5G-MEC 기반 초저지연 고화질 영상 전송 시스템
High Quality Video Streaming System in Ultra-Low Latency over 5G-MEC
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초록
모바일 네트워크 및 인터넷의 발전은 물리적인 거리의 한계를 극복하고 원격지의 정보를 제공하거나 획득하는데 기여하고 있다. 그러나 영상전송을 주요 정보 제공 수단으로 사용하는 시스템은 여전히 고대역폭과 저지연 전송을 요구하고 있으며, 전송된 영상을 기반으로 상황을 판단하고실시간 피드백을 제공하기 위해서는 전송된 영상의 품질뿐만 아니라 데이터 신뢰성과 전송 지연시간 문제는 극복해야할 중요한 부분이다. 5세대모바일 네트워크의 출현은 이전 세대의 기술에서 경험할 수 없었던 고대역폭과 정밀한 위치 인식 등의 특성을 제공하여, 원격 진료 및 수술, 사회안전망을 위한 무선 원격 비디오 감시 시스템, 차량의 자율 주행 뿐만 아니라 UAV/UGV의 비가시권 제어를 실현할 수 있는 기반이 되고 있다. 또한 모바일 네트워크의 특성을 고려하여 네트워크 지연 시간을 최소화하는 Mobile Edge Computing 기술은 기존의 스마트 단말과 고가용성서버 시스템으로 구성되던 시스템 아키텍처에 대한 변화를 요구하고 있다. 그러나 여전히 무선 구간에서 발생하는 네트워크 불확실성은 고해상도영상을 전송할 때 영상 품질의 문제로 이어지며, 캐시를 활용한 전통적인 해결 방법은 지연 시간의 증가로 이어지게 되어 5G-MEC로 극복한 문제에대한 근본적인 해결책이 되지 못한다. 본 연구에서는 Foward Error Correction과 Fast Retransmission을 이용하는 SRT 프로토콜을 기반으로 초저지연 고화질 영상 전송 시스템을 제안하고 각 시스템 컴포넌트를 5G-MEC의 특성을 고려하여 배치하여 4K 영상 전송시에도 종단간 지연시간을1초 이하로 제한할 수 있음을 실험 결과로 제시하고 있다. 또한 실시간 고화질 영상 전송시 고려해야하는 요소로, 영상의 품질과 카메라-사용자간의 최종 지연 시간 및 지연시간에 영향을 미치는 구간을 분석하고 추가적으로 개선할 수 있는 부분을 찾아 제시하도록 한다.
Abstract
The Internet including mobile networks is developing to overcoming the limitation of physical distance and providing or acquiringinformation from remote locations. However, the systems that use video as primary information require higher bandwidth for recognizingthe situation in remote places more accurately through high-quality video as well as lower latency for faster interaction between devicesand users. The emergence of the 5th generation mobile network provides features such as high bandwidth and precise location recognitionthat were not experienced in previous-generation technologies. In addition, the Mobile Edge Computing that minimizes network latencyin the mobile network requires a change in the traditional system architecture that was composed of the existing smart device and highavailability server system. However, even with 5G and MEC, since there is a limit to overcome the mobile network state fluctuations onlyby enhancing the network infrastructure, this study proposes a high-definition video streaming system in ultra-low latency based on theSRT protocol that provides Forward Error Correction and Fast Retransmission. The proposed system shows how to deploy software componentsthat are developed in consideration of the nature of 5G and MEC to achieve sub-1 second latency for 4K real-time video streaming. Inthe last of this paper, we analyze the most significant factor in the entire video transmission process to achieve the lowest possible latency.
참고문헌 (25)
- Maria A. Lema, "Business Case and Technology Analysis for 5G Low Latency Applications", IEEE Access, 5, pp.5917~5935 (2017), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)[DOI]
- M. A. Lema, "5G case study of Internet of Skills : Slicing the human senses", 2017 European Conference on Networks and Communications (EuCNC), pp.1~6 (2017)
- Imtiaz Parvez, "A Survey on Low Latency Towards 5G: RAN, Core Network and Caching Solutions", IEEE Communications Surveys & Tutorials, 20(4), pp.3098~3130 (2018), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)[DOI]
- Mads Lauridsen, "From LTE to 5G for Connected Mobility", IEEE Communications Magazine, 55(3), pp.156~162 (2017), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)[DOI]
- N.M. Mosharaf Kabir Chowdhury, "A survey of network virtualization", Computer Networks, 54(5), pp.862~876 (2010), Elsevier BV[DOI]
- MEC in 5G networks, "S. Kekki", ETSI, 1~28, pp.ETSI White Paper, No.28 (2018)
- "Low Latency Streaming"[URL]
- [URL]
- "Webrtc 1.0:Real-time communication between browsers" (2020)[URL]
- "Rtcweb Status Pages"[URL]
- M. Waters, "GStreamer WebRTC", GStreamer Annual Conference (2017)
- E. Andre, "Comparative Study of WebRTC Open Source SFUs for Video Conferencing", 2018 Principles, Systems and Applications of IP Telecommunications (IPTComm), pp.1~8 (2018)
- D. Vucic, "The impact of mobile device factors on QoE for multi-party video conferencing via WebRTC", 2015 13th International Conference on Telecommunications (ConTEL), pp.1~8 (2015)
- "TCP Extensions for LongDelay Paths, RFC 1072, DOI 10.17487/RFC1072" (1988)[URL]
- Y. Gu, "UDT : UDP-based data transfer for high-speed wide area networks", Computer Networks, 51(7), pp.1777~1799 (2007)
- "SRT(Secure Reliable Transport)"[URL]
- "The SRT Protocol, Work in Progress, Internet-Draft, draft-sharabayko-mops-srt-01" (2020)[URL]
- "Hwangsaeul project"[URL]
- "AWS Wavelength"[URL]
- Q. Huynh-Thu, "Scope of validity of PSNR in image", video quality assessment, 2008, pp.44(13), 800~801[DOI]
- Z. Wang, "Image Quality Assessment: From Error Visibility to Structural Similarity", IEEE Transactions on Image Processing, 13(4), pp.600~612 (2004), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)[DOI]
- "VMAF source code"[URL]
- H.R. Sheikh, "Image information and visual quality", IEEE Transactions on Image Processing, 15(2), pp.430~444 (2006), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)[DOI]
- Songnan Li, "Image Quality Assessment by Separately Evaluating Detail Losses and Additive Impairments", IEEE Transactions on Multimedia, 13(5), pp.935~949 (2011), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)[DOI]
- O. Boyaci, "vDelay: A Tool to Measure Capture-to-Display Latency and Frame Rate", 2009 11th IEEE International Symposium on Multimedia, pp.194~200 (2009)