Transcript 7장 멀티미디어 네트워킹 7-1 Computer Networking: A Top Down Approach

7장 멀티미디어 네트워킹
Computer Networking: A Top
Down Approach
5t edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, April 2009.
7-1
7장 목차
7.1 멀티미디어 네트워킹 응용
7.2 스트리밍 저장 오디오 및
비디오
7.3 최선형 서비스를 최대로
활용하기
7.4 실시간 대화형 서비스
7.5 다양한 서비스
클래스 제공
7.6 QoS 보장
7-2
서비스 품질(Quality of Service)
multimedia 응용:
- data
- network audio
- network video(동영상)
QoS
응용 서비스가 요구하는
서비스 품질
- 손실(loss)
- 지연(delay)
- 지연 변이(delay jitter)
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QoS
 데이터
 주 관심 QoS을 위한 요구사항은 데이터 손실(data loss)
 image(정지 화상)의 경우도 데이터로 취급
 audio와 video(동영상)의 경우 file 전체를 다운로드 받아서
local computer에서 play하는 경우는 데이터와 동일
 데이터가 네트워크 서비스의 주 대상일 때는 QoS가 주
이슈가 되지 않았다.
 음성과 동영상
 패킷의 전송 지연(delay)과 지연 변이(delay jitter)는 음성과
동영상의 QoS에 결정적인 영향을 준다.
 따라서 음성과 동영상을 포함하는 멀티미디어 네트워크
서비스에서는 QoS 보장이라는 것이 주 이슈가 되고 있다.
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전송 지연(delay)과 지연 변이(jitter)
Total packet Delay = transmission time + propagation time + queuing time
이것은 네트워크 전송 과정에서 발생하는 delay이고 상위 계층에서 발생하는
delay가 존재한다.
각 패킷들이 목적지 호스트에 도착할 때 걸리는
delay는 각각 다르다. 왜?
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멀티미디어 네트워킹 서비스의 유형
멀리미디어 응용의 유형:
1) 저장(stored) 스트리밍
2) 생방송(live) 스트리밍
3) 실시간 대화형(real-time,
interactive)
근본적인 특징:
 전송 지연(delay)에 민감


양종단간(end-to-end) 지연
지연 변이(delay jitter)
 패킷 손실은 어느 정도
허용: 손실이 자주
발생하면 약간의 품질이
손상된다.
 데이터와는 반대
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저장 스트리밍 서비스(1)
 미디어는 소스(서버)에 저장
 Client에 전송됨

스트리밍: client는 모든 미디어가
도착하기 전에 play한다.
 도착 시간의 조건: 미디어의 패킷들은
자기가 play되어야 하는 시점 전에 도착해야
한다.
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저장 스트리밍 서비스(2)
1. video
recorded
2. video
sent
network
delay
3. video received,
played out at client
time
streaming: 이 시점에서 client는 현재
도착한 패킷들을 갖고 play한다. 서버는
계속 나머지 패킷들을 전송하고 있다.
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저장 스트리밍 서비스 : 대화식 동작
 VCR과
같은 기능: client는 일시정지(pause),
되감기(rewind), 빠른 진행(FF), push slider bar
 초기 delay가 10초 이내면 OK
 특정 동작을 행했을 때 1-2초 이내 반응을 보이면 OK
 패킷들은 play되어야 하는 시점에 도착해야 한다.
7-9
생방송 멀티미디어 서비스
예:
 인터넷 라디오 방송
 스포츠 생방송 중계
스트리밍 (저장 스트리밍 서비스와 같다.)
 재생할 패킷을 보관하는 버퍼가 있다.
 첫 패킷이 도착한 후, 수 초가 경과하여 재생될 수 있다.
 패킷이 도착하는 시간은 엄격한 제약이 있다.
대화식
 빠른 진행(fast forward)은 가능하지 않다.
 되감기(rewind), 일시 정지(pause)는 가능할 수도 있다.
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실시간 대화형 멀티미디어 서비스
 예: IP 전화, 화상 회의,
 종단간(end-end) 지연의 요구조건:

음성: < 150 msec 양호, < 400 msec OK
• 상위 계층(패킷화 과정)과 네트워크 delay 포함
 세션(session) 시작은?
자신의 IP 주소, port number, encoding
algorithms 등을 모든 상대에게 알려줄 수 있을까?
 어떻게
7-11
Internet과 멀티미디어 서비스
TCP/UDP/IP: “best-effort service”
 QoS를 보장하지 않는다.
?
?
?
?
?
그렇다면 어떻게 QoS를 요구하는 멀티미디어
서비스를 제공할 수 있는가?
?
?
?
?
멀티미디어 서비스는 응용 계층에서의
기술을 통해서 최대한도의 QoS를
보장할 수 있는 방법을 찾는다.
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인터넷에서 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한
접근 방법
통합 서비스 접근:
 각 응용 서비스에 필요한
대역을 보장해 준다.
 모든 노드들에 근본적인
변화가 요구된다.
차별 서비스 접근:
 약간의 변화 필요
자유 방임(Laissez-faire)
 현재 그대로 사용
 필요하면 대역을 더 제공
 CDN, 응용 계층 멀티캐스트
What’s your opinion?
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음성 압축(audio compression)
 아날로그 신호를 일정한
속도로 샘플링


전화: 8,000 samples/sec
(PCM 코딩)
CD 음악: 44,100
samples/sec
 각 샘플은 계수화
 e.g., 28=256
예:
 PCM: 전화 음성 64kbps
 CD: 1.411 Mbps
 MP3: 96, 128, 160 kbps
 인터넷 전화: 5.3 kbps
부터
 각 계수화 값은 비트로
표현

8 bits for 256 values
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Analog-to-Digital 코딩
 소스 신호가 아날로그인 경우
 예, 전화의 음성 신호, 비디오 신호
 이 경우 디지털 신호로 전송을 위해서 아날로그 신호를
디지털 데이터로 변환해야 한다.
 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 방법

PCM (Pulse Code Modulation)
• 전화망에서 음성 신호를 디지털 데이터로 변환할 때 사용한 전통적인
방법
PCM
 3가지 단계로 구성된다.
 아날로그 신호를 sampling
 Sampling된 신호를 계수화(quantization)
 계수화된 값을 비트 스트림으로 부호화(encoding)
sampling
 아날로그 신호를 매 T초 마다 전압의 크기를 측정한다.
Sample(측정) 주기 T는?
 그러면 sampling 주기 T는 얼마로 해야 할까?
 어떤 간격으로 sampling하면 원래의 신호의 모양을 나중에
복원할 수 있을까?
 Nyquist 정리에 의하면 채집율(sampling rate)은
신호에 포함된 최대 주파수의 최소한 두 배가 되어야
한다.
채집율에 따라 재생된 파형의 모습
전화망에서 음성 신호의 채집율
 음성의 최대 주파수는 4KHz이다. 따라서 채집율은
매초 8000번이다.
계수화(quantization)
 Sample으로 얻은 값은 최대 진폭값과 최소 진폭값의
사이 값이다.
 따라서 전체 영역을 L개의 구간으로 나누어서 채집된
값이 속한 구간의 값으로 결정한다.
부호화(encoding)
 계수화된 값을 비트 스트림으로 대체한다.
 그러면 각 sample의 값을 몇 개의 비트 스트림으로
대체할 것인가?


전화망의 음성의 경우 매 sample 당 8비트로 대체한다.
그러면 음성을 PCM으로 코딩할 경우 비트율은 어떻게
되는가?
원래 신호로 복구
비디오 압축(video compression)
 video: 이미지 프레임을
일정한 속도로 play

예: 24 images/sec
 디지털 이미지: 픽셀로
구성

각 픽셀은 비트로 표현
 중복
 프레임 내 공간 중복
 프레임과 다음 프레임 간의
중복
예:
 MPEG 1 (CD-ROM) 1.5
Mbps
 MPEG2 (DVD) 3-6 Mbps
 MPEG4 (인터넷에서 자주
사용, < 1 Mbps)
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