클라우드 게임 스트리밍: 초저지연 스트리밍 (Cloud Game Streaming: Ultra Low Latency Streaming)

2020. 6. 7. 16:40

Game Streaming 서비스 비교

Game Streaming 서비스가 다양해 지고 있다. [1]에는 최근 Game Streaming 서비스를 비교하고 있다. 이러한 서비스는 스마트 폰과 같은 수신기기에서 서버로 부터 게임 화면을 스트리밍 받아서 지원하는 기술이다. 실재로 WebRTC와 보다 더 짧은 Latency 요구 사항이 요구 된다. 이러한 기술은 대부분 서비스 별로 다르기 때문에 상세 내용이 공개 되어 있지 않다. 하지만, Parsec이라는 기술은 이 상세 내용에 대해서 약간의 정보를 제공하고 있으므로 이를 살펴 보고 특징을 이해할 수 있다.

Parsec 개요

Parsec은 Free Game Software이다. 위에서 설명한 것과 같이 Streaming 방식으로 할 수있게 해준다. 지원이 종료되었지만, 삼성의 PlayGalaxy라는 서비스도 이를 활용한 것이다. [2]에는 Android 및 iOS SDK가 제공된다. Source Code는 제공되지 않는다.

Parsec 기술 설명

Parsec에서는 20ms으로는 아주 훌륭한 게임 경험을 할 수 있지만 40ms만 되어도 사용할 수 없다고 한다. 이는 WebRTC가 1초 미만의 수백 ms의 요구 사항이었다고 보면 이 요구 사항은 이 보다 한단계 더 낮은 Latency를 요구하는 서비스라고 생각할 수 있다.

[3]에서는 Parsec이 동작하는 방식을 설명하고 있다.

Capture raw desktop frames
Encode the raw frames
Send the encoded frames over the network
Decode the frames
Render the frames on the screen

1번에서는 Windows 8.1부터 빠른 캡춰를 가능하게 한다고 한다. 2의 경우는 nVidia와 같은 빠른 인코더를 사용해서 성능을 높이고 있다고 한다.

Codec의 경우는 H.264의 60fps 설정이 저지연으로 동작한다고 한다. 또한 Codec의 인터페이스 사용을 직접하여 지연도 줄인다고 한다.

이렇게 처리된 데이터는 화면에 Rendering되게 되는데, 데이터를 GPU상에서 모두 처리하게 되면 지연이 준다고한다. Memory Copy와 Color coversion등이 효율화 항목 중 하나이다.

네트워크 성능도 중요한데, 아래 그림과 같이 Local에서 하는 것과 Cloud에서 하는것의 성능 차이가 상당히 있다. 5G Network의 Mobile Edge Computing(MEC)를 사용하는 것도 장점이 있을 것이다. 이러한 이유로 xCloud등이 모바일 사업자와 협력하는 것이 이유가 있다고 볼 수 있다.

아래 그림에서와 같이 nVidia와 AMD의 코덱 성능에는 차이가 상당히 있다. 그렇기 때문에 nVidia를 사용하는 것이 Game Streaming에 성능에 차이가 있을 수 있다. 그리고, Encoder쪽의 성능 차이가 중요한 부분일 수 있다고 생각된다.

성능 최적화

nVidia의 코덱을 사용하더라도 설정을 잘 못하면 성능의 차이가 나올 수 있다. [6]에서는 nVidia Codec의 목표에 따른 코덱 최적화 방법을 설명한다. 아래 표가

Preset	NVENC	libx264
High Quality	-c:v h264_nvenc -preset medium -b:v BITRATE -bufsize BITRATE*2 -profile:v high -bf 3 -b_ref_mode 2 -temporal-aq 1 -rc-lookahead 20 -vsync 0	-c:v libx264 -preset medium -b:v BITRATE -bufsize BITRATE*2 -profile:v high -tune psnr -vsync 0 -threads 4
Low Latency Fast	-c:v h264_nvenc -preset llhp -rc cbr_ld_hq -b:v BITRATE -bufsize BITRATE/FRATE -profile:v high -g 999999 -vsync 0	-c:v libx264 -preset fast -b:v BITRATE -bufsize BITRATE/FRATE -profile:v high -g 999999 -x264opts no-sliced-threads:nal-hrd=cbr -tune zerolatency -

상기 테이블의 내용 중 아래 옵션들은 관련된 주요 파라미터 설정에 대한 설명을 포함한다.

-bf set maximum number of B frames between Non B frames (default 0)

-rc-lookahead Number of frames to look ahead for frametype and ratecontrol

-b bitrate video bitrate (pelease use –b:v)

-bufsize set ratecontrol buffer size (in bits)

-g set the group of picture (GOP) size. 999999 is about 44h with 60fps

-maxrate Set maximum bitrate tolerance (in bits/s)

-tune zerolatency

특히, B frame의 사용 여부, bitrate할당 방법의 차이 그리고 GOP 크기등을 통해서 주요한 설정 방법에 대해서도 가늠해 볼 수 있다.

정리하며...

Game Streaming은 이야기 한데로, 표준이 아니면서도 극단적인 스트리밍 요구 사항이 포함되어 있어 매우 흥미롭지만 내용이 많은 내용이 공개 되어 있지 않은 문야이다. 점차 Client의 계산 능력으로는 충분하지 못하고 Cloud에서 힘을 빌려야 하는 응용이 늘어 날 수록 이 기술은 적용 범위가 확대 될 것이므로 기본적인 이해가 필요하다고 생각된다.