생성된 전송속도 정보와 버퍼링부(530)의 버퍼상태 정보를 서버(310)로 전송하고, 서버(310)가 결정한 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍받도록 제어한다. 즉, 제어부(550)는 버퍼링부(530)의 크기, 버퍼링부(530)의 수위, 버퍼링부(530)에 채워진 정보의 재생가능시간에 해당하는 버퍼상태 정보를 서버(310)로 전송한다.
여기서, 제어부(550)는, 버퍼링부(530)의 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기(maximum buffer size)에서 마진(margin) 값(b)을 뺀 상위 경계(Upper Bound)보다 높거나 낮은 버퍼상태 정보를 서버(310)로 전송한다.
이때, 전송속도 정보는, 측정패킷을 통해 산출한 실제 가용 대역폭(PABW)을 포함한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영상 전송 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 서버(310)는 통신망(320)을 통해 사용자 단말기(330)로 두 개 이상의 측정 패킷을 전송한다(S610).
사용자 단말기(330)는 서버(310)로부터 수신된 측정 패킷을 저장한다.
이어, 사용자 단말기(330)는 수신된 측정 패킷을 근거로 전송속도 정보를 생성한다(S620).
즉, 사용자 단말기(330)는 연속으로 수신한 두 측정 패킷의 크기(L)와 두 측정 패킷 간의 수신 간격(△out)을 근거로 수학식 2와 같이 가용 대역폭(Ce)을 산출한다.
이어, 사용자 단말기(330)는 생성한 전송속도 정보와 자신의 버퍼상태 정보를 서버(310)로 전송한다(S630).
서버(310)는 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 근거로 사용자 단말기(330)에게 전송할 미디어 데이터의 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출한다(S640).
그리고, 서버(310)는 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 사용자 단말기(330)에게 스트리밍한다(S650).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서버의 대역폭 측정 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 서버(310)는 사용자 단말기(330)로부터 데이터 전송 요청을 수신한다(S710).
서버(310)는 사용자 단말기(330)의 데이터 전송 요청에 대한 응답 신호를 데이터 전송부(420)를 통해 사용자 단말기(330)로 전송하고, 이어 두 개 이상의 측정 패킷을 사용자 단말기(330)로 전송한다(S720).
즉, 서버(310)는 사용자 단말기(330)가 초기에 측정 패킷을 통해 전송 대역폭을 결정할 수 있도록 스트리밍 초기화 정보를 전송하는 것이다.
이에, 사용자 단말기(330)는 측정 패킷을 근거로 전술한 바와 같이 전송 대 역폭을 산출하여 예측 전송률을 결정하고 이를 전송속도 정보로 서버(310)로 전송해 주며, 여기에 버퍼상태 정보를 더하여 서버(310)로 전송해 준다.
서버(310)는 사용자 단말기(330)로부터 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 수신하면(S730), 수신한 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도 산출부(430)를 통해 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출한다(S740).
이때, 서버(310)는 버퍼상태 정보에서 버퍼 레벨(Buffer Level: BL)이 최대 버퍼 크기(maximum buffer size)에서 마진(margin) 값(b)을 뺀 상위 경계(Upper Bound: UB)보다 낮은 경우에(S750-예), 다음 수학식 5와 같이 전송속도 산출부(430)를 통해 전송속도 정보 중 사용자 단말기가 예측한 대역폭(Estimated Bandwidth: EBW)에서 예측 오차값(a)을 뺀 실제 가용 대역폭(Practically Available Bandwidth: PABW)을 전송 속도(SR)로 결정한다(S760).
Figure 112009004243152-pat00005
여기서, SR은 전송속도(Sending Rate)를 나타내고, PABW는 사용자 단말기(330)의 실제 가용 대역폭을 나타낸다.
그러나, 서버(310)는 버퍼 레벨(BL)이 상위 경계(UB)보다 높은 경우에(S750-아니오), 수학식 6와 같이 사용자 단말기(330)로 현재 전송 중인 영상의 비트율(BR)과 실제 가용 대역폭(PABW) 중 작은 값을 전송속도 산출부(430)를 통해 전송 속도(SR)로 결정한다(S762).
Figure 112009004243152-pat00006
여기서, SR은 전송속도(Sending Rate)를 나타내고, PABW는 사용자 단말기(330)의 실제 가용 대역폭을 나타내며, BR은 영상 비트율을 나타낸다.
한편, 서버(310)는 버퍼상태 정보를 근거로 버퍼에 있는 데이터로만 재생할 수 있는 재생 가능 시간(Playabel Time: PT)이 최소로 유지해야 할 최소 재생 가능 시간(Minimum Playable Time: MPT)보다 낮은 경우에(S770), 수학식 7과 같이 전송속도 산출부(430)를 통해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 값을 가지도록 영상 비트율(BR)을 낮추어 영상 비트율(BR)을 결정한다(S780).
Figure 112009004243152-pat00007
여기서, VBRi+1은 새로이 결정되는 비트율을 나타내고, VBRk는 서버가 전송할 수 있는 비트율을 나타내며, index k가 클수록 비트율이 높다.
또한, 서버(310)는 재생 가능 시간(PT)이 최소 재생 가능 시간(MPT)보다 크거나, 영상 비트율(BR)이 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮아 값을 올릴 수 있는 경우에도(S770-아니오), 수학식 7과 같이 영상 비트율(BR)을 결정한다(S780).
이어, 서버(310)는 위에서 기술한 이외의 경우에 수학식 8과 같이 기존의 영상 비트율(BRi)을 현재의 영상 비트율(BRi+1)로 결정한다(S782).
Figure 112009004243152-pat00008
그리고, 서버(310)는 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 사용자 단말기(330)에게 스트리밍한다(S790).
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 단말기의 영상 수신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 사용자 단말기(330)는 서버(310)에 접속하여 데이터를 스트리밍 또는 전송해 줄 것을 요청한다(S810).
이어, 사용자 단말기(330)는 서버(310)로부터 연속된 두 개 이상의 측정 패킷을 수신한다(S820). 이때, 측정 패킷은 이미 약속된 데이터 패킷을 사용하거나 측정을 목적으로 하는 패킷일 수 있다.
사용자 단말기(330)는 서버(310)로부터 수신된 각 패킷의 크기(L)와 두 패킷 간의 수신 간격(△out)을 근거로 전송정보 생성부(540)를 통해 수학식 2와 같이 가용 대역폭(Ce)을 산출하여 가용 대역폭이 포함된 전송속도 정보를 생성한다(S830).
이어, 사용자 단말기(330)는 버퍼링부(530)의 버퍼상태 정보와 전송속도 정보를 서버(310)로 전송한다(S840).
그리고, 사용자 단말기(330)는 서버(310)에게 송신한 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보에 근거해 결정된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 서버(310)로부터 미디어 데이터를 스트리밍받는다(S850).
한편, 본 발명의 실시예에 따른 서버의 영상 전송 방법을 프로그램으로서 컴퓨터로 읽을 수 있는 CD나 USB 메모리 등의 기록매체에 기록할 수 있으며, 또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 단말기의 영상 수신 방법을 프로그램으로서 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 기록할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 동영상 데이터를 실시간으로 스트리밍하는 서비스에서, 서버가 단말기로부터 전송 속도를 예측할 수 있는 정보나, 단말기가 예측한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 수신하고, 단말기로부터 수신한 전송 속도 정보 및 버퍼 상태 정보를 근거로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있는 전속 속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정하여, 결정된 전속 속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍할 수 있도록 하는, 영상 전송 시스템 및 방법, 서버 및 서버의 영상 전송 방법, 사용자 단말기 및 사용자 단말기의 영상 수신 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 미디어 데이터를 통신망을 통해 스트리밍하는 시스템에 적용할 수 있다.
또한, 미디어 데이터를 스트리밍할 때마다 대역폭의 변경이 필요한 시스템에도 적용할 수 있다.
그리고, 다수의 단말기에게 미디어 데이터를 스트리밍할 때 QoS를 만족하는 서비스를 제공해야 하는 시스템 등에도 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 전송 대역폭 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위해 일반적인 전송 대역폭의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 전송 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서버의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 단말기의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영상 전송 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서버의 영상 전송 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말기의 영상 수신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
300 : 영상 전송 시스템 310 : 서버
320 : 통신망 330 : 사용자 단말기
410 : 통신부 420 : 데이터 전송부
430 : 전송속도 산출부 440 : 저장부
450 : 제어부 510 : 통신부
520 : 저장부 530 : 버퍼링부
540 : 전송정보 생성부 550 : 제어부

Claims (19)

  1. 사용자 단말기로부터 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 수신하고, 상기 수신된 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)을 결정한 후, 상기 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍하는 서버; 및
    상기 서버로 상기 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 송신하고, 상기 서버로부터 상기 결정된 전송속도(SR)와 영상 비트율(BR)로 미디어 데이터를 스트리밍받는 사용자 단말기;
    를 포함하고,
    상기 서버의 초기 영상 비트율은 상기 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송 시스템.
  2. 사용자 단말기와 통신하기 위한 통신부;
    상기 사용자 단말기로부터 수신한 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 저장하기 위한 저장부;
    상기 사용자 단말기로 미디어 데이터를 스트리밍하는 데이터 전송부;
    상기 전송속도 정보 및 버퍼상태 정보를 근거로 상기 미디어 데이터의 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출하는 전송속도 산출부; 및
    상기 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터가 상기 사용자 단말기에게 스트리밍되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 전송속도 산출부는, 상기 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값을 초기 영상 비트율로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송을 위한 서버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송속도 산출부는, 상기 버퍼상태 정보에서 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기에서 마진 값(b)을 뺀 상위 경계(UB)보다 낮은 경우에, 상기 전송속도 정보 중 상기 사용자 단말기가 예측한 대역폭(EBW)에서 예측 오차값(a)을 뺀 실제 가용 대역폭(PABW)을 상기 전송 속도(SR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송을 위한 서버.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전송속도 산출부는, 상기 버퍼 레벨(BL)이 상기 상위 경계(UB)보다 높은 경우에, 상기 사용자 단말기로 현재 전송 중인 영상의 비트율(BR)과 상기 실제 가용 대역폭(PABW) 중 작은 값을 상기 전송 속도(SR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송을 위한 서버.
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송속도 산출부는, 상기 버퍼상태 정보를 근거로 버퍼에 있는 데이터로만 재생할 수 있는 재생 가능 시간(PT)이 최소로 유지해야 할 재생 가능 시간(MPT)보다 낮은 경우에, 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 값을 가지도록 상기 영상 비트율(BR)을 낮추어 변경하는 것을 특징으로 하는 영상 전송을 위한 서버.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전송속도 산출부는, 상기 영상 비트율(BR)이 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮아 값을 올릴 수 있는 경우에, 상기 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 영상 비트율(BR) 가운데 가장 큰 값을 새로운 영상 비트율(BR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송을 위한 서버.
  8. 서버와 통신하기 위한 통신부;
    상기 서버로부터 수신된 미디어 데이터를 버퍼링하기 위한 버퍼링부;
    상기 서버로부터 수신한 측정패킷을 근거로 전송속도 정보를 생성하는 전송정보 생성부; 및
    상기 생성된 전송속도 정보와 상기 버퍼링부의 버퍼상태 정보를 상기 서버로 전송하고, 상기 서버가 결정한 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터를 스트리밍받도록 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 버퍼링부의 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기에서 마진 값(b)을 뺀 상위 경계(UB)보다 높거나 낮은 상기 버퍼상태 정보를 상기 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 영상 수신을 위한 사용자 단말기.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송속도 정보는, 상기 측정패킷을 통해 산출한 실제 가용 대역폭(PABW)을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 수신을 위한 사용자 단말기.
  11. 서버와 사용자 단말기를 포함하는 시스템의 영상 전송 방법으로서,
    (a) 상기 서버가 상기 사용자 단말기로 측정패킷을 전송하는 단계;
    (b) 상기 사용자 단말기가 상기 측정패킷을 근거로 전송속도 정보를 생성하는 단계;
    (c) 상기 사용자 단말기가 상기 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 상기 서버로 전송하는 단계;
    (d) 상기 서버가 상기 전송속도 정보와 상기 버퍼상태 정보를 근거로 상기 사용자 단말기에게 전송할 미디어 데이터의 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 산출하는 단계; 및
    (e) 상기 서버가 상기 산출된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터를 상기 사용자 단말기에게 스트리밍하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (c)단계에서 초기 영상 비트율은 상기 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 전송 방법.
  12. 사용자 단말기에게 미디어 데이터를 스트리밍 해 주는 서버의 영상 전송 방법으로서,
    (a) 상기 사용자 단말기에게 측정패킷을 전송하는 단계;
    (b) 상기 사용자 단말기로부터 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 수신하는 단계;
    (c) 상기 전송속도 정보와 버퍼상태 정보를 근거로 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)을 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 결정된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 미디어 데이터를 상기 사용자 단말기에게 스트리밍하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (c)단계에서 초기 영상 비트율은 상기 영상 비트율(BR)에 대해 실제 가용 대역폭(PABW)보다 작은 비트율(BR) 중에서 가장 큰 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 서버의 영상 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 버퍼상태 정보에서 상기 사용자 단말기의 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기에서 마진 값(b)을 뺀 상위 경계(UB)보다 낮은 경우에, 상기 전송속도 정보 중 상기 사용자 단말기가 예측한 대역폭(EBW)에서 예측 오차값(a)을 뺀 실제 가용 대역폭(PABW)을 상기 전송 속도(SR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 서버의 영상 전송 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 버퍼 레벨(BL)이 상기 상위 경계(UB)보다 높은 경우에, 상기 사용자 단말기로 현재 전송 중인 영상의 비트율(BR)과 상기 실제 가용 대역폭(PABW) 중 작은 값을 상기 전송 속도(SR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 서버의 영상 전송 방법.
  15. 삭제
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 버퍼상태 정보를 근거로 상기 사용자 단말기의 버퍼에 있는 데이터로만 재생할 수 있는 재생 가능 시간(PT)이 최소로 유지해야 할 재생 가능 시간(MPT)보다 낮은 경우에, 상기 사용자 단말기의 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 값을 가지도록 상기 영상 비트율(BR)을 낮추어 결정하는 것을 특징으로 하는 서버의 영상 전송 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 영상 비트율(BR)이 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮아 값을 올릴 수 있는 경우에, 상기 실제 가용 대역폭(PABW)보다 낮은 영상 비트 율(BR) 가운데 가장 큰 값을 새로운 영상 비트율(BR)로 결정하는 것을 특징으로 하는 서버의 영상 전송 방법.
  18. 서버로부터 미디어 데이터를 스트리밍받고, 스트리밍받은 미디어 데이터를 버퍼링하는 버퍼를 구비하는 사용자 단말기의 영상 수신 방법으로서,
    (a) 상기 서버로부터 측정패킷을 수신하는 단계;
    (b) 상기 측정패킷에 근거한 전송속도 정보를 생성하는 단계;
    (c) 상기 버퍼의 버퍼상태 정보와 상기 전송속도 정보를 상기 서버로 전송하는 단계; 및
    (d) 상기 전송속도 정보 및 상기 버퍼상태 정보에 근거해 결정된 전송속도(SR) 및 영상 비트율(BR)로 상기 서버로부터 미디어 데이터를 스트리밍받는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (c)단계에서 상기 버퍼상태 정보는 상기 버퍼의 버퍼 레벨(BL)이 최대 버퍼 크기에서 마진 값(b)을 뺀 상위 경계(UB)보다 높거나 낮은 상기 버퍼상태 정보인 것을 특징으로 하는 사용자 단말기의 영상 수신 방법.
  19. 제 12 항 내지 제 14 항 및 제 16 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
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