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IPTV 서비스 품질 기술

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Academic year: 2022

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(1)

IPTV 서비스 품질 기술

이 철 희

연세대학교

(2)

‹ 채널 용량이 증대함에 따라 네트워크를 이용하여 새 로운 서비스 가능

¾ 멀티미디어 서비스 (VOD, MOD, 화상전화 등)

¾ IPTV

‹ 인터넷, 무선 통신 등이 주요 역할 기대.

네트워크를 이용한 멀티미디어 서비스

(3)

‹ 기존 방송

¾ 대역폭 보장됨

¾ 적절히 설치되면 일반적으로 품질 보장

¾ 전송에러 거의 없음

¾ 실시간 전송이 아무 문제 없음

‹ 네트워크를 이용한 멀티미디어 서비스 (IPTV 등)

¾ 대역폭 보장 어려움

¾ 데이터 폭주 시 품질 저하

¾ 실시간 전송을 보장하기 어려움

네트워크를 이용한 멀티미디어 vs 기존 방송 비교

(4)

‹ 기존 방송

¾ 시청료

¾ 광고수입

‹ 네트워크를 이용한 멀티미디어 서비스 (IPTV 등)

¾ 시청료

¾ 광고수입

¾ PPV (VOD, contents-based billing)

¾ 품질 보장 필요.

수익구조

(5)

‹ 통신망을 이용함으로 기존에 불가능했던 새로운 서 비스 가능.

¾ 개인 수요 맞춤형 서비스

¾ 무제한 프로그램 제공 가능

¾ 국경에 영향 받지 않음

¾ 이동 중에도 이용 가능

네트워크를 이용한 멀티미디어 서비스 장점

(6)

‹ 100% 품질 보장 불가능.

‹ PPV에서는 품질 보장 필요.

‹ 열화 발생 시, 쌍방이 동의 할 수 있는 방법으로 요금 정산 필요

‹ 품질 모니터링은 중요한 문제로 부각.

‹ 품질 측정에 관한 국제 표준 필요.

Challenges of Multimedia Services over Networks

(7)

QoE Requirements for IPTV

(8)

¾ QoE for video

¾ Resolution , bit rate, application layer video encoding, encoder setting (GOP)

¾ Codec: MPEG-2, MPEG-4 AVC (MPEG-4 Part 10 or H.264), SMPTE VC-1

Video Requirements for IPTV: video

2.1 Mbps CBR / 10 Mbps SMPTE VC-1

2.1 Mbps CBR / 10 Mbps MPEG-4 AVC (Main profile at Level 3)

3.18 Mbps CBR / 15 Mbps MPEG-2 - Main profile at Main level (MP@ML)

Minimum Bit Rate (SD / HD) Video Codec

(9)

¾ QoE for audio

¾ channels: mono, stereo, 5.1 channels

¾ sampling rates: 16-48kHz

Audio Requirements for IPTV

128 Stereo

MP3 (MPEG-1, Layer 3)

96 for stereo Stereo

AAC

384 for 5.1 / 128 for stereo 5.1 if available, else

left/right stereo pair Dolby Digital (AC-3)

128 for stereo Mono or stereo

MPEG Layer II

Minimum Bit Rate (kbps) 채널수

오디오 코덱

45 ms maximum 15 ms maximum

Audio Lag Video Audio Lead Video

Audio – Video

Synchronization

(10)

¾ QoE for control functions

¾ 채널 변경시간

¾ VOD trick mode

¾ QoE for EPG

¾ 사용자 편의성

¾ 응답시간

¾ QoE for Metadata: Availability, Data size, Correctness

¾ QoE for Browser: Characteristics of a television set, TV-like display, 글자 크기, Navigation, Cookie

QoE Requirements for IPTV

(11)

¾ Traffic management

¾ Application layer reliability solutions

품질 보증을 위해 취할 수 있는 방법

(12)

‹ Control plane

‹ Data plane

‹ Multicasting

Traffic Management for IPTV

(13)

‹ Control Plane

¾ admission control (IETF RFC 2753)

¾ Admission control meets requirements for IPTV multicast/unicast services as negotiated in the SLA.

¾ The network needs to properly engineered to accommodate the number of subscribers.

¾ QoS routing (ITU-T Rec Y.129)

¾ This method is used to control network congestion and improve network utilization by selecting an appropriate path

¾ Resource management

¾ network traffic management according to the network information by means of data transmission between the network resource manager and the network nodes

Traffic Management for IPTV

(14)

‹ Data Plane

¾ Traffic conditioning (required in access network)

• QoS provisioning per subscriber and per service

• Traffic classification based on multiple header fields (5-tuple, 6-tuple, and etc.)

• Minimum bandwidth guarantee

• Traffic shaping/policing

• Advanced packet queuing and scheduling

• Traffic marking (DSCP, 802.1p, and etc.)

Traffic Management for IPTV

(15)

‹ Data Plane

¾ Transmission schedulers

¾ First-in, first-out scheduler

¾ Round-Robin Scheduler

¾ Priority scheduler

¾ Weighted Round-Robin scheduler

¾ Class-based schedule

¾ Buffer management

Traffic Management for IPTV

(16)

‹ Multicasting

¾ Multicast replication point

Traffic Management for IPTV

(17)

Traffic Management for IPTV: Y.1541 – IP network QoS class

definitions and network performance objectives/Applications

(18)

‹ Network QoS Classes

¾ ITU-T Recommendation Y.1541 (8 QoS classes) 등을 참고하여 IPTV 규격 논의 중

¾ IPTV 서비스를 5가지 경우로 분류

① Best Effort 서비스 (QoS class 5): content download 서비스, 정기적인 정보 제공, T-information, 이메일

② Low Loss 서비스 (QoS class 4): VOD, MOD, T-commerce, VOD 기반 T- learning

③ Interactive 서비스 (QoS class 2/3): 메신저, T-learning based on interactive

④ Real-Time Interactive 서비스 (QoS class 0/1): VOIP, 화상전화, 다자간 게임

⑤ Real-Time Multicase & Unicast 서비스 (QoS class 6/7): linear/broadcasting, multi angle, PPV, PVR

Traffic Management for IPTV

(19)

‹ Cross-layer interaction for IPTV services

‹ Traffic management capabilities:

core networks

‹ Traffic management capabilities:

acces networks

‹ Traffic management capabilities:

home networks

Traffic Management for IPTV

(20)

Application Layer Reliability

Solution for IPTV

(21)

‹ 전송 오류 복구 방법

¾ Retransmission

¾ FEC (Forward Error Correction)

¾ hybrid combinations of both

Application Layer Reliability Solution for IPTV

(22)

Retransmission

Extended RTP Profile for Real-time Transport Control Protocol (RTCP)-Based Feedback (RTP/AVPF)

[IETF RFC4585]

Real Time Protocol Control Protocol Extended Reports (RTCP XR)

[IETF RFC3611]

Real Time Control Protocol (RTCP) Attribute in Session Description Protocol (SDP)

[IETF RFC3605]

Session Description Protocol (SDP) Bandwidth Modifiers for RTP Control Protocol

[IETF RFC3556]

Real Time Protocol: A Transport Protocol for Real-Time Applications

[IETF RFC3550]

Title

Reference

(23)

‹ Forward Error Correction (FEC) at the Application/Transport layers

‹ Packet erasure correction techniques

‹ FEC for Streaming Applications

¾ IETF RFC2733 [IETF RFC2733]

¾ 3GPP TS26.346 Multimedia Broadcast/Multicast: Protocols and Codecs [3GPP TS26.346]

¾ ETSI EN301 192 Digital Video Broadcasting: DVB Specification for Data Broadcasting [ETSI EN301 192]

¾ ETSI TS 102 034 1.3.1 Transport of MPEG 2 Transport Stream (TS) Based DVB Services over IP Based Networks [ETSI TS 102 034]

FEC (Forward Error Correction)

(24)

‹ IETF RMT working group standardizes protocols for reliable file delivery over IP multicast.

FEC for Download Services

The Use of Forward Error Correction in Reliable Multicast [IETF RFC3453]

Forward Error Correction Building Block [IETF RFC3452]

Layered Coding Transport (LCT) Building Block [IETF RFC3451]

Asynchronous Layered Coding Protocol Instantiation [IETF RFC3450]

Author Guidelines for RMT Building Blocks and Protocol Instantiation Documents

[IETF RFC3269]

Reliable Multicast Transport Building Blocks for One-to-Many Bulk-Data Transfer

[IETF RFC3048]

The Reliable Multicast Design Space for Bulk Data Transfer [IETF RFC2887]

Title

Reference

(25)

Performance Monitoring for IPTV

(26)

‹ 현재 인터넷은 특성상 bandwidth 보장 어려움

‹ 품질은 전송상태에 따라 가변적임

‹ 필연적으로 발생하는 품질저하문제를 서비스 제공업 자 및 사용자가 동의할 수 있는 방법으로 해결 필요.

‹ 특히 화상전화, pay-per-view에서는 품질에 근거한 과금 필요

‹ 이를 위하여 체감 품질 모니터링 기술 필요

Performance Monitoring for IPTV

(27)

‹ 모니터링 파라미터

– Physical Layer Parameters

– IP Layer/Network Parameters – Transport Stream parameters – Service Line-Up parameters – Channel Attribute parameters – VOD Parameters

– Other Parameters

Performance Monitoring for IPTV

(28)

‹ Physical Layer Parameters

① RF intergrity

② Available bandwidth

Performance Monitoring for IPTV

(29)

‹ IP Layer/네트워크 파라미터

① Link IP layer used/available bandwidth

② End-to-end IP layer bandwidth

③ End-to-end IP layer available bandwidth

④ Loss run length distribution

⑤ Error-free interval distribution

⑥ Packet loss metrics and models

⑦ Streaming jitter

Performance Monitoring for IPTV

(30)

‹ Service Line-Up parameters

¾ Video

¾ Audio

¾ Meta data

• Subtitles

• EPG

• Parental control

Performance Monitoring for IPTV

(31)

‹ Service Line-Up parameters

‹ Channel line up

‹ Service meta-data (eg. EPG, subtitles, parental control, etc.)

‹ Channel zap time

‹ Correctness Rate

‹ Channel Attribute parameters

‹ Channel attributes

‹ Video quality

‹ Audio quality

‹ Ancillary channel associated attributes (subtitles, closed captions, descriptive audio)

‹ VOD Parameters

Performance Monitoring for IPTV

(32)

‹ Monitoring Methods

‹ Generalized monitoring method for multi-media data based on transmission packet loss

‹ Bearer network monitoring

‹ Network performance monitoring

‹ IPTV service attribute monitoring

‹ Video quality monitoring

‹ Audio quality monitoring

Performance Monitoring for IPTV

(33)

Full Reference (전기준법)

기준영상 제공

응용분야: Codec 성능 평가, 디지털 방송, 멀티미디어 장비 성능 평가

Reduced Reference (감소기준법)

압축영상과 reference bit-stream 함께 전송

허용 reference bit-stream: 10Kb, 56Kb, 256Kb

응용분야: 무선 통신 멀티미디어 전송, 채널 상태에 대응하여

parameter 최적화

No Reference (무기준법)

수신 동영상만으로 화질평가

상대적으로 신뢰도 저하

응용분야: 무선 통신 멀티미디어 전송, 채널 상태에 대응하여

parameter 최적화

객관적 화질 평가 방법 분류

(34)

객관적 화질 평가 시스템 구성도

Encoder Decoder

Digital Channel Video Source

FR FR

RR

RR Extracted Feature RRRR

Multimedia terminal

(35)

전송에러를 이용한 화질평가 방법 (J.242)

• 패킷을 사용한 비디오 전송에서는 전송에러정보를 이용하여 수 신 동영상 추정가능

• 대역폭 사용을 최소화하면서 수신측의 화질 모니터링 가능

• IPTV , 화상전화, VOD 등에 적용 가능

encoder transmitter decoder

transmission error detection unit received video

estimation unit

video quality evaluation unit source

video

Head-end (service provider)

Receiver

packetized video data

estimated received video

received video

(36)

Hybrid Perceptual/Bit-stream Models

decoder

channel PVS

Hybrid perceptual

bit-stream NR model bit-steam

analyzer

- codec parameters - bit rate

- FPS

- packet information if available - IP information

- transmission error information

(lost or delay packets, impaired block lost or delayed frames)

(37)

Hybrid Perceptual/Bit-stream Models

objective model compression

error encoder

SRC

MUX

decoder

channel PVS

Hybrid perceptual

bit-stream NR model bit-steam

analyzer

- codec parameters - bit rate

- FPS

- packet information if available - IP information

- transmission error information

(lost or delay packets, impaired block lost or delayed frames)

(38)

Streaming Server with Quality Monitoring and Optimization

encoder

SRC streaming

server channel receiver

• Development of streaming server with quality monitoring capability and optimization.

• Optimization of streaming technologies based on quality monitoring results (e.g., codec parameter, application layer reliability solutions).

참조

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