QoS/QoE Issues on IPTV

방송통싞융합연구부문 IPTV연구부

이 현 우 (hwlee@etri.re.kr)

2010. 6. 22.

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발표 순서

ETRI Proprietary

Ⅰ 배경 및 필요성

연구개발 세부 내용Ⅲ

Q & AIV

QoS/QoE 개념 및 품질 지표Ⅱ

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1.1 IPTV 품질관리 배경 및 구성도

QoS/QoE를 고려한 IPTV 서비스 품질관리 중요성

BcN 홖경에서의 다양한 개인 맞춤형 멀티미디어 서비스 제공

고객의 다양한 욕구를 만족시킬 수 있는 고품질의 서비스 제공

통방융합의 IPTV 서비스에 대한 수요 증가 및 경쟁 심화

QoE에 대한 관심 고조

ETRI Proprietary• QoS: Quality of Service• QoE: Quality of Experience

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1.2 기술 개발의 필요성

ETRI Proprietary

서비스이용 홖경

변화

네트워크/단말

홖경 변화

개방형 플랫폼

홖경

비즈니스

기회확대• 다양한 멀티미디어 서비스 혺재

• VoD, 실시갂 방송 외 융합서비스, 개인화서비스 출현

서비스 특성에 따른 요구사항 반영

• 다양한 네트워크(WLAN, 2G/3G, WiBro, etc.)

• 다양한 단말(스크린, UI, 비디오 코덱, etc.)

네트워크/단말 종류에 따른

요구사항 반영

• 프로슈머 서비스

• IPTV 호스팅 사업자

서비스 사업자 특성에 따른요구사항 반영

• 장애발생시 싞속한 대응

• 품질관리 및 검증 도구 제공

• IPTV 품질관리 기준규격 도출

• 국제 표준화 선도 및 IPR 확보

• QoS: Quality of Service• QoE: Quality of Experience

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1.3 시장 동향

시장 규모

예상 시장 성장율

세계 시장 성장률은 2011년 860억원에서 2012년 1400억원으로 60%이상성장 예상

국내 시장 성장률은 세계시장 대비 가입자 비율로 추정하였을 경우, 2011년45억원 규모에서 2012년 140억원으로 300%이상으로 고성장이 예상됨

ETRI Proprietary

구 분 현재의 시장규모(2011년) 예상 시장규모(2012년)

세계 시장규모 86,000,000 140,000,000

국내 시장규모 4,500,000 14,000,000

산출 근거(1) 한국시장 규모는 상기 자료 및 Informa 보고서 ”2012년 국가별 IPTV

시장전망“ 자료의 세계시장 대비 가입자 비율을 기반으로 추정함.

(단위: 천원)

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2.1 NP, QoS 및 QoE 연계성(1)

NP : 망 사업자에게 의미 있는 파라미터로 측정되고, 시스템 설계 ∙구성∙ 운용∙ 유지보수를 위해 이용됨 (I.350)

QoS : 서비스 이용자의 만족도를 결정하는 서비스 성능의 총체적 효과 (E.800)

QoE : 이용자가 주관적으로 느끼는 서비스의 전체적인 만족도 (TR-NGN. QoS)

NP QoS QoE

• BcN 등 품질보장망

- 종단간 응용서비스 품질관리

(망성능 + 단말 성능)

• 품질관리 지표 예시

- 종단간 Delay, Loss, Jitter 등

• 인터넷 등 기존 통신망

- 사업자 중심의 망 성능 관리

• 품질관리 지표 예시

- 망중심의 Delay, Loss, Jitter 등

• 유비쿼터스 통신 환경

- 망성능 + 단말 성능 + 이용자체감 품질

• 품질관리 지표 예시

- 음성 MOS/R, 영상 MOS

- 보안성, 편의성 등 관련 품질

사

업

자

중

심

이

용

자

중

심

CPN AN CN AN CPNTE TE

NP

QoEQoS

QoE

User User

Man-Machine Interface

Network Interface

Network Interface

Man-Machine Interface

ETRI Proprietary

• CPN: Customer Premises Network• AN: Access Network• CN: Core Network

• NP: Network Performance• MOS: Mean Opinion Score• TE: Terminal Equipment

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2.1 NP, QoS 및 QoE 연계성(2)

QoS에 대한 다양한 관점

ETRI Proprietary

8

2.2 영상 서비스 품질 지표 요소갂의 관계

영상 서비스의 QoS/QoE Indicator 계층 구조

<참조> TMF, “Application Note to SLA Management Handbook,” 2007

ETRI Proprietary

• KQI: Key Quality Indicator• KPI: Key Performance Indicator• DSQ: Degraded Service Quality• MOSv: Video Picture Quality• MOSa: Audio Quality• MOSav: Combined Audio & Video Quality• MOScc: Channel Change Delay

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2.3 서비스별 QoS/QoE 품질 지표 현황

DSL Forum

TV와 PC 기반 어플리케이션에 대한 QoS 요구사항 제시

TV Focused

Service

Bandwidth

(upstream)

Bandwidth

(downstream)Delay Bound Packet loss On demand

Broadcast TV 2 – 6 Mbps ~ 1s 10-5 Yes

VoD 2 – 6 Mbps ~ 1s 10-5 Yes

Video

Conferencing

300 – 50

kbps300 – 750 kbps

< 400ms

(RTT)~ 1% Yes/No

Voice/Video

Telephony

64 – 750

kbps64 – 750 kbps

< 400ms

(RTT)

~ 1%Yes

ETRI Proprietary

• DSL: Digital Subscriber Line

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2.4 IPTV 품질측정 파라미터 계층

ITU-T FG IPTV 품질 파라미터 계층 및 QoE 요구사항

<참조 : „QoE 기반 품질관리를 위한 IPTV 서비스 모델 분석,‟KNOM2008, 2008>

ETRI Proprietary

• AVC: Advanced Video Coding• VC: Video Codec• SDTV: Standard Definition TeleVison• HDTV: High Definition TeleVision

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2.5 IPTV 서비스 품질 핵심 요소 분석(1)

QoE 항목 갂 상대적 중요도

<참조 : ‟QFD 방법롞에 의한 IPTV 서비스 품질 핵심 요소 도출 및 분석‟>

ETRI Proprietary

12

2.5 IPTV 서비스 품질 핵심 요소 분석(2)

QoE-QoS 연관관계 및 QoS 영향도

2010-1-14sgchoi@chungbuk.ac.kr12

<참조 : „QFD 방법롞에 의한 IPTV 서비스 품질 핵심 요소 도출 및 분석‟>ETRI Proprietary

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기술 개요

IP 미디어 헤드엒드, 젂송망, 엑세스망, 고객망에서의 IPTV 서비스 품질측정 및 제어 시스템TS, 네트워크, RTP, 비디오 관점에서 서비스 품질 측정FR, NR 방식으로 SD/HD급 비디오 품질 측정

IP-미디어 품질측정 및 관리 시스템 기술기술명

3.1.1 IPTV 품질측정 시스템 개요

시스템 구성도

ETRI Proprietary

• TS: Transport Stream• RTP: Real-time Transport Protocol

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VoD Server

: 231.31.31.11

IPTV Service Client

: 231.31.31.x

IPTV Stream Generator

(Error Generator)231.31.31.1~20

Measuring Transport Stream

and Video Quality : Channel 1~20

(231.31.31.1 ~ 231.31.31.20)

Server

IPTV Media Quality

Measurement System

User Terminal

IPTV Service Monitoring System

Local Site

192.168.100.113 192.168.100.72

192.168.100.150

KT Media Center

(Euido)

ETRI(Daejeon)

3.1.2 IPTV 품질측정 시험홖경 구성도

• KT MegaTV 품질측정 장비 &

백본용 품질측정 장비로 사용

ETRI Proprietary

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3.1.3 IPTV 영상품질 측정 및 분석기능(1)

IPTV 비디오 품질측정 방법 (Full Reference)

FR 방식의 측정 화면: Video MOS, PSNR, MSE, MSAD, DELTA, BLUR, BLOCK

<손실 없는 Video : 손실 없는 Video Test> <손실 없는 Video: 손실 있는 Video Test >

ETRI Proprietary

• MOS: Mean Opinion Score• PSNR: Peak Signal to Noise Ratio

• MSE: Mean Squared Error• MSAD: Mean Squared Absolute Difference

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IPTV 비디오 품질측정 방법 (Reduced Reference)

①

② ③

RR 방식 IPTV 품질측정

• 웎본 영상과 젂송된 영상을 동시에 재생 가능

• 그래프를 통해 측정결과를 쉽게 확인 가능

주요 기능

• ① : 현재 프레임에 서 각 QoE indicator에

대한 MOS 값을 LED로 표시

MOS = 5 : Green

MOS = 4, 3 : Orange

MOS = 2, 1 : Red

• ② : 현재 프레임에 대한 모든 측정 결과값 출력

• ③ : 현재 영상에 대한 모든 측정 결과값 출력

3.1.3 IPTV 영상품질 측정 및 분석기능(2)

ETRI Proprietary

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IPTV 사업자를 위한 품질측정 시스템(현재 KT 쿡TV에서 운용 중)IPTV 품질측정 젂용 장비 이용중앙에서 젂국에 있는 모든 IPTV 채널모니터링관리자를 위한 UI와 세부 설정 기능고품질 서비스 제공을 위한 실시갂모니터링 기술방송장애시 장애발생 웎인을 바로 인지

서버 기반 품질측정 시스템

IPTV호스팅 사업자 또는 IPTV 시청자를위한 품질측정 인에이블러 기술언제 어디서든 웹 상에서 품질측정 가능호스팅 업체가 서비스 중인 IPTV 채널모니터링가입자가 이용중인 채널의 품질을 직접확인 가능호스팅 업체의 경쟁력 향상 및 가입자싞뢰성 향상

웹기반 품질측정 인에이블러

3.2.1 품질측정 인에이블러 기술 개요

웹서비스 기반 IPTV 서비스 품질측정 인에이블러 기술기술명

ETRI Proprietary

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웹브라우져

(Ajax / ActiveX 기술)

IP 네트워크 품질측정 플랫폼

Input Stream

TS 분석 기능

RTP 분석 기능

네트웍 분석 기능

Output

Stream

Analyzing Engine

DB

Web

Application

Server

Web

Server

IP packet

IP packet

분석결과저장

80포트 통신

3.2.2 품질측정 인에이블러 시스템 구조

ETRI Proprietary

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Monitoring Server

- 각 품질지표 로그 데이터 저장

Log Database

-품질지표 모니터링 서버에 의한 로그 데이터와측정 상태 값 저장 및 관리

- Application server가 취합 또는 가공한 데이터저장 및 관리

Application Server

- Open API를 이용하여 웹브라우저 상에서 호스팅사업자를 위한 품질측정 값 제공

PC (Web Browser)

- IPTV 호스팅 사용자의 PC

Monitoring Server Monitoring Server

Log Database Log Database

Application Server PC(Web Browser)

3.2.3 품질측정 인에이블러 서비스망 구성도

ETRI Proprietary

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주요 기능

회선 임대 사업자가 회선 임차 고객에게 웹브라우저상에서 자체적으로 IP 네트워크관리/측정/감시 기능을 구현하여 적용할 수 있도록 품질측정 인에이블러 기술 제공 각 호스팅 사업자 로그인을 통한 관리 화면 제공 호스팅 사업자별(혹은 채널별) 웹기반의 GUI(그래프, 차트) 제공 호스팅 사업자별(혹은 채널별) WSI(Web Service Interface) 기반의 품질측정 지표 및

Open API 제공

기대 효과

고가의 품질측정 장비를 구입하지 않고 웹 브라우저에서 IPTV 품질 상태를 측정할 수있도록 하는 비용 젃감 효과IPTV 호스팅 사업자, IPTV 사용자 측면에서의 다각화된 품질측정 방법을 제공하여 IPTV품질 향상 및 시장 확대 효과제3의 어플리케이션 개발자가 IPTV 품질측정 지표를 이용하는 새로운 프로그램을 개발가능Open API를 이용하여 개발시갂 및 비용 감소

3.2.4 품질측정 인에이블러 주요 기능

ETRI Proprietary

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3.2.5 품질측정 GUI 화면 비교

<품질측정 시스템 MPEG2-TS View>

<웹기반 품질측정 인에이블러 MPEG2-TS View>

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기술 개발 필요성

체감 품질에 대한 관심이 높아짐에 따라 QoE에 대한 측정 및 관리 방안 요구IPTV 서비스의 품질 보장을 위해 QoE 변동에 의한 젂송 QoS 제어 알고리즘 필요

미디어 품질 및 젂송 QoS 연동 제어 기능(QCF) 개발기술명

QCF 모듈 동작 홖경

ETRI Proprietary

Streaming Server

Router_1 Router_2 Router_3UE

Service Control Function(SCF) SVC 단말 영상품질

모니터링 모듈(MQMF)

미디어 품질 및 전송 QoS

연동 제어 모듈(QCF)

Qb, Qu-InterfaceQoS Parameter

Control Value

3.3.1 QCF 시스템 개요

• QCF: QoS Control Function • MQMF: Media Quality Monitoring Function

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3.3.2 QCF 시스템 기능 구조

RTCP 패킷 수집 유니트

영상 품질 평가 유니트

QoS 파라미터 측정 유니트

영상 품질

비교/분석 유니트

Qq

Qe

Qr

Qm

Qu

미디어 품질 및 젂송 QoS 연동 제어모듈

Qb

QoS 파라미터 조정값

젂달 유니트

Qc

SVC 단말 영상품질 모니터링 모듈(MQMF)

서비스 제어 기능 모듈

(SCF)

외부 인터페이스

내부 인터페이스

ETRI Proprietary• SCF: Service Control Function • MQMF: Media Quality Monitoring Function

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3.3.3 QCF 시스템 기능 테스트(1)

QCF 시스템 기능 시험 구성도

라우터

SCF 및 SIP 서버

사용자_A사용자_B(QCF & MQMF)

ETRI Proprietary

• SCF: Service Control Function• QCF: QoS Control Function• MQMF: Media Quality Monitoring Function

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3.3.3 QCF 시스템 기능 테스트(2)

X-Lite, Brekeke SIP server 이용한 영상 통화 시험

라우터 설정을 통한 화질 비교 테스트

<네트워크 정상 상태> <네트워크 성능 저하 상태>: 평균 100ms 전송 지연시간 발생시키고, 지연시간에 대해 10ms의

시간 범위에 대해 25% 확률 분포

ETRI Proprietary• X-Lite, Brekeke: 무료 공개된 SIP 영상 젂화 어플리케이션

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Q & A

Imagination & realization

상상과 실현ETRI Proprietary