패킷 손실에 강인한 중복 비디오 패킷 전송 기법

서만근,정용원,서광덕,김재균,Seo Man-keon,Jeong Yo-won,Seo Kwang-deok,Kim Jae-Kyoon 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.8C

패킷 손실망을 통한 비디오 전송시 중복 패킷 전송에 의하여 복구에 소요되는 불필요한 시간지연을 방지하고 손실된 패킷에 대한 강인한 복구 성능을 얻을 수 있다. 그러나 이 방법의 단점은 중복적인 데이터 전송으로 전송 데이터량이 증가하여 망에서의 트래픽량을 증가시키는 것이다. 본 논문에서는 중복 전송 기법을 위한 효과적인 중복 데이터 생성, 패킷화 및 전송원리를 제안한다. 제안된 방법은 영상 재생을 위해 필요한 중요한 부호화 정보만을 중복 패킷화하여 전송함으로써 중복 데이터 생성을 위해 필요한 추가 비트량을 감소시킨다. 또한 중복 데이터 전송을 위해 필요한 패킷화 과정에서 이전 영상의 중복 데이터를 현재 영상의 패킷에 포함시켜 패킷화 하는 Piggyback 패킷화 개념을 도입하여 패킷 오버헤드를 급격히 감소시킨다. 실험결과를 통해 제안된 중복 패킷 전송 방법은 단일 패킷 전송 방법에 비해 적은 량의 추가적인 비트량으로 패킷 손실 환경에서 매우 우수한 복구 특성을 보임을 확인한다. The transmission of duplicate packets provides a great loss-resilience without undue time-delay in the video transmission over packet loss networks. But this method generally deteriorates the problem of traffic congestion because of the increased bit-rate required for duplicate transmission. In this paper, we propose an efficient packetization and duplicate transmission of video packets. The proposed method transmits only the video signal with high priority for each video macroblock that is quite small in volume but very important for the reconstruction of the video. The proposed method significantly reduces the required bit-rate for duplicate transmission. An efficient packetization method is also proposed to reduce additional packet overhead which is required for transmitting the duplicate data. The duplicated high priority data of the Previous video slice is transmitted as a Piggyback to the data Packet of the current video slice. It is shown by simulations that the proposed method remarkably improves the packet loss-resilience for video transmission only with small increase of redundant duplicated data for each slice.

기반 기술 : 무선 네트워크 자원 효율 향상을 위한 비디오 픽처 기반 오류 제어 기법

손예진 ( Ye Jin Sohn ),이웅재 ( Woong Jae Lee ),백종호 ( Jong Ho Paik ) 한국항행학회 2014 韓國航行學會論文誌 Vol.18 No.1

통신 기술의 발달과 고성능 무선 단말기들의 출시로 무선 환경에서 비디오 스트리밍 서비스 사용자 수는 빠른 속도로 증가하고 있다. 제한된 네트워크 환경에서 많은 사용자에게 UHD급 화질의 비디오 스트리밍 서비스를 제공하기 위해서는 오류 제어 기술은 필수적이다. 이전에 지연에 민감한 비디오 서비스의 오류 제어를 위해서 packet-level FEC(Forward Error Control)기법이 사용되었지만, 이 기술은 중복 데이터에 의한 네트워크 자원 점유가 크다는 단점이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 제한된 대역폭을 가진 네트워크 환경에서 기존 FEC 기법들이 제공하는 비디오 서비스 품질은 유지하면서 FEC 데이터에 의한 네트워크 점유를 줄이는 packet-level FEC 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 비디오 압축 기술의 전송 특성을 이용하여 FEC 중복비율을 조정하며, 실험 결과 이전 기법과 비교하여 약 33% 정도의 전송량을 줄임으로써 네트워크 자원 효율을 향상시킬 수 있다. Due to the development of the communication technology and the high-performance mobile device, the number of video streaming service user has been increasing. Video streaming services in the restricted network environments need error control to support users for the Ultra High Definition(UHD) video delivery. Packet-level FEC method was used to control the error for delay-sensitive video service, but it has a defect in huge occupation of network resources by redundant packets. In this paper, we proposed a packet-level FEC algorithm which maintains the video quality by previous FEC methods and also reduces the occupation of network resource in the restricted network environments. The proposed algorithm controls the redundant rate with using the delivery characteristic of the video coding technology, and improves the efficiency of network resources by reducing the traffic by around 33% in comparison with the previous FEC methods.

실시간 비디오 스트리밍 서비스를 위한 선별적 비디오 암호화 방법의 전송지연 저감 연구

윤요한,고경민 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회논문지 Vol.25 No.4

Real-time video streaming scheme for multimedia content delivery and remote conference services is one of technologies that are significantly sensitive to data transmission delay. Recently, because of COVID-19, real-time video streaming contents for the services are significantly increased such as personal broadcasting and remote school class. In order to support the services, there is a growing emphasis on low transmission delay and secure content delivery, respectively. Therefore, our research proposed a packet aggregation algorithm to reduce the transmission delay of selectively encrypted video transmission for real-time video streaming services. Through the application of the proposed algorithm, the selectively encrypted video framework can control the amount of MPEG-2 TS packets for low latency transmission with a consideration of packet priorities. Evaluation results on testbed show that the application of the proposed algorithm to the video framework can reduce approximately 11% of the transmission delay for high and low resolution video. 실시간 비디오 스트리밍은 컨텐츠 전달 및 원격회의 등에 사용되는 기술로, 전송지연에 민감한 기술 중 하나이다. 최근 코로나바이러스 감염증(COVID-19)으로 인해 개인방송/원격회의와 같은 개인이 제작 및 이용하는 컨텐츠들이 증가하면서, 실시간 비디오 스트리밍 시 전송지연 저감과 더불어 스트리밍 되는 컨텐츠에 대한 보호의 필요성이 강조되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 실시간 비디오 스트리밍에 선별적 비디오 암호화 방법을 적용할 경우 발생하는 전송지연을 저감하기 위한 패킷 응집 관련 알고리즘을 제안하였다. 제안 방법은 선별적 비디오 암호화 프레임워크에서 패킷 단위로 재배치된 비디오 데이터 전송 시 한 번에 전송되는 크기의 조절이 가능하도록 개선하였으며, 실제 테스트베드를 통한 실험결과는 제안 방법 적용 시 기존대비 전송지연을 약 11% 저감할 수 있음을 보여주었다.

실시간 인터넷 동영상 전송을 위한 효율적인 패킷화 기법

김효현,유국열,Kim Hyo-Hyun,Yoo Kook-Yeol 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.6C

본 논문에서는 패킷화 부가 정보를 효과적으로 감축할 수 있는 패킷화 기법을 제안한다. 이를 위해 기존의 인터넷 동영상 전송을 위한 패킷화 기법을 패킷 길이에 따른 패킷 손실률에 대한 특성을 검증하였다. 인터넷망을 이용한 동영상을 전송 실험을 통해 패킷의 길이가 경로 MTU (path MTU)를 넘을 경우 급격한 패킷 손실률이 증가하고, 이에 따른 화질의 급격한 저하 현상이 발생함을 확인하였다. 그러나 패킷의 길이가 감소하게 되면, 각 패킷별로 부가정보들을 전송해야 하므로, 페이로드에 해당하는 부호화된 동영상 비트열에 할당할 수 있는 비트율의 감소로 인한 화질이 감소하게 된다. 그러므로 효율적인 패킷화를 위해서는 각 패킷들이 경로 MTU에 근접한 길이를 갖도록 패킷화해야 한다. 본 논문에서는 패킷화 문제가 운영체제의 메모리 관리 기법과 유사함을 지적하고, 운영체제에서 사용되는 메모리 관리 기법을 동영상 패킷화에 적용하는 것을 제안하였다. 실험을 통해서 기존의 대표적인 패킷화 방식인 순차적 패킷화 방식과 비교하였고, 제안방식이 패킷화 부가정보를 최대 28.3%까지의 감축할 수 있음을 보였다. In this paper, we propose an efficient packetization method to reduce the packetization overhead. For the purpose, we firstly verify the relationship between packet length and packet loss rate. The empirical results show that as the packet length is larger than the path MTU, the packet loss rate is drastically increased, producing poor visual quality at the receiver side. However, as the length of the packet is reduced, we should transmit more packets per frame and the packetization overhead will be increased. This increase in the packetization overhead reduces the number of bits allocated to the video data, resulting in the low visual quality. Therefore, each packet should be packetized to have the packet length close to the path MTU. In this paper, we show that the this process of the packetization with the constraint on the packet length is very similar to the dynamic storage allocation in the operating system. We had thoroughly surveyed the dynamic storage allocation methods used in the recent operating systems and propose to use the allocation methods for the video packetization. We empirically show that the proposed method can reduce the packetization overhead upto 28.3%, compared with the conventional sequential packetization method which have been widely used in Internet video transmission.

패킷 손실에 대한 스케일러블 비디오(SVC) 적응기법 및 성능분석

장의덕(Euy-doc Jang),김재곤(Jae-Gon Kim),Truong Cong Thang,강정원(Jung Won Kang) 한국방송·미디어공학회 2009 방송공학회논문지 Vol.14 No.6

SVC (Scalable Video Coding) is a new video coding standard to provide convergence media service in heterogeneous environments with different networks and diverse terminals through spatial-temporal-quality combined flexible scalabilities. This paper presents the performance analysis on packet loss in the delivery of SVC over IP networks and an efficient adaptation method to packet loss caused by buffer overflow. In particular, SVC with MGS (Medium Grained Scalability) as well as spatial and temporal scalabilities is addressed in the consideration of packet-based adaptation since finer adaptation is possible with a sufficient numbers of quality layers in MGS. The effect on spatio-temporal quality due to the packet loss of SVC with MGS is evaluated. In order to minimize quality degradation resulted by packet loss, the proposed adaptation of MGS based SVC first sets adaptation unit of AU (Access Unit) or GOP corresponding to allowed delay and then selectively discards packets in order of importance in terms of layer dependency. In the experiment, the effects of packet loss on quantitative qualities are analyzed and the effectiveness of the proposed adaptation to packet loss is shown.

패킷 손실 환경에서 무기준법을 이용한 H.264/AVC 비디오의 객관적 영상품질 평가지표

김현태(Hyuntai Kim),김요한(Yohan Kim),윤지선(Jisun Yoon),신지태(Jitae Shin) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.3

보다 나은 영상서비스를 위해 부호화된 영상의 수신시 품질을 평가하는 방법이 중요한 요소중에 하나이다. 본 연구는 객관적 영상 품질 평가방법 중에서 실시간 화질 평가에 적합한 무기준법으로 복잡도가 적으면서도 정확도가 높으며 주관적 화질을 반영하는 H.264/AVC 영상에 적용한 무기준법 화질평가를 제안한다. 제안하는 무기준법 화질평가 방법은 양자화 파라미터와 움직임 벡터 정보, 패킷 손실의 위치, 손실의 패턴, GOP 크기를 이용하여 부호화 과정의 화질열화와 전송과정에서의 패킷 손실에 따른 화질 열화를 고려하여 측정하였으며 사람의 인지적인 품질을 반영하기 위한 주관적 화질평가(DMOS)와의 상관관계를 사용하여 기존방법과 비교하여 성능을 검증하였다. Objective video-quality assessment method is one of essential components to indicate better user-quality. This work proposes a video-quality metric with no-reference method for encoded H.264/AVC that offers less complexity and higher accuracy and that is well-matched with subjective video quality. The proposed quality metric uses the bitstream information such as quantization parameters, motion vectors, locations and patterns of packet loss, and the Group of Picture (GOP) size. The proposed one includes two parts: the encoding distortion and the transmission distortion. The encoding distortion is from lossy encoding and the transmission distortion from the error propagation properties with packet loss. The performance of the proposed metric outperforms the existing schemes in terms of the correlation with subjective Differential Mean-Opinion-Score (DMOS) which reflects the human perception quality.

A Practical RTP Packetization Scheme for SVC Video Transport over IP Networks

서광덕,김진수,Soon-heung Jung,Jeong-ju Yoo 한국전자통신연구원 2010 ETRI Journal Vol.32 No.2

Scalable video coding (SVC) has been standardized as an extension of the H.264/AVC standard. This paper proposes a practical real-time transport protocol (RTP) packetization scheme to transport SVC video over IP networks. In combined scalability of SVC, a coded picture of a base or scalable enhancement layer is produced as one or more video layers consisting of network abstraction layer (NAL) units. The SVC NAL unit header contains a (DID, TID, QID) field to identify the association of each SVC NAL unit with its scalable enhancement layer without parsing the payload part of the SVC NAL unit. In this paper, we utilize the (DID, TID, QID) information to derive hierarchical spatio-temporal relationship of the SVC NAL units. Based on the derivation using the (DID, TID, QID) field, we propose a practical RTP packetization scheme for generating single RTP sessions in unicast and multicast transport of SVC video. The experimental results indicate that the proposed packetization scheme can be efficiently applied to transport SVC video over IP networks with little induced delay, jitter, and computational load.

강인한 스케일러블 비디오 전송을 위한 무선 채널의 손실 분포 기반 비대칭 손실 보호 알고리즘

하호진(Hojin Ha) 한국정보기술학회 2013 한국정보기술학회논문지 Vol.11 No.3

This paper presents an unequal loss protection (ULP) scheme considering wireless channel characteristics for scalable video transmission with distortion minimization over wireless networks. Since previous ULP algorithms for scalable video utilize only the dependencies in scalable layers, burst packet loss in wireless communication significantly decreases the quality of video. In this paper, firstly, we propose the novel error propagation model including the amount of error propagation in scalable video layers and the packet loss characteristics according to variable channel status. Packet loss characteristics are exploited for improving the recovery rate by error correction in scalable layers. Then we propose the model-based unequal loss protection assignment algorithm. Compared to previous ULP schemes, simulation results show that the proposed ULP scheme gives substantial improvement for the received video quality and the graceful degradation of video quality in various packet loss rate environments.

무선 환경에서 비디오 압축 특성을 고려한 적응형 packet-level FEC 알고리즘의 효율성 향상 기법

손예진(Yejin Sohn),강승석(Seung-Seok Kang) 한국정보기술학회 2013 한국정보기술학회논문지 Vol.11 No.2

The demand of high quality video services has been increasing due to the development of the mobile communications and the wireless networks. Video transmission in the wireless environments needs error control for packet losses and the high compression for large-scale files. Most video services are compressed and transmitted by H.264/MPEG4-AVC which supports about two times higher compression rate than the previous method. In this paper, we proposed an adaptive packet-level FEC method considering characteristics of the H.264/MPEG4-AVC for the error control in the error-prone wireless networks. By performing the simulations, we show that the efficiency of the FEC packets from the proposed algorithm is improved about two times as many as the conventional packet-level FEC method depending on video characteristics.

H.264의 인트라 프레임을 위한 하이브리드 에러 은닉 알고리즘

임창훈,김원정,임혜숙,Yim Chang-Hoon,Kim Won-Jung,Lim Hye-Sook 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.8C

H.264는 향상된 압축 성능과 에러 복구 기술, 네트워크로의 적응력을 포함하고 있는 비디오 압축 표준으로, 실시간 비디오 스트리밍, 디지털 멀티미디어 방송 등의 여러 분야에서 적용되고 있다. 인터넷 상으로 비디오를 전송할 경우 압축된 비디오 스트림은 패킷 손실에 약하므로 에러 복구 기술과 에러 은닉 기술은 필수적인 요소이다. 본 논문은 먼저 움직임이 상대적으로 적을 경우 H.264의 인트라 프레임을 위한 에러 은닉 성능을 향상시킬 수 있는 간단한 시간방향 에러 은닉 방법을 제안한다. 그리고 제안된 시간방향 에러 은닉 방식과 H.264의 인트라 프레임을 위해서 사용하고 있는 공간방향 에러 은닉 방식을 적응적으로 결합한, H.264의 인트라 프레임을 위한 하이브리드 에러 은닉 방법을 제안한다. 패킷이 손실되는 환경에서 시뮬레이션을 했을 때, 제안된 하이브리드 에러은닉 방법은 H.264의 인트라 프레임에 사용되는 기존의 공간방향 에러 은닉 방법에 비하여, 약 0.5-4dB 정도의 PSNR 성능 향상을 보인다. H.264 is the prominent video coding standard in various applications such as real-time video streaming and digital multimedia broadcasting, since it provides enhanced compression performance, error resilience tools, and network adaptation. Since compressed video stream is vulnerable to packet loss, error resilience and error concealment(EC) tools are essential for the transmission of video over the Internet. In this paper, we first propose a simple temporal EC method that improves the EC performance for intra-frame in H.264 when the amount of motion is relatively small. Then we propose a new hybrid EC method for intra-frame in H.264, which combines the spatial EC and temporal EC adaptively. The simulations are performed in packet-lossy environments, and the proposed hybrid EC method shows about 0.5-4dB PSNR improvement compared to the conventional spatial EC method that is used for intra-frame in H.264.