혼합형 스태거드 기법을 이용한 멀티미디어 전송시스템

Abstract

최근 방송통신 융합 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황에서 방송의 서비스를 통신으로, 통신의 서비스를 방송으로 제공하려는 노력이 활발히 이루어지고 있다. 또한 데이터 압축 기술과 광대역 전송 시스템의 발전은 VoD(Video-on-Demand: 주문형 비디오) 서비스를 가능하게 하였고, 이 VoD 서비스는 디지털 케이블 방송 및 IPTV 등 모든 네트워크 환경에서 대용량 디지털 멀티미디어 콘텐츠 전달에 유용하게 적용될 수 있기 때문에 현재 상당히 높은 부가가치 산업으로 예상되어 사람들로 부터 많은 관심을 받고 있다. 비디오는 동영상, 음성 등의 대용량 데이터의 집합체로써 압축 이후에도 많은 데이터를 전송해야 한다. 이를 네트워크를 통하여 전송할 경우 상당히 큰 채널 대역폭이 필요하고 채널 대역폭을 확보하기 위해서 적지 않은 비용이 소요되므로 채널 대역폭의 효율적 활용이 필요하다. VoD는 비디오를 전송하는 방식에 따라 분류할 경우 실시간 주문형 비디오 (TVoD True-VoD) 와 유사 주문형 비디오(NVoD: Near-VoD)로 크게 분류된다. TVoD는 시청자가 원하는 시간에 원하는 프로그램을 선택하여 시청할 수 있는 방식으로 시청자에게 지정된 하나의 채널을 통해서 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하는 대화형 서비스 이다. TVoD는 대화형 서비스의 장점이 있지만 시청자가 비디오 서버에서부터 시청자단까지 전송 채널을 점유하기 때문에 서비스의 제공에 많은 대역폭이 필요하고 따라서 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다. 반면, NVoD는 대화형 서비스 기능과 시청자의 대기시간을 희생하는 대신, 하나의 비디오 프로그램을 여러 개의 방송채널을 통하여 순차적으로 반복하는 방식이다. NVoD는 하나 또는 수개의 비디오 채널을 이용하여 다수의 시청자들이 동시에 비디오를 시청할 수 있도록 하여 시스템 비용을 획기적으로 줄인 방식이다. 요구량이 많은 컨텐츠의 경우 NVoD가 TVoD에 비해 현저히 적은 채널을 필요로 하지만 많은 시청자들이 요청한 비디오를 즉시 볼 수 없다는 단점이 있다. 하지만 VoD에 대한 시청자의 요구는 특정 비디오에 집중이 강하게 발생하고 이와 동시에 시청자의 요청 시간도 특정 시간대에 집중적으로 발생한다. 이러한 이유로 인기가 많은 비디오에 대해서는 TVoD 보다는 NVoD를 활용하는 것이 대역폭 활용 측면에서 효율적이다. 본 논문은 NVoD 방식들 중에서 Pagoda Broadcasting 방식과 Staggered Broadcasting 방식을 상호결합 한 혼합형 전송방식을 제안 하였다. Pagoda Broadcasting 방식은 대역폭 효율은 월등히 좋으나 세그먼트의 수가 많고 복잡도가 높아 시스템을 구현하기에 상당히 어려운 반면, Staggered Broadcasting 방식은 시스템이 매우 간단하여 구현하기에는 용이하나 대역폭 효율은 현저하게 떨어진다. 때문에 혼합형 전송방식은 이 두 가지 방식의 장점만을 활용하여 구성되어 있으므로, 대역폭 효율이 매우 우수할 뿐만 아니라 구현하기에도 용이한 실용적인 방식이다. 제안된 방식은 비디오 데이터를 짧은 앞부분과 긴 뒷부분으로 나누고 짧은 앞부분에는 Pagoda Broadcasting 방식을 적용하고, 긴 뒷부분에는 Staggered Broadcasting 방식을 적용한 다음 상호 동기를 맞추어서 NVoD 서비스를 하는 방식이다. 이러한 구조는 비디오의 짧은 앞부분만 데이터 분할을 통한 비디오 서비스를 하기 때문에 채널 대역폭 효율을 높일 수 있고, 또한 NVoD 시스템 구조를 간단하게 할 수 있어 성능 향상이 가능하였다. 그리고 본 논문에서는 혼합형 전송방식의 성능을 Pagoda Broadcasting, Fast Broadcasting, Staircase Broadcasting, Harmonic Broadcasting과 비교하여 혼합형 전송방식의 성능이 우수함을 보였다. 또한 비디오 데이터 분할 정도가 혼합형 전송방식의 성능에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 것도 모의실험을 통하여 제시하였다. 제안된 방식은 우수한 성능과 더불어 기존에 제안되었던 다양한 NVoD 방식들의 단점으로 알려진 비디오 데이터 세그먼트 수를 크게 줄이고, 복잡한 채널 관리의 문제점과 한꺼번에 사용하는 채널의 수도 상황에 맞게 줄일 수 있어 기존의 NVoD 방식보다 실용적인 방식이다. 특히 제안된 방식의 비디오 데이터 분할계수( h )를 1로 할 경우, 시청자 대기시간은 기존의 Pagoda Broadcasting 방식과 거의 동일하지만 시스템의 복잡도(세그먼트 수)는 기존 방식의 최대 52% 수준으로 줄일 수 있다. 또한 비디오 분할에 따라서 시청자의 대기시간과 필요한 버퍼량을 조절 할 수 있기 때문에 케이블TV망에서 NVoD 서비스의 적용 환경에 맞게 사업자가 이들을 조절해서 적용이 가능하다. 따라서 제안된 방식은 동시에 많은 시청자들에게 서비스가 가능하고 우수한 대역폭 효율을 가진다. 이와 동시에 간단한 구조를 유지하기 때문에 실용적으로 NVoD 시스템을 적용할 수 있다.; In providing video-on-demand (VoD) services to a number of clients through networks, two major technical issues are focused on both to reduce the viewer's waiting time maintaining a given bandwidth allocation and the client's buffer requirements. To solve these problems, many significant broadcasting methods had been proposed. However, most periodic VoD methods need frequent channel hopping, many segments of video managing and using many channels at the same time. These complexities make it difficult to implement VoD services. In this thesis, we propose a pagoda staggered broadcasting (PSB) method which has a simple structure and substantially improves VoD efficiency. The proposed method significantly reduces dividing segments of a video, using channels simultaneously and switching channels occasionally unlike the previously proposed periodic broadcasting methods. Also this new method performs significantly better than the existing VoD methods in viewer’s waiting time and buffer requirement with simplicity. The numerical results demonstrate that the viewer’s waiting time of the PSB method is nearly equal to the existing pagoda broadcasting methods. However, the complexity of this method can be decreased up to roughly 60% if dividing coefficient h is 1, compared with that of the previous pagoda broadcasting methods by adjusting the short front part of a video sizes.