JP2001285390A - 非信頼ネットワークにおけるデータ伝送方法及び装置 - Google Patents

非信頼ネットワークにおけるデータ伝送方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 非信頼性帯域限定ネットワーク内でのデータ
伝送をデータが失われても限定帯域幅を有効に利用しな
がら行うことができる方法と装置を提供する。 【解決手段】 データストリームには、予測符号化フレ
ームと内部符号化フレームが含まれている。伝送時にフ
レームを紛失すると、次のパケットがクライアントに正
しく受け取られた時に、クライアントがデータの紛失を
サーバに通知する。その後、サーバは現行の予測符号化
フレームシーケンスの全ての予測符号化フレームを飛ば
し、次の内部符号化フレームから伝送を再開する。好ま
しくは、各パケットに順序番号が割り当てられ、クライ
アントからのメッセージには、受け取られた最新のパケ
ットの順序番号が含まれる。クライアントによる予測符
号化フレーム飛ばし要求が既に実行されている場合に
は、サーバはクライアントのメッセージを無視すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はデータ伝送方法及び
装置に関し、特に無線ネットワーク等非信頼性の帯域限
定ネットワークにおけるビデオ及び／またはオーディオ
ストリーミング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】マルチメディアパケットのデータストリ
ームの例として、ＭＰＥＧストリームがある。ＭＰＥＧ
ストリームはフレームあるいはパケットと呼ばれる単位
ビット列データの流れからなり、サーバからクライアン
トに対してストリーミングされる。ＭＰＥＧストリーム
は、通常、様々なフォーマットの情報を含んでいるの
で、いわゆる内部符号化フレームまたはＩフレームと呼
ばれる独立データと、いわゆる予測符号化フレームまた
はＰフレームと呼ばれる先行データに従属する従属デー
タとからなる混合体である。
【０００３】ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等に格納さ
れたＭＰＥＧファイルはＭＰＥＧ再生装置で再生され
る。ＭＥＰＧ再生装置は、最初にデータを記憶装置から
取り出し、それを圧縮解除して音声及び映像のディジタ
ル信号に復号化した後、その信号をコンピュータシステ
ム等の再生装置上で再生する。選択されたＭＰＥＧ音声
・映像再生ファイルを再生する際、再生ファイルを収め
ているメモリや記憶装置内部の障害（例えば、ディスク
ドライブやＣＤ−ＲＯＭドライブ内の不良セクタ）、デ
ータ経路の誤り、コンピュータシステム出力装置内部の
障害によるデータ伝送誤り等、多くの種類のエラーが発
生する恐れがある。そのため、従来、エラー回復機構を
伴った再生装置が開発されている。米国特許５，７８
４，５２７号には、そのようなＭＰＥＧ再生システムに
おけるエラー取扱い方式が開示されている。すなわち、
エラーが発生すれば、Ｉフレームに達するまで、開示さ
れている回復プロセスの一つにより重要でないフレーム
が飛ばされる。
【０００４】非信頼性帯域限定ネットワーク上のデータ
伝送はＭＰＥＧ再生装置内のエラー回復とは全く異なる
問題である。そのようなネットワークの代表例は無線ネ
ットワークであり、該無線ネットワークは、その特性と
してデータ伝送用の無線伝送路が誤りを犯しやすく、伝
送帯域幅が限定されており、その上、伝送データがネッ
トワークの輻輳のせいで遅延したり、ひいては紛失する
ことがあるために信頼性がない。これは、特にＭＰＥＧ
ファイルのリアルタイムストリーミング再生時には大き
な問題である。
【０００５】図１は従来のビデオストリーミングシステ
ムを示す。ビデオサーバ１１０は非信頼性伝送路１５０
を通じて映像データをビデオクライアント１６０に伝送
する。この目的のために、ビデオサーバ１１０は、映像
源アプリケーション１２０からデータフレームを受け取
る送信バッファ装置１３０を備えている。その後、この
送信バッファ装置１３０では、伝送路アクセス制御装置
１４０の制御により上記データフレームが伝送される。
ビデオクライアント１６０側では、受信バッファ装置１
７０でデータが受け取られ、該装置がデータセグメント
から上記フレームを再構成する。その後、映像フレーム
は、例えば、同様の記憶装置等からなる映像表示アプリ
ケーション１８０に送出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、図２に基づ
き、映像やＭＰＥＧデータを非信頼性伝送路１５０を通
じて伝送する際の上記従来のシステムの問題点をさらに
詳細に説明する。この例では、サーバはＩフレームとＰ
フレームとからなるシーケンスをクライアント側に送
る。説明の都合上、各フレームにはＭＰＥＧストリーム
内の位置を示すフレーム番号（ＦＮ）が付与されてい
る。
【０００７】サーバは、先ず、Ｉフレームを伝送する。
このＩフレームは、一定の遅延時間が経過した後にクラ
イアントに正しく伝送される。２番目のフレームはＰフ
レームであり、先行するＩフレームに従属している。Ｐ
フレームもクライアントに対して正しく伝送される。
【０００８】３番目のフレームもＰフレームであり、し
たがって、このＰフレームは先行するＩフレームと最初
のＰフレームの双方に従属している。図２の例では、フ
レーム番号ＦＮ＝３のＰフレームが、例えばネットワー
ク輻輳のせいでクライアント側で受け取れなくなってい
る。それでも、それ以降のフレームは全く誤りなく伝送
路１５０を通過している。すなわち、サーバは全てのフ
レームを伝送したが、クライアントはフレーム番号ＦＮ
＝１、２、４〜９のフレームを受け取り、フレーム番号
ＦＮ＝３のフレームを受け取らなかった。
【０００９】しかしながら、フレーム番号ＦＮ＝４のＰ
フレームはフレーム番号ＦＮ＝３のＰフレームに従属
し、同じことが次のＩフレームに至るまでの以後の全て
のＰフレームについても言えるので、クライアントはこ
れらのＰフレームを受け取ったにもかかわらず使用する
ことができない。したがって、この従来のシステムは、
多数のフレームを伝送されたけれども使用することがで
きないので、ネットワーク資源の使用率に関して非常に
不十分である。
【００１０】非信頼性伝送路を介したマルチメディアデ
ータのストリーミング方法には、他に、パケット再伝送
方法がある。この方法は伝送路状態不良時のサービス品
質を向上させる一方、ネットワーク内の必要帯域幅と伝
送遅延を増大させる。したがって、帯域幅が限定され誤
りの確率が高いネットワーク内でのリアルタイムのマル
チメディアデータストリーミングには向いていない。こ
のような条件では、再伝送が何度も必要となって、リア
ルタイムの要件をもはや満たすことはできない。
【００１１】したがって、本発明の目的は、非信頼性帯
域限定ネットワーク内でのデータ伝送をデータが失われ
ても限定帯域幅を有効に利用しながら行うことができる
方法と装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的は独立請求項で
定義された本発明にしたがって達成される。
【００１３】本発明によれば、クライアントはパケット
が紛失した場合にサーバに通知する。したがって、本発
明はクライアントからストリーミング側のサーバに対し
てフィードバックを行うので、サーバが紛失したＰフレ
ームまたはＩフレームに従属する全てのパケットを飛ば
すことができる。このことは、その時点においてネット
ワーク内で別の用途に利用可能であったり、パケット紛
失が発生したデータストリームのスループットを向上さ
せるのに利用可能な帯域幅を節約できるという点で有利
である。
【００１４】さらに、本発明は、再生システム分野のみ
で公知であったネットワーク内の技術を採用して遠隔デ
ータ源とのフィードバック対話を実現するという点でも
有利である。
【００１５】本発明の好ましい実施形態は従属請求項で
定義されている。
【００１６】各パケットに順序番号を割り当てれば、フ
レーム制御機能を向上させることができるので有利であ
る。さらに、現行パケットの順序番号を非受領コマンド
に組み込むことにより、サーバがネットワーク内の信号
遅延を考慮することが可能になる。これにより、ストリ
ーミングシステムの信頼性を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１８】図３に示すように、本発明の好ましい実施
形態にかかるビデオストリーミングシステムは、ビデオ
サーバ１１０と、非信頼性伝送路１５０を介して通信を
行うビデオクライアント１６０とを備えている。本実施
形態の伝送路は無線伝送路である。図１のビデオストリ
ーミングシステムと異なり、ビデオクライアント１６０
はフレームが欠けていることを検出する紛失検出装置２
４０を備えている。さらに、ビデオクライアント１６０
は、伝送路アクセス制御装置２６０に制御されパケット
が紛失した場合に非受領（ＮＡＣＫ）パケットを紛失検
出装置２４０からビデオサーバ１１０に送出する送信バ
ッファ装置２５０を備えている。ビデオサーバ１１０
は、送信バッファ装置１３０に接続された伝送制御装置
２１０にアクセスできるとともにビデオクライアント１
６０から非受領パケットを受け取る受信バッファ装置２
３０を備えている。
【００１９】図３のビデオストリーミングシステムの動
作を図４に基づいて詳細に説明する。図４は本発明にか
かるメッセージシーケンス図を示す。最初に、Ｉフレー
ムがサーバからクライアントに送出される。図４の例で
は、Ｉフレームには順序番号ＳＮ＝０が割り当てられて
おり、クライアントはこの情報を読み取ることができ
る。Ｉフレームはクライアントに正しく受け取られるの
で、表示目的のために使用することができる。
【００２０】サーバに伝送される２番目のフレームはＰ
フレームであり、したがって先行するＩフレームに従属
している。Ｐフレームには順序番号ＳＮ＝１が与えられ
ており、同様にクライアントに正しく受け取られる。
【００２１】その次のＰフレームは順序番号ＳＮ＝２を
有しており、伝送中に紛失されている。すなわち、クラ
イアントはこのＰフレームを受け取ることができない。
【００２２】図４の例では、図２の例によるごとく、４
番目のフレームは再びＰフレームであり、サーバから伝
送されてクライアントに正しく受け取られる。クライア
ントは、その順序番号を評価する際に、順序番号ＳＮ＝
２を有する先行のＰフレームが欠けていることに気付く
ことになる。その後、クライアントは受け取った最新の
パケットの順序番号ＳＮ＝３を含んだ非受領コマンドを
生成し、この非受領パケットをサーバに送り返してパケ
ット紛失を通知する。
【００２３】図４から分かるように、接続の伝送遅延の
せいで、非受領パケットはＳＮ＝４である次のＰフレー
ムの送出時より遅れてサーバに受け取られる。したがっ
て、このＰフレームは通常どおりにサーバによって伝送
される。
【００２４】クライアントがＳＮ＝４のＰフレームを受
け取ると、その順序番号を評価し、順序番号ＳＮ＝４を
含んだ非受領パケットを生成して送り返す。この２番目
の非受領パケットの送出は、伝送遅延を補整するのに適
しているのみならず、非信頼性ネットワークにおいて例
えばネットワーク輻輳のせいで最初の非受領パケットも
破壊された場合でさえ考慮に入れることができる。
【００２５】最初の非受領パケットを受け取ったサーバ
はフレームがクライアントに受け取られなかったことを
知らされる。クライアントはそれ以降のＰフレームを使
用できないので、サーバはこれらのフレームを飛ばし、
次のＩフレームで伝送を再開する。後に順序番号ＳＮ＝
５が与えられるこのフレームは、図２において説明の都
合上フレーム番号ＦＮ＝８を有していたＩフレームに相
当する。
【００２６】２番目の非受領パケットを受け取ると、サ
ーバはその順序番号を評価することによってこのコマン
ドがＦＮ＝６および７の両Ｐフレームを飛ばすことによ
り既に実行されているものと判定する。したがって、サ
ーバは２番目の非受領パケットを無視し、次のＩフレー
ムまでの全てのＰフレームを再度飛ばすのではなく、引
き続き次のＦＮ＝１０のＰフレームを伝送する。
【００２７】ビデオストリームを送出するプロセスを図
５に基づいて説明する。
【００２８】ビデオサーバ１１０の伝送制御装置２１０
がステップＳ５１０で映像源アプリケーション１２０か
らフレームを受け取り、ステップＳ５２０でこのフレー
ムに順序番号を割り当てる。この順序番号は、例えば、
フレームのヘッダに含まれるメタ情報に追加されてもよ
い。しかしながら、当業者なら理解できるように、パケ
ットに順序番号を追加する他のあらゆる種類の方法を同
様にして適用することも可能である。
【００２９】その後、ステップＳ５３０で、ビデオクラ
イアントから非受領パケットを受け取ったか否かを判定
する。そうでない場合は、プロセスはステップＳ５７０
でフレームを送信バッファ装置１３０に送出し、ステッ
プＳ５１０に戻って映像源アプリケーション１２０から
次のフレームを受け取る。
【００３０】しかしながら、ステップＳ５３０で受信バ
ッファ装置２３０が非受領コマンドを受け取った場合
は、ステップＳ５４０で伝送制御装置２１０によりその
非受領コマンドが既に実行されたか否かが判定される。
非受領コマンドが既に実行された場合は、プロセスはス
テップＳ５７０で現行フレームを送信バッファ１３０に
送出し、ステップＳ５１０に復帰する。
【００３１】もし非受領パケットが現行のＰフレームシ
ーケンスの内で受け取られた最初のものであれば、ステ
ップＳ５４０でビデオサーバ１１０によりその非受領コ
マンドを無視すべきではないと判定され、ステップＳ５
５０から処理が再開される。このステップでは、伝送制
御装置２１０が映像源アプリケーション１２０からの次
のＩフレームを待つことにより、現行Ｐフレームシーケ
ンスの残りのＰフレームを読み飛ばす。その後、プロセ
スは、ステップＳ５６０で受け取られたＩフレームに順
序番号を割り当て、ステップＳ５７０でそのＩフレーム
を伝送した後、ステップＳ５１０に戻ってそれに続くＰ
フレームの伝送を継続する。
【００３２】ビデオクライアント１６０でビデオストリ
ームを受け取るプロセスを図６に基づいて説明する。ス
テップＳ６１０でフレームが受け取られた後、ステップ
Ｓ６２０でそのフレームの順序番号が明らかにされ評価
される。順序番号の評価時に、先行フレームの一つが欠
けていると判定された場合は（ステップＳ６３０）、紛
失検出装置２４０の動作により制御がステップＳ６４０
に渡される。ステップＳ６４０において受け取られた最
新のデータフレームがＩフレームであると判定した場合
は、プロセスは、ステップＳ６６０でそのフレームを映
像表示アプリケーション１８０に送出し、ビデオサーバ
にデータフレームの紛失を通知する必要がないので、ス
テップＳ６１０に戻る。そうでなければ、ステップＳ６
７０で紛失検出装置２４０がステップＳ６２０で明らか
にされた順序番号を含んだ非受領パケットを生成する。
その後、ステップＳ６８０で、伝送路アクセス制御装置
２６０の制御により、送信バッファ装置２５０が生成さ
れた非受領パケットを伝送路１５０を介してビデオサー
バ１１０に送り返す。
【００３３】ステップＳ６３０でフレームが欠けていな
いと判定されると、ビデオクライアント１６０によって
データストリームにフレームが追加され、ステップＳ６
４０でそのフレームが映像表示アプリケーション１８０
に送出される。その後、図６のプロセスはステップＳ６
０１に戻り、ビデオサーバ１１０から次の映像フレーム
を受け取る。
【００３４】本発明の好ましい実施形態は映像データを
ストリーミングする場合について説明したが、当分野の
技術者なら分かるように、別の好ましい実施形態とし
て、音声データをストリーミングする場合を別途あるい
はさらに注目してもよい。データストリームとしては、
ＭＰＥＧデータストリームが好ましい。
【００３５】さらに、本発明の好ましい実施形態として
無線ネットワーク内で動作するものを説明したが、無線
ネットワークには、無線周波数通信やコードレス通信
等、電磁波によりデータを空間伝送するあらゆる種類の
ネットワークが含まれる。しかしながら、本発明を、他
のあらゆる種類の非信頼性伝送路によるデータ伝送に同
様に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のビデオストリーミングシステムを示す
図。
【図２】図１のビデオストリーミングシステムの動作を
説明するメッセージシーケンス図。
【図３】本発明の好ましい実施形態にかかるビデオスト
リーミングシステムを示す図。
【図４】本発明の好ましい実施形態にかかるビデオスト
リーミングシステムの動作を説明するメッセージシーケ
ンス図。
【図５】本発明の好ましい実施形態にかかるビデオスト
リーム送出プロセスを説明するフロー図。
【図６】本発明の好ましい実施形態にかかるビデオスト
リーム受取プロセスを説明するフロー図。
【符号の説明】
１１０ ビデオサーバ １２０ 映像源アプリケーション １３０ 送信バッファ装置 １４０ 伝送路アクセス制御装置 １５０ 非信頼性伝送路 １６０ ビデオクライアント（遠隔クライアン
ト） １７０ 受信バッファ装置 １８０ 映像表示アプリケーション ２１０ 伝送制御装置 ２３０ 受信バッファ装置 ２４０ 紛失検出装置 ２５０ 送信バッファ装置 ２６０ 伝送路アクセス制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カールステン バーマイスター ドイツ国 ランゲン 63225 モンツァシ ュトラーセ ４シー パナソニックヨーロ ピアンラボラトリーズ ゲーエムベーハー 内 (72)発明者 トーマス ヴィーブケ ドイツ国 ランゲン 63225 モンツァシ ュトラーセ ４シー パナソニックヨーロ ピアンラボラトリーズ ゲーエムベーハー 内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非信頼性ネットワーク内で、映像および
    ／または音声データを予測符号化フレームと内部符号化
    フレームを含む複数のデータフレームからなるデータス
    トリームの形でサーバからクライアントに伝送する方法
    であって、 上記クライアントから上記非信頼性ネットワークを通じ
    て送出されデータフレームが欠けていることを示すメッ
    セージを上記サーバで受け取る工程と、 上記データストリームの伝送を次の内部符号化フレーム
    から再開し、該内部符号化フレームまでの予測符号化フ
    レームを飛ばす工程とを備えているデータ伝送方法。
  2. 【請求項２】 各データフレームに順序番号を割り当て
    る工程をさらに備えている請求項１記載のデータ伝送方
    法。
  3. 【請求項３】 上記クライアントからのメッセージはク
    ライアントが正しく受け取った最後のデータフレームの
    順序番号を含んでいる請求項２記載のデータ伝送方法。
  4. 【請求項４】 サーバが同じデータフレームの紛失に関
    して以前の対応するメッセージをクライアントから既に
    受け取っている場合に上記クライアントからのメッセー
    ジを無視する工程をさらに備えている請求項１ないし３
    のいずれかに記載のデータ伝送方法。
  5. 【請求項５】 上記データフレームはＭＰＥＧフレーム
    である請求項１ないし４のいずれかに記載のデータ伝送
    方法。
  6. 【請求項６】 上記非信頼性ネットワークは無線ネット
    ワークである請求項１ないし５のいずれかに記載のデー
    タ伝送方法。
  7. 【請求項７】 非信頼性ネットワーク内で、映像および
    ／または音声データを予測符号化フレームと内部符号化
    フレームを含む複数のデータフレームからなるデータス
    トリームの形で遠隔クライアントに伝送する装置であっ
    て、 上記クライアントから上記非信頼性ネットワークを通じ
    て送出されデータフレームが欠けていることを示すメッ
    セージを受信する装置と、 上記データストリームの伝送を次の内部符号化フレーム
    から再開し、該内部符号化フレームまでの予測符号化フ
    レームを飛ばす制御装置とを備えているデータ伝送装
    置。
  8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかに記載の方
    法を実行するよう構成されている請求項７記載のデータ
    伝送装置。
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