KR101961736B1

KR101961736B1 - 통신 시스템에서 패킷 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101961736B1
Application number: KR1020120045733A
Authority: KR
Inventors: 양현구; 황성희; 명세호
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2019-03-25
Also published as: MX348604B; CN104247319A; EP2842253A1; US20130283132A1; JP2015518346A; MX2014012882A; US9473264B2; EP2842253A4; CN104247319B; WO2013162250A1; EP2842253B1; KR20130126829A

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 패킷 송신 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 패킷 송신 방법은, FEC (Forward Error Correction) 관련 제어정보를 생성하고, 어플리케이션 계층에서 출력된 소스 페이로드(Source Payload)들을 처리하여 정보어 페이로드(Information Payload)로 이루어진 정보어 블록 (Information block)을 생성하여, 상기 정보어 블록에 FEC 부호를 적용하여 패리티 (Parity) 페이로드를 생성하고, 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부와 상기 소스 페이로드로 구성되거나 또는 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부와 상기 패리티 페이로드로 구성된 FEC 패킷을 구성하여, 상기 FEC 패킷과 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부를 전송하는 과정을 포함한다.

Description

통신 시스템에서 패킷 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING PACKET IN COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 패킷 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

다양한 컨텐츠(Contents)의 증가와 High Definition(HD) 컨텐츠, Ultra High Definition(UHD) 컨텐츠들과 같은 고용량 컨텐츠들의 증가로 네트워크(Network) 상에서 데이터 혼잡(Data Congestion)은 점점 더 심화되고 있다. 이러한 상황으로 인하여 전송기(Sender, 예컨대, Host A)가 보낸 컨텐츠들이 수신기(Receiver, 예컨대, Host B)에게 정상적으로 전달되지 않고, 컨텐츠의 일부가 경로(Route)상에서 손실되는 상황이 발생한다. 일반적으로 컴퓨터 네트워크와 통신에서 데이터(Data)는 패킷(Packet) 단위로 전송되므로 컨텐츠의 손실은 패킷 단위로 발생한다. 상기 패킷은 전송하고자 하는 데이터의 한 블록(페이로드, Payload)과 주소지 정보(발신지 수소, 목적기 주소), 관리정보(헤더, Header)로 구성된다. 따라서, 네트워크에서 패킷 손실이 발생할 경우에 수신기는 손실된 패킷을 수신할 수 없게 됨으로써, 상기 손실된 패킷 내의 데이터 및 관리정보를 알 수 없다. 이로 인하여 오디오(Audio)의 품질 저하, 비디오(Video)의 화질 열화나 화면 깨짐, 자막 누락, 파일의 손실 등과 같은 다양한 형태로 사용자의 불편을 초래하게 된다. 이와 같은 이유로 네트워크에서 발생된 데이터 손실을 복구하기 위한 방법이 필요하다.

본 발명은 네트워크에서 발생된 데이터 손실을 복구하는 방법 및 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 패킷 기반 통신 방식을 지원하는 통신 시스템에서 하나 이상의 오류 정정 부호를 사용하여 생성된 패티리 패킷을 데이터 패킷과 함께 전송하여 네트워크의 신뢰도를 향상시키는 AL-FEC(Application Layer-Forward Error Correction) 운용 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르는 통신 시스템에서 패킷 송신 방법은, FEC (Forward Error Correction) 관련 제어정보를 생성하는 과정과, 어플리케이션 계층에서 출력된 소스 페이로드(Source Payload)들을 처리하여 정보어 페이로드(Information Payload)로 이루어진 정보어 블록 (Information block)을 생성하는 과정과, 상기 정보어 블록에 FEC 부호를 적용하여 패리티 (Parity) 페이로드를 생성하는 과정과, 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부와 상기 소스 페이로드로 구성되거나 또는 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부와 상기 패리티 페이로드로 구성된 FEC 패킷을 구성하는 과정 및 상기 FEC 패킷과 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부를 전송하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따르는 통신 시스템에서 패킷 송신 장치는, FEC 관련 제어정보를 생성하는 제어부와, 어플리케이션 계층에서 출력된 소스 페이로드들을 처리하여 정보어 페이로드(Information Payload)로 이루어진 정보어 블록을 생성하는 정보어 블록 생성부와, 상기 정보어 블록에 FEC 부호를 적용하여 패리티 페이로드를 생성하는 FEC 부호화부와, 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부와 상기 소스 페이로드로 구성되거나 또는 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부와 상기 패리티 페이로드로 구성된 FEC 패킷을 구성하는 FEC 패킷 생성부 및 상기 FEC 패킷과 상기 제어정보의 전부 혹은 그 일부를 전송하는 전송부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르는 통신 시스템에서 패킷 수신 방법은, 송신기로부터 수신된 FEC 패킷 및 제어정보를 근거로 FEC 관련 제어정보를 획득하는 과정과, 상기 FEC 패킷 중 소스 페이로드를 포함한 FEC 패킷에서 소스 페이로드를 획득하여 정보어 블록을 구성하는 과정과, 상기 정보어 블록에서 손실된 부분을 상기 FEC 패킷 중 패리티 페이로드를 포함한 FEC 패킷에서 획득한 패티리 페이로드를 사용하여 복원하는 과정 및 상기 복원된 정보어 블록에서 소스 페이로드를 획득하여 어플리케이션 계층으로 전달하는 과정을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르는 통신 시스템에서 패킷 수신 장치는, 송신기로부터 수신된 FEC 패킷 및 제어정보를 근거로 FEC 관련 제어정보를 획득하는 제어부와, 상기 FEC 패킷 중 소스 페이로드를 포함한 FEC 패킷에서 소스 페이로드를 획득하여 정보어 블록을 구성하는 정보어 블록 재구성부와, 상기 정보어 블록에서 손실된 부분을 상기 FEC 패킷 중 패리티 페이로드를 포함한 FEC 패킷에서 획득한 패티리 페이로드를 사용하여 복원하는 FEC 복호부 및 상기 복원된 정보어 블록에서 소스 페이로드를 획득하여 어플리케이션 계층으로 전달하는 소스 페이로드 복원부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 사용자에게 보다 양질의 서비스를 제공할 수 있다.

도 1은 네트워크 토폴로지(Network Topology) 및 데이터 플로우(Data Flow)를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 MMT 시스템 구성도;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른MMT 패키지의 구조를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MMT 패키지에 포함된 설정 정보의 구성을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MMT FECFRAME의 블록 구성도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 2단계(two-stage) 방식의 FEC 부호화 방법을 도식화한 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 정보어 블록(Information block) 구성 방법
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보어 블록(Information block) 구성 방법
도 9는 RS 부호를 사용할 때 정보어 블록(Information Block)에서 정보어 심볼(Information Symbol)을 매핑시키는 과정의 예를 도시한 도면;
도 10은 LDPC 부호를 사용할 때 정보어 블록(Information Block)에서 정보어 심볼(Information Symbol)을 매핑시키는 과정의 예를 도시한 도면;
도 11은 RS 프레임 구성을 도시한 도면;
도 12는 LDPC 프레임 구성을 도시한 도면;
도 13은 RS 패리티 심볼들을 위한 패리티 블록 매핑도;
도 14는 LDPC 패리티 심볼들을 위한 패리티 블록 매핑도;
도 15는 H 매트릭스의 구조도;

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명에서 사용될 용어를 정리하면 다음과 같다.

-FEC 부호: 에러(Error) 또는 이레이져 심볼(Erasure Symbol)을 정정하기 위한 오류 정정 부호

-FEC 프레임(Frame): 보호하고자 하는 데이터를 FEC 부호화하여 생성된 코드워드(Codeword)로써 정보어 부분(information part)과 패리티 부분(parity part; repair part)로 구성됨.

-심볼(Symbol): 심볼은 데이터의 단위이고, 심볼 사이즈는 심볼을 구성하는 비트의 수를 의미함(A unit of data. Its size, in bits, is referred to as the symbol size.)

-소스 심볼(Source Symbol(s)): FEC 프레임 내 정보어 부분(information part)에서 보호되지 않는 데이터 심볼(들)(Unprotected data Symbol(s) which is the information part of a FEC Frame.)

-정보어 심볼(Information Symbol(s)): FEC 프레임 내 정보어 부분(information part)에서 보호되지 않는 데이터 또는 패딩 심볼(들)(Unprotected data or padding Symbol(s) which is the information part of a FEC Frame)

-코드워드(Codeword): 정보어 심볼(Information Symbol(s))을 FEC 부호화하여 생성된 FEC 프레임.

-패리티 심볼(Parity Symbol(s)): 정보어 심볼(Information Symbol(s))로부터 FEC 부호화에 의해 생성된 FEC 프레임의 패리티 심볼(parity Symbol(s))

-패킷(Packet): 헤더(Header)와 페이로드(Payload)로 구성된 전송 단위.

-페이로드(Payload): 송신자로부터 전송될, 패킷 내에 위치한 사용자 데이터(a piece of user data which is to be transmitted from the sender and which is placed inside of a packet).

-패킷 헤더(Packet Header): 페이로드를 포함하는 패킷을 위한 헤더.

-소스 페이로드(Source Payload): 소스 심볼들로 구성된 페이로드.

-정보어 페이로드(Information Payload): 정보어 심볼(Information Symbol)들로 구성된 페이로드.

-패리티 페이로드(Parity Payload): 패리티 심볼(parity Symbol)들로 구성된 페이로드.

-소스 블록(Source Block): 하나 이상의 소스 페이로드(Source payload)들로 구성된 페이로드들의 집합.

-정보어 블록(Information Block): 하나 이상의 정보어 페이로드(Information Payload)들로 구성된 페이로드들의 집합

-패리티 블록(Parity Block): 하나 이상의 패리티 페이로드(Parity payload)들을 구성된 페이로드들의 집합.

-FEC 블록(Block): 코드워드들의 집합 또는 정보어 블록(Information Block)과 패리티 블록(Parity Block)으로 구성된 페이로드들의 집합.

-FEC 전송 블록(Delivery Block): 소스 블록과 패리티 블록들로 구성된 페이로드들의 집합

-FEC 패킷(Packet): FEC 블록을 전송하기 위한 패킷.

-소스 패킷(Source Packet): 소스 블록을 전송하기 위한 패킷.

-리페어 패킷(Repair Packet): 리페어 블록(Repair Block)을 전송하기 위한 패킷.

-FEC 패킷 블록(Packet Block): FEC 전송 블록을 전송하기 위한 패킷들의 집합

-MMT(MPEG Media Transport): MPEG 데이터를 효율적으로 전송하기 위하여 설계중인 국제 표준

-MMT 흐름(Flow): 하나의 MMT 패키지의 하나 또는 그 이상의 MMT 에셋들을 전달하기 위한 MMT 패킷들의 시퀀스(A sequence of MMT packets to deliver one or more MMT Assets of one MMT Package)

-FEC 흐름(Flow): FEC와 그것을 패리티들에 의해 보호된 하나 또는 그 이상의 MMT 흐름들을 전달하기 위한 MMT 패킷들의 시퀀스(A sequence of MMT packets to deliver one or more MMT flows which are protected by FEC and its parities)

-MMT 에셋(Asset): 하나 또는 그 이상의 M 유닛으로 구성되는 데이터 엔티티. 구성 정보(composition information)와 전송 특성(transport characteristics)을 정의하기 위한 데이터 유닛.

-MMT 패키지(Package): 구성 정보와 전송 특성과 같은 추가적인 정보에 따라 하나 또는 그 이상의 MMT 에셋들로 구성되는 것.

도 1은 네트워크 토폴로지(Network Topology) 및 데이터 흐름(Data Flow)를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, IP(Internet Protocol) 패킷은 여러 라우터(Router)(120, 130)들을 거치면서 최종 수신기(호스트 B)(110)에 전달된다. 따라서 IP 패킷들은 항상 전송기(호스트 A)(105)가 송신한 순서대로 수신기(호스트 B)(110)에 도달하는 것은 아니다. 이로 인하여, AV(AudioVisual) 컨텐츠 스트리밍 시 전송 순서를 나타내는 것이 필요하다. 애플리케이션 계층(140)에서 도 1의 "데이터(150)"는 AV 코덱(Codec)에서 압축된 데이터를 리얼 타임 프로토콜(Real Time Protocol; RTP)을 사용하여 패킷화(Packetize)한 이후의 RTP 패킷 데이터로 간주되거나(IETF의 RFC3550, RFC3984 문서 참조) 또는 도 2에서 후술될 MMT 전송 패킷(Transport Packet) 데이터와 같이 애플리케이션 계층(140)의 전송 프로토콜에 의해 패킷화된 데이터를 말한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 MMT(MPEG Media Transport) 시스템 구성도이다.

도 2의 왼쪽은 MMT 시스템 구성을 나타낸 도면이고, 오른쪽은 전송 기능(Delivery Function)의 세부 구조를 나타내는 도면이다.

미디어 코딩 계층(Media Coding Layer)(205)은 오디오 또는/및 비디오 데이터를 압축하여 캡슐화 기능 계층(Encapsulation Function Layer)(210, E. Layer)으로 전송한다.

상기 캡슐화 기능 계층(210)은 압축된 오디오/비디오 데이터를 파일 포맷과 유사한 형태로 패키지화하여 전송 기능 계층(Delivery Function Layer)(220)으로 전달한다.

전송 기능 계층(220, D. Layer)은 상기 캡슐화 기능 계층(210)의 출력을 MMT 패이로드 포맷화한 후 MMT 전송 패킷 헤더를 부가하여 MMT 전송 패킷 형태로 전송 프로토콜 계층(230)에 전달한다. 또는 전송 기능 계층(220)은 상기 캡슐화 기능 계층(210)의 출력을 기존 RTP 프로토콜을 사용하여 RTP 패킷 형태로 전송 프로토콜 계층(230)에 전달한다. 그 이후 전송 프로토콜 계층(230)은 UDP(User Datagram Protocol) 및 TCP(Transmission Control Protocol) 중 어느 하나의 전송 프로토콜로 변환한 후 IP 계층(240)으로 전송한다. 최종적으로 IP 계층(240)은 상기 전송 프로토콜 계층(230)의 출력을 IP 패킷으로 변환하고 IP 프로토콜을 사용하여 전송한다.

본 발명의 FEC 패킷은 MMT 페이로드 포맷, MMT 전송 패킷, RTP 패킷 중 적어도 하나의 형태로 가능하다.

전송 기능 계층(Control Function Layer)(200, C. Layer)은 프리젠테이션 세션(Presentation Session)과 전송 세션(Delivery Session)을 관리(Management)한다.

도 3은 MMT 패키지의 구조를 도시한 도면이다.

도 4는 MMT 패키지에 포함된 설정 정보(configuration information)의 구성을 도시한 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이 MMT 패키지는 네트워크의 전송 기능 계층(D. Layer)을 통해 클라이언트와 송수신되며, MMT 에셋(Asset)들과, 구성 정보(composition information), 전송 특성(Transport characteristic)을 포함한다.

또한 MMT 패키지는 설정 정보를 활용하기 위한 기능성(functionality)과 기능(operation)들을 가진다. 설정 정보는 MMT 에셋(Asset)들의 리스트와, 구성 정보, 그리고 전송 특성으로 구성된다.

설명 정보(description information)는 MMT 패키지와 MMT 에셋들을 설명한다. 구성 정보는 MMT 에셋들의 소비를 돕는다. 전송 특성 정보는 MMT 에셋들의 전달을 위한 힌트를 제공한다.

상기의 MMT 패키지는 각 MMT 에셋별 전송 특성을 기술한다. 전송 특성은 오류 복원력(Error Resiliency) 정보를 포함하며, 하나의 MMT 에셋을 위한 단순 전송 특성(Simple Transport Characteristic) 정보는 손실되거나 손실되지 않을 수 있다. 또한 전송 특성들은 각 MMT 에셋의 QoS(Quality of Service; 손실(Loss) 허용 정도, 지연(Delay) 허용 정도)를 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMT FECFRAME(500)의 블록 구성도이다. 상기 MMT FECFRAME(500)은 하나의 FEC 흐름을 생성하기 위한 논리적/물리적 구성 요소이다. 따라서 전송단에서 2개 이상의 FEC 흐름을 운용할 경우에 각각의 FEC 흐름에 대하여 논리적 FECFRAME들은 독립적으로 생성되며, 물리적 FECFRAME은 시간 공유들을 사용하여 공유될 수 있음은 자명하다. 상기 MMT FECFRAME은 FEC 전송정보와 소스 페이로드(Source Payload)를 입력으로 하여 밴드 외 신호(Out-band signal)와 FEC 패킷 블록을 출력한다. 상기 도 5에서 상기 FEC 전송정보는 제어부(510)와 FEC 블록 생성부(520)의 입력으로 표시되어 있지만, 전체 시스템의 관점에서 다른 구성 블록들도 상기 FEC 전송정보를 인지하고 그 동작에 활용할 수 있음은 자명하다. MMT 표준의 ALFEC 후보 기술로 2단계(two-stage) 방식이 제안되었다. 상기 2단계(two-stage) 방식에 따르면 MMT FECFRAME(500)은 소정 개수의 심볼(Symbol)들을 M(M은 1이상의 정수임)개의 제1 소스 심볼(Source Symbol)들로 분할하고, 각각의 제1 소스 심볼들에 대해 제1 FEC 부호화에 의해 생성되는 제1 리페어 심볼(Repair Symbol)들을 포함하는 제1 인코딩 심볼(Encoding Symbol)들을 생성한다. 그 후 MMT FECFRAME(500)은 M개의 제1 인코딩 심볼들을 제2 소스 심볼로 하여 제2 FEC 부호화에 의해 생성되는 제2 리페어 심볼들을 포함하는 제2 인코딩 심볼들을 생성한다. 상기의 제 1 FEC와 제 2 FEC는 동일한 오류 정정 코드를 사용하거나, 또는 서로 다른 오류 정정 코드를 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 오류 정정 코드의 후보들로는 리드 솔로몬(a reed-solomon, RS) 코드, 저밀도 패리티 검사 (a low density parity check, LDPC) 코드, 터보 코드(Turbo Code), 랩터 코드(Raptor Code), XOR(eXclusive OR; 배타적 논리합)등 특정 코드로 제약하지는 않는다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 2단계(two-stage) 방식의 FEC 부호화 방법을 도식화한 것이다. 도 6은 M=1인 경우와 M=8인 경우에 대해 본 발명의 실시 예에 따른 FEC 부호화 방법을 도식화한 것이다. 특히 도 6의 (a)는 M=1인 경우의 부호화 구조를 도시한 것이고, 도 6의 (b)는 M=8인 경우의 부호화 구조를 도시한 것이다.

상기 도 5로 돌아와서, 제어부(510)는 FEC 전송정보를 입력으로 사용하여 제어정보 및 밴드 내 신호(In-band signal)와 밴드 외 신호를 출력한다. 상기 밴드 내 신호는 FEC 패킷의 일부로 포함되어 전송되는 제어정보이고 상기 밴드 외 신호는 별도의 패킷 또는 별도의 프로토콜 또는 별도의 채널을 통하여 전송되는 제어정보이다. 상기 밴드 외 신호의 전송 방법은 본 발명의 요지에 영향을 주지 않으므로 자세한 설명은 생략한다. 또한 상기 FEC 전송정보는 제어부(510)를 거치지 않고 MMT FECFRAME과는 별도의 제어기에서 처리되어 FEC 블록 생성부(520)와 FEC 패킷 생성부(540)의 입력으로 사용될 수 있으며 이 경우에 상기 도 5에서 상기 제어부(510)는 생략될 수 있다. 상기 제어정보는 FEC 블록의 생성에 필요한 정보로 FEC 부호화부에서 요구하는 제어정보를 포함한다. 특정 FEC 부호는 패리티 생성과정에서 랜덤 생성기의 초기 값을 필요로 한다. 이 때 상위 계층에서 소스 페이로드에 부여한 일련 번호(sequence number)를 상기 랜덤 생성기의 초기 값으로 빈번하게 사용된다. 이 경우에 데이터의 흐름 과정을 고려할 때 MMT FECFRAME(500)에서 상위 계층의 페이로드 구조를 분석하여 필요한 값을 추출하는 것은 비효율적이므로, 상기 식별 숫자는 제어 정보의 형태로 MMT FECFRAME(500)에 입력되고 FEC 부호의 제어 신호로만 사용되며, 밴드 내 신호나 밴드 외 신호로 출력되지 않는다.

상기 FEC 전송정보는 MMT 에셋에 대한 전송 특성을 포함할 수 있으며, MMT FECFRAME(500)을 포함하는 애플리케이션 및 프로토콜에 따라 달라질 수 있다. 일례로 2단계(two-stage) 방식을 고려할 경우에 FEC 전송정보는 다음과 같다.

1) 부호 구조 (Coding Structure)에 대한 정보

fec_scheme: FEC 블록을 생성하기 위하여 생성된 코딩 스킴을 지시한다.

b000: 코딩 구조 없음(No coding structure)

b001: RS 코딩 구조(RS coding structure)

b010: LDPC 코딩 구조(LDPC coding structure)

b011: RS_RS 2단계 코딩 스킴(RS-RS two stage coding scheme)

b100: RS-LDPC 2단계 코딩 스킴(RS-LDPC two stage coding scheme)

b101: LDPC-LDPC 2단계 코딩 스킴(DPC-LDPC two stage coding scheme)

ibg_mode: 소스/부블록(Source/Sub Block)으로부터 정보어 블록을 생성하기 위하여 사용한 방법을 지시한다.

b00: 패딩 데이터 없는 일반 모드(Normal Mode without padding data)

b01: 패딩 데이터 있는 일반 모드(Normal Mode with padding data)

b10: 고효율 모드(High Efficiency Mode)

b11: 조건부 패딩 모드(Conditional padding Mode)

parity_payload_size: 페리티 페이로드의 길이를 표시한다.

number_of_payloads_in_a_parity_packet: 페리티 패킷에 포함된 페리티 페이로드의 수를 표시한다.

2)보호 구간 (Protection Interval)에 대한 정보

number_of_packets_for_source_block: 소스 블록에 포함된 패킷의 개수를 표시한다.

number_of_sub_blocks_in_source_block: 소스 블록에 포함된 부블록(sub_block)의 개수를 표시한다.

number_of_packets_for_sub_block: 부블록(Sub Block)에 포함된 패킷의 개수를 표시한다.

max_information_block_length: 정보어 블록에 포함된 정보어 페이로드 개수의 최대값을 나타낸다.

information_block_length: 정보어 블록에 포함된 정보어 페이로드의 개수를 나타낸다.

information_sub_block_length: 정보어 부블록에 포함된 정보어 페이로드의 개수를 나타낸다.

3) 보호 수준 (Protection Interval)에 대한 정보

number_of_packets_for_parity1_block: 패리티 1 블록(Parity 1 Block)에 포함된 패리티 패킷의 수를 나타낸다.

number_of_packets_for_parity2_block: 패리티 2 블록(Parity 2 Block)에 포함된 패리티 패킷의 수를 나타낸다.

4) 패킷 식별 (Packet Identification)에 대한 정보

sequence_number: 각각의 패킷에 부여된 식별 번호. 여러 개의 패킷을 순차적으로 전송할 경우 그 값이 1씩 증가한다.

payload_type: FEC 패킷 페이로드의 종류를 지시한다.

b00: 소스 페이로드

b01: 패리티 1 페이로드

b10: 패리티 2 페이로드

b11: 예약됨

fec_block_boundary_info: FEC 1 블록의 첫 번째 패킷에 할당된 식별 번호를 표시한다.

fec1_block_boundary_info: FEC 1 블록의 첫 번째 패킷에 할당된 식별 번호를 표시한다.

fec2_block_boundary_info: FEC 2 블록의 첫 번째 패킷에 할당된 식별 번호를 표시한다.

parity_data_for_ibg: 정보어 블록 생성에 필요한 정보들을 보호하는 패리티를 표시한다.

상기 2단계 방식의 운용에 있어서, 매 FEC 블록 마다 소스 혹은 패리티 패킷을 전송하기 이전에 밴드 외 신호를 전송할 수 있는 경우에 상기 FEC 전송정보는 다음과 같이 밴드 내 신호와 밴드 외 신호로 구성된다.

1) 밴드 외 신호

fec_scheme

if (fec_scheme != 000) {

ibg_mode

parity_payload_size

number_of_payloads_in_a_parity_packet

if (fec_scheme = 001) or (fec_scheme = 010) {

number_of_packets_for_source_block

number_of_packets_for_parity_block

}

if (fec_scheme = 011) or (fec_scheme = 100)

or (fec_scheme = 101) {

number_of_sub_blocks_in_source_block

number_of_packets_for_source_block

information_block_length

number_of_packets_for_parity1_block

for (i=0;i<number_of_sub_blocks_in_source_block;++i) {

number_of_packets_for_sub_block

information_sub_block_length

number_of_packets_for_parity1_block2

}

2) 밴드 내 신호

sequence_number

payload_type

if (fec_scheme = 001) or (fec_scheme = 010) {

fec_block_boundary_info

}

if (fec_scheme = 011) or (fec_scheme = 100) or (fec_scheme = 101) {

if (payload_type = 00) or (payload_type = 10) {

fec1_block_boundary_info

}

if (payload_type = 01) {

fec2_block_boundary_info

}

if ((paylaod_type = 01) or (paylaod_type = 01)) and

(ibg_mode = 10) or (ibg_mode = 11)) {

parity_data_for_ibg

}

상기 도 5에서 FEC 블록 생성부(520)는 소스 페이로드들과 제어정보를 입력으로 하여 패리티 페이로드(Parity Payload) 와 소스 페이로드 식별자(Source Payload ID) 및 패리티 페이로드 식별자(Parity Payload ID)를 출력한다. 상기 패리티 페이로드를 획득하기 위하여 상기 FEC 블록 생성부(520)는 소스 페이로드를 그룹핑하여 소스 블록을 생성하고 이를 프로세싱하여 동일한 길이를 가지는 정보어 페이로드로 구성된 정보어 블록을 생성하여 FEC 부호화부(530)로 전달한다. 상기 소스 페이로드 식별자 및 패리티 페이로드 식별자는 서로 다른 페이로드들을 식별하기 위하여 필요한 식별정보이다. 상기 소스 페이로드 식별자는 MMT FECFRAME을 포함하는 계층 혹은 차상위 계층에서 소스 페이로드를 구별할 수 있는 식별정보가 존재할 경우에는 생략될 수 있다. 또한 FEC 부호화부(530)에 구현에 따라 소스 페이로드 식별자 및 패리티 페이로드 식별자는 FEC 부호화부(530)의 입력으로 사용된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 상기 FEC 블록 생성부(520)에서 정보어 블록 구성(ibg mode)에 대한 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 가변 패킷 사이즈를 가지는 8개의 소스 페이로드들, 즉 SPL #0 내지 SPL #7이 입력되면, 각각의 페이로드 크기를 최대 길이, 일례로 S_max를 가지는 페이로드와 동일하게 하기 위해 패딩 데이터를 추가한 후 8개의 정보어 페이로드들, 즉 IPL#0 내지 IPL#7로 구성된 정보어 블록을 생성한다. 도 7의 실시예에서는 소스 페이로드의 최대 길이 S_max와 정보어 페이로드의 길이를 동일하게 설정하였지만, 정보어 페이로드의 길이는 시스템 복잡도 및 메모리 요구사항에 따라 S_max보다 작은 값을 가질 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 상기 FEC 블록 생성부(520)에 정보어 블록 구성에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 가변 패킷 사이즈를 가지는 8개의 소스 페이로드들, 즉 SPL #0 내지 SPL #7이 입력되면, 각각의 페이로드 크기를 일렬로 배열한 후 정보어 페이로드의 최대 길이, 일례로 S_max를 단위로 분할하여 5개의 정보어 페이로드들, 즉 IPL#0 내지 IPL#4로 구성된 정보어 블록을 생성한다. 이 때 마지막 정보어 페이로드에는 패딩 데이터가 포함되는 것에 유의한다. 도 8의 실시 예에 따르면 소스 블록의 경계와 정보어 페이로드의 경계가 일치하지 않으므로 각 소스 페이로드의 길이 등의 정보어 블록에서 소스 페이로드를 추출하기 위하여 필요한 정보들을 정보어 블록에 포함시키거나 별도의 방식으로 수신단에 전달하여야 한다. 또한, 도 8의 실시 예에서는 소스 페이로드의 최대 길이 S_max와 정보어 페이로드의 길이를 동일하게 설정하였지만, 정보어 페이로드의 길이는 시스템 복잡도 및 메모리 요구사항에 따라 S_max보다 작은 값을 가질 수 있다.

상기 2단계(two-stage) 방식을 운용할 경우에 정보어 블록 구성 과정은 다음과 같다. 소스 블록이 M개의 부블록(Sub Block)으로 구성된다고 가정하자. 상기 부블록 중에서 첫 번째 부블록에 속한 소스 페이로드를 사용하여 첫 번째 정보 정보어 부블록를 생성하고 이를 FEC 부호화부(530)에 전달한다. 상기 FEC 부호화부(530)는 상기 정보어 부블록을 사용하여 페리티 페이로드를 생성하고 이를 FEC 블록 생성부(520)에 전달한다. 이 후 2번째부터 부블록부터 M번째 부불록을 사용하여 동일한 과정을 순차적으로 반복한다. 모든 부블록에 대한 페리티 페이로드를 생성한 이후에, 상기 첫 번째 정보어 부블록부터 상기 M번째 부블록까지 모든 정보어 부블록을 결합하여 정보어 블록을 구성하고 이를 FEC 부호화부(530)에 전달한다. 상기 FEC 부호화부(530)는 상기 정보어 블록을 사용하여 페리티 페이로드를 생성하고 이를 FEC 블록 생성부(520)에 전달한다. 상기 과정을 수행한 이후에 상기 M개의 정보어 부블록으로부터 생성된 모든 패리티 패이로드와 상기 정보어 블록으로부터 생성된 패리티 페이로드를 함께 패킷 생성부(540)로 전달한다.

상기 도 5에서 FEC 부호화부(530)는 상기 정보어 블록을 입력으로 정해진 FEC 부호화 알고리즘을 사용하여 패리티 심볼을 계산하고 상기 패리티 심볼로 구성된 패리티 페이로드를 생성하여 상기 패리티 페이로드를 패리티 블록의 형태로 출력한다. 특정한 구현에 있어서 FEC 부호화 알고리즘은 고정된 개수의 정보어 심볼을 입력으로 고정된 개수의 패리티 심볼의 값을 계산한다. 이 경우에 상기 FEC 부호화부(530)는 부가적인 제어정보를 요구하지 않는다. 또 다른 구현에 있어서 FEC 부호화 알고리즘이 정보 심볼의 수와 패리티 심볼의 수 및 정보어 심볼과 패리티 심볼의 관계에 대한 FEC 부호화 정보를 요구할 수 있다. 상기 FEC 부호화 정보는 FEC 전송 정보의 일부로 FEC 블록 생성부(520)에서 상기 FEC 부호화부(530)로 전달될 수도 있지만, 앞서 언급한 바와 같이 전체 시스템의 관점에서 다른 MMT FECFRAME의 모든 구성 블록들은 상기 FEC 전송정보를 인지하고 그 동작에 활용할 수 있음은 자명하다.

상기 FEC 부호화기 정보어 블록으로부터 K가 200 이하인 경우 소스 블록을 정보어 블록에 매핑시킴으로써, 도 9와 같이 RS 코딩을 위한 정보어 심볼을 생성할 수도 있고, 도 10과 같이 LDPC 코딩을 위한 정보어 심볼을 생성할 수도 있다.

각각의 정보어 심볼을 하기 도 11 및 도 12와 같이 RS와 LDPC 인코딩을 수행하여 패리티 심볼을 생성한다. 도 12의 경우, 단축(Shortening) 및 펑처링(Puncturing)을 도시하지는 않았지만, 정해진 길이를 가지는 LDPC 코드를 이용하여 다양한 K와 P에 대해서도 단축 및 펑처링을 수행하여 패리티 심볼을 생성할 수 있다. 이때, 단축만을 수행할 수도 있고, 펑처링만을 수행할 수 있음은 물론이다.

생성된 패리티 심볼들로부터 도 13, 도 14와 같이 RS 패리티 블록과 LDPC 패리티 블록을 생성한다.

다음은 RS 코드와 LDPC 코드 상세(code specification)를 나타낸다. 유한 필드 GF(2^8) 상의 RS(N,K) 코드 (RS(N,K) code over the finite field GF(2^8)) 의 프리미티브 다항식(Primitive Polynomial)은 p(x) = x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1로 정의된다.

GF(2^8)에서의 심볼은 (α^7, α^6, α^5, α^4, α^3, α^2, α, 1)로 나타낼 수 있다.

여기서 α = 00000010 (2진수) 이다.

각각의 RS 코드워드(rsc)는 벡터로 표현 시 rsc = (e0, e1, ..., e199, p200,..., p239)로 표현되는 그 정보가 200바이트이고 패리티가 40바이트인 유한 필드 GF(2^8) 상의 RS(240,40) 코드 (RS (240,40) code over the finite field GF(2^8))이다.

유한 필드 GF(2) 상의 LDPC(K+P, k) 코드 (LDPC (K+P, K) code over the finite field GF(2)) 는 K개의 정보어 비트들과 P개의 패리티 비트들 로 구성되는 QC-LDPC 구조이다. 여기서 K = L x 400 이고 P = L x 80, L = 1,2,4,8 또는 16 이다.

특히 상기 LDPC의 패리티 부분은 도 15와 같이 근사적으로 삼각형 매트릭스(approximately triangular matrix) 형태를 가진다. 도 15는 H 매트릭스의 구조를 나타낸다.

도 15에서 K = 400 이고 P = L x 80 (L = 1, 2, 4, 8 또는 16)이다.

이상에서 RS 코드와 LDPC 코드의 실시 예를 기술하였지만 기술된 상세 설명에 국한된 부호만을 사용할 수 있는 것은 아니며, 랩터(Raptor)나 랩터Q(RaptorQ), XOR 부호등 통상적으로 FEC 부호라 간주되는 모든 부호들의 적용이 가능하다.

상기 도 5에서 FEC 패킷 생성부(540)는 소스 페이로드 혹은 패리티 페이로드와 소스 페이로드 식별자 혹은 패리티 페이로드 식별자와 밴드 내 신호(in-band signals)로 구성된 FEC 패킷을 생성하고 이를 FEC 패킷 블록 의 형태로 출력한다.

본 발명의 실시 예에 의한 FEC 패킷 생성방법을 설명하면, 다음과 같다. 각 패킷의 헤더의 페이로드 유형을 해당 페이로드에 맞게 설정하여 전송한다. 즉, 소스 페이로드를 위한 패킷의 페이로드 유형은 소스 페이로드(오디오, 비디오 등)임을 나타내고 리페어 페이로드를 위한 패킷의 페이로드 유형은 리페어 페이로드임을 구분한다. 소스 패킷들을 위한 시퀀스 번호는 연속적으로 부여하고 이와는 별도로 리페어 패킷들을 위한 시퀀스 번호를 연속적으로 부여하되 그 시작 시퀀스 번호는 해당 FEC 블록내의 리페어 블록의 경계(Boundary)를 알 수 있도록 예를 들어 소스 패킷의 시작 시퀀스 번호로부터 시작하도록 설정한다. 즉, FEC 블록내의 소스 패킷과 리페어 패킷들을 위한 시퀀스 번호가 상관 관계를 갖도록 설정함으로써 리페어 패킷들(리페어 블록)의 경계를 알 수 있다. 각 패킷의 헤더에 FEC 블록 경계 정보(FEC Block Boundary Information)로써 해당 FEC 블록의 시작 시퀀스 번호를 저장한다. 또한, FEC를 선택적으로 적용하는 경우 FEC 플래그(Flag) 정보를 저장한다. 또한, FEC 블록의 소스 패킷 또는 리페어 패킷 개수가 가변적으로 운용되는 경우 FEC 블록의 패킷 개수 정보 정보(또는 소스 패킷 개수 정보)와 소스 패킷의 개수 정보(또는 리페어 패킷의 개수 정보)를 저장한다.

Payload Type

Sequence Number

FEC Flag

FEC Block Boundary

Packet# for FEC Block(or Source Block)

Packet# for Source Block(or Repair Block)

상기한 본 발명의 실시 예에 따른 FEC 패킷 생성방법에 의한 헤더 포캣의 일 구성 예는 상기 <표 1>과 같다

상기 도 5에서 패킷 (디)멀티플렉싱부(550)는 FEC 패킷 블록들을 입력으로 하여 하나의 FEC 패킷 블록을 여러 개의 패킷 흐름으로 디멀티플렉싱하거나 복수의 FEC 패킷 블록을 하나의 패킷 흐름으로 멀티플렉싱하여 출력한다. 상기 패킷 (디)멀티플렉싱부(550)는 MMT FECFRAME의 하위 프로토콜 계층과의 인터페이스를 위한 블록으로 패킷 (디)멀티플렉싱부(550)의 기능을 상기 하위 프로토콜 계층에서 수행할 경우에는 생략된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 FEC 구성 관련 정보나 기타의 부호화 구성 관련 정보를 시그널링(Signaling)하여 수신기에게 전송함으로써 전송기는 선택적으로 FEC를 적용한 컨텐츠를 전송할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 네트워크 상황이나 컨텐츠의 QoS(Quality of Service)에 따라 선택적으로 FEC를 적용할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 다르면, FEC 구성 관련 정보나 기타의 부호화 구성 관련 정보를 포함하는 FEC 제어 정보의 전부 또는 그 일부를 주기적으로 반복 전송하거나 또는 본 발명의 밴드 내 시그널링 방법에 의해 FEC 구성 관련 정보의 전부 또는 그 일부를 전송함으로써 이미 서비스가 진행 중인 상황에서 새로운 수신기에게도 FEC 구성 관련 정보를 알게 할 수 있어 새로이 등장한 수신기도 FEC 복호화를 수행하여 손실된 데이터를 복구함으로써 사용자에게 보다 양질의 서비스를 제공할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims

통신 시스템에서 미디어 데이터를 송신하기 위한 방법에 있어서,
전송될 적어도 하나의 소스 심볼 블록을 이용하여 순방향 오류 정정(FEC , Forward Error Correction) 방식으로 부호화된 리페어 심볼들을 생성하는 동작;
상기 적어도 하나의 소스 심볼 블록을 이용하여 소스 패킷을 생성하는 동작;
상기 리페어 심볼들을 이용하여 리페어 패킷을 생성하는 동작; 및
상기 소스 패킷과 상기 리페어 패킷을 전송하는 동작;을 포함하며,
상기 소스 패킷의 헤더는 연속적으로 증가하는 시퀀스 번호를 포함하고,
상기 리페어 패킷의 헤더는 상기 소스 심볼 블록의 경계 정보를 지시하는 지시자를 포함하는, 미디어 데이터 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 리페어 패킷 헤더는 상기 소스 심볼 블록의 시작 시퀀스 번호를 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 소스 패킷의 헤더는 상기 FEC 패킷 내의 소스 심볼 블록의 개수가 가변적인 경우 상기 전송 패킷의 개수 정보를 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 리페어 패킷 헤더는 상기 리페어 패킷의 개수가 가변적인 경우 상기 리페어 패킷의 개수 정보를 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 2개 이상의 소스 심볼 블록의 크기가 다른 경우 상기 소스 심볼 블록의 최대 크기와 같도록 작은 크기를 갖는 소스 심볼 블록에 잉여 정보를 패딩하는 동작을 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 방법.
제1항에 있어서, 상기 FEC 부호화 방법은
리드 솔로몬(a reed-solomon, RS) 코드, 저밀도 패리티 검사(a low density parity check, LDPC) 코드, 터보(turbo) 코드, 랩터(raptor) 코드, 또는 배타적 논리합(exclusive OR, XOR) 중 하나인, 미디어 데이터 송신 방법.
통신 시스템에서 미디어 데이터를 송신하기 위한 장치에 있어서,
전송될 적어도 하나의 소스 심볼 블록을 이용하여 순방향 오류 정정(FEC , Forward Error Correction) 방식으로 부호화된 리페어 심볼들을 생성하는 FEC 부호기;
상기 적어도 하나의 소스 심볼 블록을 이용하여 소스 패킷을 생성하고, 상기 리페어 심볼들을 이용하여 리페어 패킷을 생성하는 FEC 패킷 생성기; 및
상기 소스 패킷과 상기 리페어 패킷을 전송하는 송신기;를 포함하며,
상기 소스 패킷의 헤더는 연속적으로 증가하는 시퀀스 번호를 포함하며,
상기 리페어 패킷의 헤더는 상기 소스 심볼 블록의 경계 정보를 지시하는 지시자를 포함하는, 미디어 데이터 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 리페어 패킷 헤더는 상기 소스 심볼 블록의 시작 시퀀스 번호를 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 소스 패킷의 헤더는 상기 FEC 패킷 내의 소스 심볼 블록의 개수가 가변적인 경우 상기 전송 패킷의 개수 정보를 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 리페어 패킷 헤더는 상기 리페어 패킷의 개수가 가변적인 경우 상기 리페어 패킷의 개수 정보를 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 2개 이상의 소스 심볼 블록의 크기가 다른 경우 상기 소스 심볼 블록의 최대 크기와 같도록 작은 크기를 갖는 소스 심볼 블록에 잉여 정보를 패딩하는 동작을 더 포함하는, 미디어 데이터 송신 장치.
제7항에 있어서, 상기 FEC 부호화 방법은
리드 솔로몬(a reed-solomon, RS) 코드, 저밀도 패리티 검사(a low density parity check, LDPC) 코드, 터보(turbo) 코드, 랩터(raptor) 코드, 또는 배타적 논리합(exclusive OR, XOR) 중 하나인, 미디어 데이터 송신 장치.