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KR100631514B1 - 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법 - Google Patents

실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법 Download PDF

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KR100631514B1
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Abstract

본 발명은 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법에 관한 것으로, 종래에는 스트리밍 서버와 스트리밍 클라이언트 간의 아주 약간의 전송 속도 차이가 장시간 후에는 버퍼 오버플로우 또는 언더런을 발생시키는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 스트리밍 클라이언트에 멀티미디어 자료를 전송하는 스트리밍 서버의 전송률 제어 방법에 있어서, 상기 스트리밍 서버의 초기 전송률 R0를 통신망이 허용하는 최고 전송률 Rmax로 설정하고, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 체크하는 단계와, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt가 기준 버퍼 레벨 θ를 초과하면 전송률을 상기 스트리밍 클라이언트에서 자료를 소모하는 속도 RDATA로 설정하고, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 체크하는 단계와, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt과 기준 버퍼 레벨 θ의 차이에 따른 보정값 Δt를 계산하는 단계와, 상기 전송률을 상기 보정값 Δt를 이용해 변경하는 단계로 구성되어 항상 적절한 버퍼 레벨을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING TRANSPORT RATE OF REAL-TIME STREAMING SERVICE}
도 1은 종래 기술에 의한 버퍼 레벨 변화를 보여주는 제 1 그래프도.
도 2는 종래 기술에 의한 버퍼 레벨 변화를 보여주는 제 2 그래프도.
도 3은 본 발명에 의한 버퍼 레벨 정보를 포함하는 메시지의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 전송률을 제어하기 위한 방법을 보여주는 흐름도.
도 5는 본 발명에 의한 버퍼 레벨 변화를 보여주는 그래프도.
본 발명은 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법에 관한 것으로, 특히 실시간 전송 프로토콜(Real-time Transport Protocol) 및 실시간 전송 제어 프로토콜(Real-time Transport Control Protocol)을 사용하는 스트리밍 서버에서 스트리밍 클라이언트로 전송되는 데이터의 전송 속도를 제어할 수 있게 한 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법에 관한 것이다.
기본적으로, 스트리밍 서버의 전송률은 전송하고자 하는 데이터의 요구 사항에 따른다. MPEG으로 대표되는 오디오/비디오 자료에는 스트리밍 서버의 전송률을 제어하기 위한 시간 정보가 기록되어 있다.
그러나 상기 전송률도 장시간 스트리밍 서비스를 하게 되면 문제가 발생한다. 시간 정보의 정밀도가 높은 경우에도 정확한 전송 속도를 계산하는 것은 불가능하며, 아주 약간의 전송 속도 차이가 장시간 후에는 버퍼 오버플로우(Buffer Overflow)나 언더런(Under Run)을 발생시킨다.
또한, 스트리밍 서버와 스트리밍 클라이언트는 네트워크에서 각각 독립적인 개체로서, 별도의 참조 시각장치(Reference Clock)를 가지게 되고, 저가의 수정진동자(Oscillator)를 사용하는 경우 안정적인 동작을 제공할 수 없다. 따라서, 스트리밍 클라이언트는 스트리밍 서버가 보내주는 자료보다 더 많은 양을 소모하거나, 스트리밍 서버가 제공하는 만큼의 자료를 소모하지 않을 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 버퍼 레벨 변화를 보여주는 제 1 그래프도로서, 이에 도시된 바와 같이 실제 클라이언트에서 자료가 소모되는 속도보다 서버의 전송 속도가 빠른 경우 버퍼 레벨(buffer level)은 지속적으로 높아지게 되어 클라이언트에서 정의한 최대 버퍼 레벨을 초과하는 경우가 발생한다.
또한, 전송하고자 하는 멀티미디어 자료의 시간 정보만으로 전송률을 결정하는 방식은, 스트리밍 시작 시점부터 실제 재생이 시작되기까지의 시간 지연이 발생하는 문제가 있다.
이를, 도 2의 스트리밍이 시작된 시점부터 버퍼 레벨이 변화하는 양상을 나타내는 그래프도로 표현한다. 이에 도시된 바와 같이 시간 지연이 발생하는 이유는, 디코더가 멀티미디어 자료의 문맥을 파악하기 위하여 최소한으로 필요한 자료 의 양이 있고, 전송 지연의 변화(delay variance)를 어느 정도 수용해 줄 수 있도록 재생을 시작하기 전에 채워져야 하는 버퍼 레벨이 정해져 있기 때문이다.
따라서, 스트리밍 서버는 스트리밍 클라이언트에 의해 보고된 버퍼 레벨이 요구된 버퍼 레벨을 유지할 수 있도록 지속적으로 전송률을 제어해야 하며, 스트리밍이 시작되는 시점에서 최대한 빠른 속도로 버퍼를 채워줘야 할 필요가 있다.
상기 언급한 바와 같이 종래 기술에 있어서, 스트리밍 서버와 스트리밍 클라이언트 간의 아주 약간의 전송 속도 차이가 장시간 후에는 버퍼 오버플로우 또는 언더런을 발생시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 스트리밍 서버와 클라이언트 간에 전송되는 멀티미디어 자료의 전송률을 제어하여 버퍼 레벨을 안정적으로 유지할 수 있도록 한 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스트리밍 클라이언트에 멀티미디어 자료를 전송하는 스트리밍 서버의 전송률 제어 방법에 있어서, 상기 스트리밍 서버의 초기 전송률 R0를 통신망이 허용하는 최고 전송률 Rmax로 설정하고, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 체크하는 단계와, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt가 기준 버퍼 레벨 θ를 초과하면 전송률을 상기 스트리밍 클라이언트에서 자료를 소모하는 속도 RDATA로 설정하고, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 체크하는 단계와, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt과 기준 버퍼 레벨 θ의 차이에 따른 보정값 Δt를 계산하는 단계와, 상기 전송률을 상기 보정값 Δt를 이용해 변경하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 스트리밍 클라이언트에서 스트리밍 서버로 전송하는 메시지의 구성도로서, 스트리밍 클라이언트에서 스트리밍 서버로 버퍼 레벨을 알려주기 위하여 이에 도시한 바와 같이 실시간 전송 제어 프로토콜(Real-Time Transport Control Protocol)의 APP 메시지를 정의한다.
스트리밍 클라이언트 측면에서 볼 때, 버퍼는 UDP 소켓 버퍼 레벨(UDP socket buffer level), 스트리밍 응용 프로그램 버퍼 레벨(Streaming application buffer level) 및 MPEG 디코더 버퍼 레벨(Decoder buffer level)의 크게 세 가지로 구분한다. 이 때, 스트리밍 클라이언트는 상기 세 가지 버퍼 레벨을 바이트(byte) 단위로 알아낸 다음, 도 3의 메시지 형식에 맞게 채워 넣은 후 스트리밍 서버로 전송한다.
스트리밍 서버는 상기 세 가지 버퍼 레벨의 총 합을 사용한다. 버퍼 레벨이 일정 레벨에 도달할 때까지 상기 스트리밍 클라이언트의 소프트웨어는 디코더(decoder)로 자료를 전송하지 않고 버퍼를 채운다. 그리고 정해진 버퍼 레벨까지 도달하게 되면 상기 디코더에서 자료를 소모하기 시작하며, 상기 디코더는 자료의 문맥을 파악하기 위하여 실제로 자료를 재생하는 속도보다 빠른 속도로 자료를 소모한다.
도 4는 본 발명에 의한 전송률 제어 방법을 보여주는 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 새로운 멀티미디어 자료가 스트리밍 되기 시작할 때의 초기 전송 속도 R0을 통신망이 허용하는 최대 전송 속도 Rmax로 초기화 한다.
그리고, 스트리밍 서버에 보고된 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 참조하여, 상기 보고된 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt가 요구된 버퍼 레벨 Θ에 도달할 때까지의 초기 지연 시간을 최소화하기 위하여 최대 전송 속도 Rmax를 유지한다.
이 때, 상기 보고된 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt가 요구된 버퍼 레벨 θ보다 큰 경우, 정상적인 재생 상태에서의 전송률 Rt의 초기값은 멀티미디어 자료 내에서 기술된 요구 전송률 RDATA로 한다. 즉, 상기 RDATA는 스트리밍 서버에서 전송한 멀티미디어 자료가 소모되는 속도를 의미한다.
그 다음, 상기 스트리밍 클라이언트에 의해 보고된 버퍼 레벨 lt와, 상기 스트리밍 클라이언트 또는 상기 스트리밍 클라이언트의 디코더에 의해 요구된 버퍼 레벨 Θ을 기준으로 전송률 Rt를 제어한다. 전송률의 제어는, 보고된 버퍼 레벨과 요구된 버퍼 레벨을 비교하여 전송률을 상향/하향 조절하는 방법이 있으나, 이 방법은 전송률이 안정화되지 못하고 계속 표류하게 될 가능성이 있으므로 본 발명에서는 다음과 같은 방법을 사용한다.
우선, 보고된 버퍼 레벨 lt와 요구된 버퍼 레벨 Θ의 차이 Δt를 계산하며, 이는 스트리밍 서버가 가장 최근에 클라이언트로부터 보고된 버퍼 레벨 lt를 소정 개수 N으로 유지할 때, 하기 수학식 1에 의해 계산된다.
Figure 112004059467403-pat00001
참고로, 상기 수학식 1에서 ω는 0에서 1 사이의 값을 갖는 실수로서, 오래된 정보의 가중치를 낮추기 위해 사용하는 값이다.
그에 따라, 보고된 버퍼 레벨 lt와 요구된 버퍼 레벨 Θ의 차이 Δt가 구해지면 하기 수학식 2에 의해 수정되기 전의 전송률 Rt-1로부터 수정된 전송률 Rt를 계산할 수 있다.
Figure 112004059467403-pat00002
상기 수학식 2에 의해 수정된 전송률 Rt이 얻어지면 그 수정된 전송률 Rt로 멀티미디어 자료를 전송하고, 더 이상의 전송할 멀티미디어 자료가 존재하지 않을 때까지 시간 변화에 따라 계속적으로 전송률 Rt를 변경한다.
이와 같은 전송률 제어 방식을 사용하여 얻어진 시간 추이에 따른 버퍼 레벨의 그래프도를 살펴보면, 도 5에 도시한 바와 같이 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨은 최근 [t-(N-1), t] 시간 동안의 버퍼 레벨을 참조하여 전송률을 제어하므로 전송률이 급격하게 변화하는 것을 방지한다. 또한, 최신의 버퍼 레벨 정보일수록 비중을 높게 두어, 자료 전송률이 스트리밍 클라이언트의 자료 소모율에 빠르고 안정적으로 수렴할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 스트리밍 서비스를 제공함에 있어서 자료의 전송 속도를 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨을 기준으로 결정하므로, 비교적 간단한 계산 방법으로 장시간 스트리밍 서비스를 제공했을 때 발생하는 버퍼의 오버플로우나 언더런을 방지할 수 있고 항상 적절한 버퍼 레벨을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스트리밍 시작 시점에서 실제 화면이나 음향으로 발현되는 시점까지의 시간을 최대한 짧게 할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

Claims (5)

  1. 스트리밍 클라이언트에 멀티미디어 자료를 전송하는 스트리밍 서버의 전송률 제어 방법에 있어서,
    상기 스트리밍 서버의 초기 전송률 R0를 통신망이 허용하는 최고 전송률 Rmax로 설정하고, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 체크하는 단계와,
    상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt가 기준 버퍼 레벨 θ를 초과하면 전송률을 상기 스트리밍 클라이언트에서 자료를 소모하는 속도 RDATA로 설정하고, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt를 체크하는 단계와,
    상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt과 기준 버퍼 레벨 θ의 차이에 따른 보정값 Δt를 계산하는 단계와,
    상기 전송률을 상기 보정값 Δt를 이용해 변경하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨을 측정하는 단계는, 상기 스트리밍 서버가 상기 스트리밍 클라이언트로부터 UDP 소켓 버퍼 레벨(UDP socket buffer level), 스트리밍 응용 프로그램 버퍼 레벨(Streaming application buffer level) 및 MPEG 디코더 버퍼 레벨(Decoder buffer level)로 구성된 메시지를 수신하여 버퍼 레벨을 측정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨을 측정하는 단계는, 상기 스트리밍 서버가 상기 UDP 소켓 버퍼 레벨, 스트리밍 응용 프로그램 버퍼 레벨 및 MPEG 디코더 버퍼 레벨의 총 합으로 버퍼 레벨을 측정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버에 보고된 상기 스트리밍 클라이언트의 버퍼 레벨 lt과 기준 버퍼 레벨 θ의 차이값에 따른 보정값 Δt를 계산하는 단계는, ω가 0부터 1사이의 값을 가지고, 상기 스트리밍 클라이언트로부터 보고된 버퍼 레벨 lt의 개수가 N개 일 때, 수식
    Figure 112006033838544-pat00003
    에 의해 보정값 Δt를 계산하는 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전송률을 상기 보정값 Δt를 이용해 변경하는 단계는, Rt가 변경 후의 전송률이고 Rt-1이 변경 전의 전송률일 때, 수식
    Figure 112004059467403-pat00004
    에 의해 전송률을 변경하는 것을 특징으로 하는 실시간 스트리밍 서비스의 전송률 제어 방법.
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