JP2003244695A - 映像情報伝送方式、それに用いられる装置およびプログラム - Google Patents

映像情報伝送方式、それに用いられる装置およびプログラム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MPEG等のデジタル映像をQoS非保証のIPネッ
トワーク上で輻輳制御しながら効率的かつ映像品質劣化
を抑えながらリアルタイム伝送するための映像情報伝送
装置を提供すること。 【解決手段】 送信側の送出制御部13は、ネットワーク
の輻輳情報に応じたビットレートフィードバック情報を
リアルタイムエンコーダ12に出力し、送出ビットレート
をネットワークの輻輳情報に応じた値に変更制御する。
ビットレートフィードバック情報は、送信側でネットワ
ークの輻輳情報に基づいて求めるか、受信側で求めてフ
ィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、映像情報伝送方
式、それに用いられる装置およびプログラムに関し、特
に、QoS（quality of service）非保証のネットワーク
上で輻輳制御することにより、映像品質の劣化を抑えな
がら効率的にライブ映像などの映像情報をリアルタイム
伝送する映像情報伝送方式、それに用いられる装置およ
びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】インターネットを始めとするQoS非保証
のIPネットワークでは、伝送帯域や伝送エラーレート、
ジッタなどが時間とともに変動するため、映像や音声情
報のような連続メディアを圧縮伝送して連続再生する場
合、品質劣化が生じてしまいスムーズな再生が困難な場
合が多い。
【０００３】図１４は、従来の映像情報伝送装置を示す
機能ブロック図である。同図において、送信側では、カ
メラ141から入力した映像情報をリアルタイムエンコー
ダ142において固定の送出ビットレートで逐次圧縮処理
し、送信制御部143においてパケッタイズした後、IPネ
ットワーク140に送出する。
【０００４】一方、受信側では、ネットワーク140から
のパケットを受信制御部144でリアルタイム受信し、パ
ケットのリアセンブルを行った後、リアルタイムデコー
ダ145においてデコードし、再生表示部146において再生
表示する。
【０００５】この場合、ネットワーク140の状態が変化
し、その帯域が減少した場合でも送信側は、その帯域以
上の固定の送出ビットレートでデータを伝送し続けるた
め、ネットワークの輻輳を招き、パケット伝播遅延の増
大およびパケットロス誘発により受信側での再生品質の
劣化が顕著に現れるという問題点がある。
【０００６】この問題点に対し、受信側でのパケットロ
ス率がある閾値を越えた場合、その越えた割合に応じて
送出ビットレートを低下させる対処方法が、「J.C.Bol
t, T.Turletti,“Scalable feedback control for mult
icast video distribution inthe Internet”, ACM Pro
c. Sigcomm, pp.58-67, London, UK, Sept. 1994.」や
「I.Busse, B.Deffner, H.Schulzrinne,“Dynamic QoS
Control of Multimedia Application based on RTP”,
ACM Computer Communications, Jun.1996.」に記載され
ている。しかしながら、この対処方法ではパケットロス
が発生して再生品質劣化が起こるまで送出ビットレート
の制御が行われないという問題点がある。さらに、パケ
ットロスの原因がネットワーク上のゲートウェイにおけ
るバッファ溢れにある場合、この対処方法ではネットワ
ーク上のバッファが一杯になるまで送出ビットレートを
上昇させてしまうため、ネットワークバッファのサイズ
分だけ必ず遅延が発生してしまうという問題点もある。
【０００７】また、ネットワークスイッチのキュー長を
フィードバックして伝送遅延の増減を予測し、輻輳制御
する対処方法が、「H.Kanakia, P.Mishra, A. Reibman,
“An adaptive congestion control scheme for real-
time packet video transport”, ACM Proc. Sigcomm,
pp.20-31, Sep. 1993.」に記載されている。しかしなが
ら、この対処方法では各ネットワークスイッチがキュー
長情報をフィードバックする仕組みが必要となり、実装
が複雑になるばかりか、IETFのRFC1889で標準化されて
いるRTP(real-time transport protocol)／RTCP(RTP co
ntrol protocol)といった標準プロトコルを用いて実現
することができないという問題点がある。
【０００８】さらに、ネットワークバッファ値を目標値
に近づけることにより輻輳制御ならびに伝送遅延の固定
化を行う対処方法が、「矢野他、“連続メディアのリア
ルタイム転送に適したラウンドトリップ時間に基づくレ
ート制御法”、IN98-23, CS98-23, MVE98-23, pp.85-9
0, Apr. 1998」に記載されている。しかしながら、この
対処方法では、目標バッファ値の最適な設定が困難であ
るばかりか、ネットワークの帯域が変動する度ごとに目
標バッファ値を設定し直す必要がある。また、仮に目標
バッファ値を固定して制御を行った場合、例えば帯域が
半分になった場合には、遅延は２倍に増加してしまうと
いう問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来技術の問題点を解決するものであり、ネットワークの
輻輳状態を、例えば、映像情報の受信状況をモニタする
ことにより判定し、この判定結果に基づいて送信側にお
ける映像情報の送出を制御することにより、QoSの保証
されないネットワークでもライブ映像などのリアルタイ
ム圧縮映像情報をスムーズかつ高品質で伝送および再生
することができる映像情報伝送方式、それに用いられる
装置およびプログラムを提供することを目的とするもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を達成
するために、映像情報伝送方式における送信側が、圧縮
された映像データをフレーム単位もしくは小領域の符号
化単位でパケット化して送出する送出手段と、ネットワ
ークの輻輳情報を用いて前記送出手段における送出を制
御する送出制御手段とを備えた点に第１の特徴がある。
【００１１】また、本発明は、前記ネットワークの輻輳
情報が、ネットワークを介して外部から入力される点に
第２の特徴がある。
【００１２】また、本発明は、前記送出制御手段が、送
出ビットレートを時間的に変更することにより前記送出
を制御する点に第３の特徴がある。
【００１３】また、本発明は、映像情報伝送方式におけ
る受信側が、受信した映像データのパケットからネット
ワークの輻輳情報を取得する輻輳情報取得手段と、前記
ネットワークの輻輳情報を送信側に送出する輻輳情報送
出手段とを備えた点に第４の特徴がある。
【００１４】また、本発明は、前記輻輳情報送出手段
が、RFC1889記載のRTCP(RTP ControlProtocol)を用いて
前記ネットワークの輻輳情報を送出する点に第５の特徴
がある。
【００１５】また、本発明は、映像情報伝送方式におけ
る送信側が、圧縮された映像データをフレーム単位もし
くは小領域の符号化単位でパケット化してデータ送出す
る送出手段と、ネットワークを介して外部から入力され
る送出ビットレートに従って送出ビットレートの制御を
行う送出制御手段とを備えた点に第６の特徴がある。
【００１６】また、本発明は、映像情報伝送方式におけ
る受信側が、受信した映像データのパケットからネット
ワークの輻輳情報を取得する輻輳情報取得手段と、前記
輻輳情報取得手段により取得したネットワークの輻輳情
報を用いて送出ビットレートを決定する送出ビットレー
ト決定手段と、前記送出ビットレート決定手段により決
定した送出ビットレートを送信側に送出する送出ビット
レート送出手段とを備えた点に第７の特徴がある。
【００１７】また、本発明は、前記ネットワークの輻輳
情報が、少なくともネットワークジッタあるいはパケッ
トロス率を含む点に第８の特徴がある。
【００１８】また、本発明は、前記ネットワークの輻輳
情報が、パケットロス率によるネットワークゲートウェ
イ上でのキュー溢れ検出処理とネットワークジッタの変
動値の閾値処理による伝播遅延の増大検出処理とによ
り、数段階の輻輳レベルにカテゴライズされ、ネットワ
ークの輻輳状態が判断される点に第９の特徴がある。
【００１９】また、本発明は、前記パケットロス率が、
一定時間間隔で測定される点に第１０の特徴がある。
【００２０】また、本発明は、前記パケットロス率が、
送信または受信開始から現時点までの時間間隔で測定さ
れる点に第１１の特徴がある。
【００２１】また、本発明は、前記ネットワークの輻輳
状態の判断の結果が、それに応じて送出ビットレートを
上下させて輻輳回避を行いながら送出を制御するために
供される点に第１２の特徴がある。
【００２２】また、本発明は、前記ネットワークの輻輳
状態の判断の結果が、パケットロス率の度合いを含み、
前記パケットロス率の度合いは、それに応じて送出ビッ
トレートの下げ幅を調節するために供される点に第１３
の特徴がある。
【００２３】また、本発明は、前記ネットワークの輻輳
状態の判断の結果が、ネットワークジッタの変動値の度
合いを含み、前記ネットワークジッタの変動値の度合い
は、それに応じて送出ビットレートの下げ幅を調節する
ために供される点に第１４の特徴がある。
【００２４】また、本発明は、輻輳が極めて僅かであっ
て、前記ネットワークジッタの変動値がある閾値以下か
つパケットロス率がある閾値以下の場合にのみ送出ビッ
トレートの上昇が指示される点に第１５の特徴がある。
【００２５】また、本発明は、前回送出ビットレートが
下げられてから一定時間経過後にはじめて送出ビットレ
ートの上昇が指示されて送出ビットレートの安定制御が
行われる点に第１６の特徴がある。
【００２６】さらに、本発明は、入力されたネットワー
クの輻輳情報を閾値と比較し、少なくともネットワーク
に極度な輻輳が起こっているか、僅かな輻輳が起こって
いるか、回復傾向あるいは回復状態にあるかを判定する
手順と、ネットワークに極度な輻輳が起こっていると判
定された場合には、第１の割合により送出ビットレート
を低下させる手順と、ネットワークに僅かな輻輳が起こ
っていると判定された場合には、第２の割合により送出
ビットレートを低下させる手順と、ネットワークが輻輳
状態から回復傾向あるいは回復状態にあると判定された
場合には、送出ビットレートを第３の割合により上昇さ
せる手順とを、映像情報伝送方式におけるコントロール
信号を受信する送信制御タイミング毎にコンピュータに
実行させるためのプログラムである点に第１７の特徴が
ある。
【００２７】第１ないし第１７の特徴によれば、ネット
ワークの輻輳状態に応じて映像情報の送出を制御するこ
とができ、QoSの保証されないネットワークでもライブ
映像などのリアルタイム圧縮映像情報をスムーズかつ高
品質で伝送および再生することができる。
【００２８】また、第５の特徴によれば、インターネッ
ト標準によりネットワークの輻輳情報を送出することが
できる。
【００２９】また、第７の特徴によれば、受信側で送出
ビットレートを決定して送信側にフィードバックするの
で、各種輻輳情報をフィードバックする場合に比較して
フィードバックする情報量を減らすことができ、ネット
ワークを有効に利用することができる。
【００３０】また、第９および第１２の特徴によれば、
ネットワークの輻輳情報を数段階の輻輳レベルにカテゴ
ライズして輻輳状態を判断するので、処理が簡単にな
り、高速化処理が可能になる。
【００３１】また、第１５の特徴によれば、ネットワー
クの輻輳が回復傾向あるいは回復状態にある場合に送出
ビットレートを上昇させて映像情報を効率的に伝送する
ことができる。
【００３２】また、第１６の特徴によれば、スロースタ
ート制御により輻輳状態の再来や伝送ビットレートの大
幅な振動を防止することができる。
【００３３】さらに、第１７の特徴によれば、コンピュ
ータへのプログラムのインストールにより容易に映像情
報の伝送制御を行うことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の一実施態様を示す機能
ブロック図であり、図示都合上、Ａ点を境にして
（ａ）、（ｂ）に分割して示している。同図（ａ）の送
信側において、カメラ11から入力された映像情報は、リ
アルタイムエンコーダ12において送信制御部13により指
定された送出ビットレートでリアルタイムエンコードさ
れる。リアルタイムエンコーダ12における送出ビットレ
ートは、送信制御部13からのビットレートフィードバッ
ク情報により指定される。リアルタイムエンコーダ12に
より送出ビットレートで符号化されて圧縮された映像デ
ータは、送信制御部13においてパケットロス時でもその
位置から再同期復号可能なフレーム単位もしくはスライ
ス単位でパケッタイズされた後、ネットワーク10に送出
される。
【００３５】この送出のデータフォーマットは、送信し
たパケットの順序ならびに再生タイミングが受信側で分
かるようにパケット毎にシリアル番号が付与され、その
パケットに含まれるデータの再生タイミングを表すタイ
ムスタンプも同様に付与されたものとなっている。各送
出パケットにシリアル番号ならびにタイムスタンプを格
納したフォーマットの一例として、図２に示すRFC1889
準拠のRTP(Real-time Transport Protocol)データフォ
ーマットが挙げられ、送信制御部13より、例えばこのフ
ォーマットに従った映像データパケットが送出される。
なお、図２の「シーケンス番号」がシリアル番号に相当
するものである。
【００３６】ネットワーク10により伝送された映像デー
タパケットは、図１（ｂ）の受信側の受信制御部14によ
り受信される。受信制御部14において、受信した映像デ
ータパケットに格納されているシリアル番号に基づいて
映像データパケットのロスや到着順序入替り、重複受信
などのイレギュラーな映像データパケットの受信状況が
検出される。また、再生タイミングを表すタイムスタン
プに基づいて受信された映像データパケットが再生時刻
に間に合っているかどうかの判定が行われ、間に合って
いないと判定された場合には該映像データパケットはロ
スと見なされて捨てられる。
【００３７】再生時刻に間に合ったと判定された映像デ
ータパケットからは、そのペイロード内に格納されてい
る映像データが取り出される。この映像データは、タイ
ムスタンプと共にリアルタイムデコーダ15に渡されてリ
アルタイムでデコードされた後、タイムスタンプに従っ
て再生表示部16において再生表示される。なお、ロスお
よびロスとみなされたパケットの映像データは、再生表
示部16においてフレーム間補間もしくはフレーム内補間
により生成され、この生成された映像データがシーケン
ス番号の並びから予測された表示タイミングで再生表示
される。
【００３８】受信側において受信されたパケットが再生
時刻に間に合っているかどうかの具体的な判定手法の一
例を以下に示す。まず、下記（１）式により、受信され
た映像データパケットの再生時刻{PT0, PT1, PT2, PT3,
・・・, PTn}を求める。これは、受信された映像デー
タパケットに付与されているタイムスタンプ{TS0, TS1,
TS2, TS3, ・・・, TSn}を、最初に到着した映像デー
タパケットのタイムスタンプ値を基準時刻0[ms]として
換算することを意味する。
【００３９】次に、下記（２）式により、映像データパ
ケットが受信された時点のローカルクロックによる受信
時刻{CKRT0, CKRT1, CKRT2, CKRT3, ・・・, CKRTn}
を、最初に到着したパケットの受信時刻を基準時刻0[m
s]として換算した受信時刻{RT0,RT1, RT2, RT3, ・・
・, RTn}を求め、続いて、下記（３）式により（１）式
および（２）式で求めた時刻の差PRDIFFk｛k=0,1,2,・
・,n｝を求める。
【００４０】これら時刻の差PRDIFFk｛k=0,1,2,・・,
n｝が0以上であれば、受信された映像データパケットは
再生時刻に間に合っていると判定され、一方、0未満
（マイナス値）であれば間に合っていないと判定され
る。なお、受信された映像データパケットは、再生時刻
に間に合っていると判定された場合には、その後の復号
および再生処理に渡され、間に合っていないと判定され
た場合には、パケットロスとみなされて復号および再生
処理には渡されない。上記説明したTSk，CKRTk，PTk，R
Tkの関係を図３に示す。
【００４１】 PTk = TSk - TS0 ｛k=0,1,2,・・,n｝ ・・・（１） RTk = CKRTk - CKRT0 ｛k=0,1,2,・・,n｝ ・・・（２） PRDIFFk = PTk - RTk ｛k=0,1,2,・・,n｝ ・・・（３）
【００４２】ここまでは映像情報の圧縮伝送および受信
再生について説明したが、送信制御部13からは、映像デ
ータパケット以外に、ネットワークの品質パラメータを
測定し輻輳状態を判定するために、コントロール信号SR
（Sender Report）パケット（以下、SRパケットとい
う。）が送出される。このSRパケットは、送信制御部13
から図１（ｂ）の受信側の受信制御部14に対して定期的
に送出される。
【００４３】SRパケットのフォーマット中には送信した
時の時刻情報（送信タイムスタンプ）が含まれており、
このフォーマットとしては、例えば、例えば、図４に示
すRFC1889準拠のSR：Sender report RTCP Packetのデー
タフォーマットを用いることができる。
【００４４】また、受信制御部14からも送信制御部13に
対してコントロール信号RR（Receiver Report）パケッ
ト（以下、RRパケットという。）が定期的に送出され
る。このRRパケットのフォーマット中には、それまで受
信されたSRパケットの中で最新のSRパケット中に含まれ
ていた送信タイムスタンプ情報および受信側がSRパケッ
トを受信してからRRパケットを送信するまでの経過時間
情報が格納される。RRパケットのフォーマットとして
は、例えば、図５に示すRFC1889準拠RTCP(RTP Control
Protocol)のRRフォーマットを用いることができる。
【００４５】RRパケットを受信した送信制御部13におい
て、コントロール信号パケット（SRパケット、RRパケッ
ト）の往復伝播遅延（ラウンドトリップタイム）を下記
（４）式により求めることができる。
【００４６】 Trnd = (Trcv - Tsnd) - Tstay ・・・（４） ここで、 Trnd：コントロール信号パケットの往復伝播遅延 Trcv：送信制御部が最新のRRパケットを受信した時刻 Tsnd：送信制御部が最新のSRパケットを送信した時刻
（RRパケットに格納されている送信タイムスタンプ情
報） Tstay：受信制御部が最新のSRパケットを受信してからS
Rパケットを送信するまでの時間（RRパケットに格納さ
れている経過時間情報） である。
【００４７】また、RRパケットのフォーマット中には、
受信制御部14で受信された映像データパケットに関する
パケットロス率と伝播遅延のゆらぎを表すジッタ情報な
どのネットワークの輻輳情報も格納される。ｎ番目に伝
送されるRRパケットに含まれるパケットロス率およびジ
ッタは、受信制御部14において、例えば、下記（５）、
（６）および（７）式により求めることができる。
【００４８】 PLRn = TRUNC (Nloss-n / Nrcv-n * 256) ・・・（５） Jn = Jn-1 + (|D| - J n-1)/16 ・・・（６） D = (CKRTk - TSk) - (CKRTk-1 - TSk-1) ・・・（７） ここで、 PLR：映像データパケットのパケットロス率 TRUNC：少数点以下を切り捨てることを意味する Nloss：前回RRパケットを送出してから今回RRパケット
を送出するまでの間の映像データパケットロス数 Nrcv：前回RRパケットを送出してから今回RRパケットを
送出するまでの間に受信した全映像データパケット数 Jn：ｎ番目のジッタ Jn-1：ｎ−１番目のジッタ D：映像データパケットの伝播遅延の差 CKRTk：最後に受信された映像データパケットの受信時
刻 TSk：最後に受信された映像データパケットに含まれて
いるタイムスタンプ（送信時刻に相当） CKRTk-1：最後から１つ前に受信された映像データパケ
ットの受信時刻 TSk-1：最後から１つ前に受信された映像データパケッ
トに含まれているタイムスタンプ（送信時刻に相当） である。
【００４９】なお、パケットロス率PLRは、NlossとNrcv
の代わりに伝送開始時から現在までの積算の映像データ
パケットロス数と受信された全映像データパケット数を
用いて求めることもできる。
【００５０】受信側の受信制御部14から送出されたRRパ
ケットを受信した送信制御部13は、その中に格納されて
いるパケットロス率と伝播遅延のゆらぎを表すジッタ情
報に基づいてネットワークの輻輳状態を判定し、この判
断結果を用いて輻輳回避のための送出ビットレートを決
定する。この送出ビットレートは、ビットレートフィー
ドバック情報としてリアルタイムエンコーダ12にフィー
ドバックされ、リアルタイムエンコーダ12での符号化ビ
ットレートが制御される。
【００５１】次に、パケットロス率と伝播遅延のゆらぎ
を表すジッタ情報に基づくネットワークの輻輳状態の判
定およびこの判定結果による輻輳回避のための送出ビッ
トレートの決定について具体的に説明する。
【００５２】まず、ネットワークの伝送帯域が変化した
場合にジッタ、ジッタの差分絶対値、パケットロス率に
どのような推移がみられるかの予備実験の結果を図６に
示す。図６より、受信時刻(ReceiveTime)が全体の３/４
程度のところで、伝送帯域（BnadWidth）が送出ビット
レート(EncodeRate)を下回ると、それまで０で推移して
いたパケットロス率(PacketLossRate)が大幅に増加して
いることが分かる。これは、極度な輻輳状態に陥ってい
ると考えられる。
【００５３】そしてパケットロス率が増加し始める手前
でジッタ（Jitter）、ジッタの差分絶対値（JitterDif
f）の値が増大しているのが分かる。これは、ネットワ
ーク上のルータ内などに存在するキューが一杯に近づき
映像データパケットの伝播遅延が増大しつつあることを
示しており、パケットロスが発生する手前の中程度の輻
輳状態と考えられる。
【００５４】この予備実験の結果は、パケットロス率と
ジッタの差分絶対値とを用いてネットワークが現在どの
状態にあるのかを判定することができることを示してお
り、本例では、この判定によりネットワークの輻輳状態
を以下のようにCase1からCase５までモデル化し、送出
ビットレートを決定している。なお、ここでジッタの差
分絶対値を用いたのは、ジッタに比べて閾値設定が容易
になるためである。 Case１：極度の輻輳が起こっている場合 Case２：中程度の輻輳が起こっている場合 Case３：僅かな輻輳が起こっている場合 Case４：輻輳が極めて僅かであり、回復傾向にある場合 Case５：輻輳を回避した場合
【００５５】図７は、ネットワークの輻輳状態の判定と
送出ビットレート（伝送ビットレート）の決定を含む送
信制御アルゴリズムを示すフローチャートである。な
お、図７で用いている各種パラメータの意味内容を図８
に示している。
【００５６】まず、S19において、設定可能なビットレ
ートのMIN／MAX値などのパラメータ初期値の設定を行
う。次にS20においてパケットロス率を閾値εと比較
し、極度の輻輳が起こっているかどうかの判定を行う。
この判定がNoの場合、次の判定S21に遷移し、Yes（Case
1）の場合には、Ｓ25において現在の伝送ビットレートr
ateをパケットロス率に応じて下げる。なお、この際、
伝送ビットレートrateが極端に下がらないように限度ra
te_minを設けている。以下のS26、S27でも同様である。
また、state_congパラメータに１を代入すると同時に極
度な輻輳の後すぐにレートを上げないようにヒステリシ
スパラメータkeep_countに、例えば10〜20程度の値Ｎを
代入してS24において次の制御タイミングを待つ。
【００５７】Case1にあてはまらなかった場合（S20での
判定がNoの場合）には、S21においてジッタ差分絶対値
を閾値βと比較し、中程度の輻輳が起こっているかどう
かの判定を行う。この判定がNoの場合、次の判定S22に
遷移し、Yes（Case2）の場合には、S26において伝送ビ
ットレートrateをパラメータBで指定される値で除する
ことにより下げ、state_congパラメータに１を代入して
S24において次の制御タイミングを待つ。
【００５８】Case２にあてはまらなかった場合（S21で
の判定がNoの場合）には、S22においてジッタ差分絶対
値を閾値α（＜β）と比較し、僅かな輻輳が起こってい
るかどうかの判定を行う。この判定がNoの場合、次の判
定S23に遷移し、Yes（Case３）の場合には、S27におい
て伝送ビットレートrateをパラメータA（＜B）で指定さ
れる値で除することにより下げ、state_congパラメータ
に１を代入してS24において次の制御タイミングを待
つ。
【００５９】Case3にあてはまらなかった場合（S22での
判定がNoの場合）には、S23においてジッタ差分絶対値
と閾値α／２とを比較し、また、パケットロス率と閾値
δとの比較を行う、この比較においてジッタ差分絶対値
が閾値α／２より小さい、あるいはパケットロス率が閾
値δより小さい場合（Yes）には、輻輳が極めて僅か、
あるいは回避されたと判定できる。この判定がNoの場
合、どちらとも言えない場合と判定してS24に遷移して
次の制御タイミングを待つ。
【００６０】Yesの場合には、S28 のkeep_count値の判
定に遷移する。この判定において、Keep_countを１マイ
ナスした後の値が0より大きい場合には、伝送ビットレ
ートを上げるのをやめS24に遷移して次の制御タイミン
グを待つ。このループは、輻輳が極めて僅か、あるいは
回避されたとしてもＮの値に応じた一定時間は送出ビッ
トレートをそのまま保つためのものである。また、0以
下の場合には、S29において前回輻輳していたかの判定
をstate_congを用いて行う。
【００６１】この判定がYesの場合（Case４）には、S30
において伝送ビットレートrateを前回輻輳時の伝送ビッ
トレートと現在の伝送ビットレートの中間値に設定した
後、state_congに0を代入し、S24に遷移して次の制御タ
イミングを待つ。なお、この際、伝送ビットレートrate
が極端に上がらないように限度rate_maxを設けている。
以下のS31でも同様である。
【００６２】S29での判定がYESの場合（Case５）には、
S31において伝送ビットレートrateをｂ倍し、S24に遷移
して次の制御タイミングを待つ。この時点で初めて前回
輻輳時の伝送ビットレートを越えた設定の可能性を与え
ている。すなわち、伝送ビットレートを上昇させる際、
TCP制御でも用いられているスロースタート制御を用い
て輻輳状態の再来や伝送ビットレートの大幅な振動を防
止するようにしている。
【００６３】また、本例のように、極度の輻輳が起こっ
ている場合、伝送ビットレートをパケットロス率に応じ
て下げ、それ以下の輻輳が起こっている場合には伝送ビ
ットパラメータを固定のパラメータに応じて下げること
により、迅速にかつ安定に送出ビットレートを変更して
輻輳を回避することができる。なお、ネットワークジッ
タの変動値に応じて伝送ビットレートを下げるようにす
ることもできる。また、上記フローチャートにおける送
信制御タイミングは、定期的に受信側から伝送されてく
るRRパケットを送信側が受け取るタイミングとすること
ができる。
【００６４】上記フローチャートに従った判定によりネ
ットワークの輻輳状態Case1〜Case5が取り得る範囲をパ
ケットロス率ΔLossRateとジッタ差分絶対値Jitterdiff
の２次元グラフにおいて図示したのが図９である。同図
から明らかなように、ネットワークジッタの変動値がα
以下かつパケットロス率がε以下の場合であって、ネッ
トワークジッタの変動値がα／２以下あるいはパケット
ロス率がδ以下の場合に送出ビットレートの上昇が可能
となる。
【００６５】図１０は、本発明で使用できるリアルタイ
ムエンコーダの一例を示す機能ブロック図であり、この
例は、MPEGエンコーダを示している。以下、このリアル
タイムエンコーダの動作の概略を説明する。
【００６６】まず、入力された映像情報の最初のフレー
ムを含むイントラ符号化フレームをDCT部17において離
散コサイン変換する。続いて、量子化部18においてレー
ト制御部25により指定される量子化スケールファクタで
量子化（情報量削減）し、VLC部19で可変長符号化した
後、圧縮映像出力ストリームとして出力する。また、量
子化部18で量子化した後のイントラ符号化フレームの映
像データを、逆量子化部20、逆DCT部21において逆量子
化および離散コサイン逆変換した後、フレームメモリ22
に格納する。
【００６７】続いて入力される映像情報の順方向予測フ
レームおよび両方向予測フレームについては、動き推定
部24において動き予測を行い、その結果算出された動き
ベクトルを動き補償部23に与え、フレームメモリ22に保
存されている画像、すなわち参照画像を動き補償し、こ
の動き補償された参照画像と原画像との差分を減算器で
求め、差分画像を得る。この差分画像をDCT部17で離散
コサイン変換し、量子化部18においてレート制御部25に
より指定される量子化スケールファクタで量子化し、VL
C部19で動き情報とともに可変長符号化した後、圧縮映
像出力ストリームとして出力する。
【００６８】ここで、順方向予測フレームは、参照画像
として使われるため、量子化した後のデータを、逆量子
化部19、逆DCT部21で逆量子化および離散コサイン逆変
換した後、差分画像生成時に用いた参照画像の動き補償
後のフレームデータを足し込んでフレームデータを再構
築し、フレームメモリ22に保存する。
【００６９】通常の伝送を前提にした符号化時には、固
定ビットレート（CBR）符号化が用いられるため、レー
ト制御部25では、同一ビットレートをターゲットとして
レート制御を行うが、本発明は、このビットレートをネ
ットワークの輻輳状態に合わせてダイナミックに変更す
るものであるため、レート制御部25は、送信制御部13か
らの、ネットワークの輻輳状態に応じたビットレート変
更指示に従いターゲットとなるビットレートを変更し、
それに合わせた送出ビットレート制御を行う。
【００７０】以上説明した実施態様においては、送信側
より圧縮され、パケット化された映像データおよびコン
トロール信号がネットワークに送出され、受信側は、ネ
ットワークから受信した映像データおよびコントロール
信号を元にパケットロス率やジッタなどのネットワーク
の輻輳情報を取得し、このネットワークの輻輳情報を送
信側にフィードバックする。送信側では、フィードバッ
クされたネットワークの輻輳情報に基づいてネットワー
クの輻輳状態を判定し、送出ビットレートを決定する。
このようにして送出ビットレートがネットワークの輻輳
状態に応じてダイナミックに設定されるので、ネットワ
ークの伝送帯域や伝送エラーレート、ジッタなどが時間
とともに変動しても、常にスムーズかつ高品質で映像情
報の伝送が行われる。
【００７１】次に、本発明の他の実施態様について説明
する。上記実施態様は、受信側よりフィードバックされ
たネットワークの輻輳情報に基づいて送信側でその輻輳
状態を判定し、送出ビットレートを決定していたが、本
実施態様は、ネットワークの輻輳状態の判定ならびに送
出ビットレートの決定を受信側で行い、受信側で決定さ
れた送出ビットレートを変更ビットレート値として送信
側にフィードバックするものである。なお、ビットレー
ト値に変更がない場合にはフィードバックする必要はな
い。
【００７２】全体システムの構成およびの輻輳状態の判
定ならびに送出ビットレートの決定については上記実施
態様と同様であるので、詳細な説明は省略するが、輻輳
状態の判定および送出ビットレートの決定は、図１の受
信制御部14において行われ、ここで決定された送出ビッ
トレートが送信側にフィードバックされる。 なお、受
信側で決定された送出ビットレートを送信側にフィード
バックする必要があるため、RRパケットのフォーマット
中に送出ビットレートを格納する領域を設ける必要があ
る。このフォーマットとしては、例えば、図１１に示す
データフォーマットを用いることができ、本フォーマッ
トでは、送出ビットレートを格納する32ビットのSendin
g Bitrate Requested (SBR)エリアを設けている。
【００７３】本実施形態によれば、ネットワークの輻輳
情報に基づいて受信側において決定した送出ビットレー
トを送信側にフィードバックすればよいので、ネットワ
ークの各種輻輳情報を伝送する上記実施形態に比較して
伝送する情報量を減らすことができ、ネットワークの有
効利用を図ることができる。
【００７４】本発明における送出制御部13での輻輳状態
の判定と送出ビットレートの決定の手順を、コンピュー
タに実行させるためのプログラムとしても構成すること
ができる。このプログラムは、定期的なコントロール信
号を受信する送信制御タイミング毎に以下の手順をコン
ピュータに実行させるためのものである。 （Ｓ１）入力されたネットワークの輻輳情報を閾値と比
較し、少なくともネットワークに極度な輻輳が起こって
いるか、僅かな輻輳が起こっているか、輻輳が極めて僅
かであり、回復傾向あるいは回復状態にあるかを判定す
る手順 （Ｓ２）ネットワークに極度な輻輳が起こっていると判
定された場合には、第１の割合により送出ビットレート
を低下させる手順 （Ｓ３）ネットワークに僅かな輻輳が起こっていると判
定された場合には、第２の割合により送出ビットレート
を低下させる手順 （Ｓ４）輻輳が極めて僅かであり、回復傾向あるいは回
復状態にあると判定された場合には、送出ビットレート
を第３の割合により上昇させる手順
【００７５】コンピュータに以上のような手順を実行さ
せる伝送制御プログラムを、例えば、図１２に示すコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体300に記録し、この記
録媒体300に記録された伝送制御プログラムを同図に示
すコンピュータ200に読み込ませ、実行するようにする
ことができる。
【００７６】コンピュータ200は、読み込んだ伝送制御
プログラムを実行するCPU201と、キーボード、マウス等
の入力装置202と、各種データを記憶するROM(Read Only
Memory)203と、演算パラメータ等を記憶するRAM(Rando
m Access Memory)204と、記憶媒体300から伝送プログラ
ムを読み取る読取装置205と、ディスプレイ、プリンタ
等の出力装置206と、装置各部を接続するバスBUSとから
構成されている。
【００７７】CPU201は、読取装置205を経由して記録媒
体300に記録されている送出制御プログラムを読み込ん
だ後、この送出制御プログラムを実行することにより送
出制御処理を行う。記録媒体300には、光ディスク、Ｆ
Ｄ、ハードディスク等の可搬型の記録媒体が含まれるこ
とはもとより、ネットワークのようにデータを一時的に
記録保持するような伝送媒体も含まれる。
【００７８】以上、本発明の実施形態について説明した
が、具体的な構成は、これら実施形態に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等が
あっても本発明に含まれる。例えば、上記実施態様で
は、ネットワークジッタの変動値としてジッタの差分絶
対値を用いたが、現在のジッタあるいは現在のジッタを
含めた複数のジッタの平均値とジッタの最小値との差分
値をネットワークジッタの変動値として用いてもよい結
果が得られ、そのようなものも本発明のネットワークジ
ッタの変動値に含まれる。
【００７９】また、請求項に記載された送信側の装置と
受信側の装置とは、種々に組み合わせて映像情報伝送方
式を構成することができる。
【００８０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、リアルタイムで受信する映像データパケット
およびコントロール信号からパケットロス、ジッタなど
のネットワークの輻輳情報を取得し、それら輻輳情報か
らネットワークの輻輳状態を判定し、この判定結果に基
づいて送出ビットレートをダイナミックに制御すること
により、QoSが保証されないネットワークでもスムーズ
かつ高品質で映像情報のリアルタイム伝送が可能とな
る。
【００８１】図１３に本発明による伝送シミュレーショ
ン結果を示す。ネットワークの伝送帯域が変化した場合
でもパケットロスを最小限に抑えつつその伝送帯域が十
分有効に使われるように送出ビットレートが制御され、
結果として効率良く、スムーズかつ高品質に映像情報の
伝送が可能になることが分かる。
【００８２】本発明は、映像情報をリアルタイムで圧縮
伝送するMPEG伝送システム、双方向映像伝送システム、
TV会議システム、ビデオチャットシステム、映像中継シ
ステムなどに応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様を示す機能ブロック図で
ある。
【図２】 本発明で用いられるデータフォーマットの一
例を示す図である。
【図３】 映像データパケットの受信時刻と再生時刻と
の関係を説明するための説明図である。
【図４】 本発明で用いられるSRフォーマットの一例を
示す図である。
【図５】 本発明で用いられるRRフォーマットの一例を
示す図である。
【図６】 伝送帯域が変化した場合のジッタ、ジッタの
差分絶対値、パケットロス率の推移の実験結果を示すグ
ラフである。
【図７】 輻輳状態の判定と符号化ビットレートの決定
を含む送信制御アルゴリズムの一例を示すフローチャー
トである。
【図８】 図７で用いられている各種パラメータの意味
内容の説明図である。
【図９】パケットロス率とジッタ差分絶対値に対する各
輻輳状態が取り得る範囲を示すグラフである。
【図１０】 本発明で使用できるリアルタイムエンコー
ダの一例を示す機能ブロック図である。
【図１１】 送出ビットレートを送信側にフィードバッ
クする場合のRRパケットのフォーマットの一例を示す図
である。
【図１２】 本発明をプログラムとして構成する場合の
例を説明するためのブロック図である。
【図１３】 本発明による伝送シミュレーション結果を
示すグラフである。
【図１４】 従来の映像情報伝送装置を示す機能ブロッ
ク図である。
【符号の説明】
10,140・・・ネットワーク、11,141・・・カメラ、12,142・・・
リアルタイムエンコーダ、13,143・・・送信制御部、14,14
4・・・受信制御部、15,145・・・リアルタイムデコーダ、16,
146・・・再生表示部、17・・・DCT部、18・・・量子化部、19・・・
VLC部、20・・・逆量子化部、21・・・逆DCT部、22・・・フレー
ムメモリ、23・・・動き補償部、24・・・動き推定部、25・・・
レート制御部、200・・・コンピュータ、201・・・CPU、202・・
・入力装置、203・・・ROM、204・・・RAM、205・・・読取装置、2
06・・・出力装置、300・・・記録媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 7/173 ６２０ (72)発明者 中島 康之 埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号 株式 会社ケイディーディーアイ研究所内 Ｆターム(参考） 5C059 KK01 MA00 MA05 MA14 MA23 MC11 MC38 ME01 NN01 NN21 PP05 PP06 PP07 RB02 RB13 RB14 RC02 RC04 RC09 SS08 TA46 TA60 TB04 TB06 TC21 TC45 TD12 TD13 UA02 UA05 UA39 5C063 AB03 AB07 AC01 AC05 AC10 CA11 CA12 CA23 5C064 BA07 BB05 BC10 BC16 BC20 BD05 BD08 BD09 5K030 HA08 HB02 JA05 KA19 LE17 MB02 MB04 5K034 AA02 CC02 EE11 HH01 HH02 MM08

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮された映像データを伝送する映像情
    報伝送方式において、 送信側は、圧縮された映像データをフレーム単位もしく
    は小領域の符号化単位でパケット化して送出する送出手
    段と、 ネットワークの輻輳情報を用いて前記送出手段における
    送出を制御する送出制御手段とを備えたことを特徴とす
    る映像情報伝送方式。
  2. 【請求項２】 前記ネットワークの輻輳情報は、ネット
    ワークを介して外部から入力されることを特徴とする請
    求項１に記載の映像情報伝送方式。
  3. 【請求項３】 前記送出制御手段は、送出ビットレート
    を時間的に変更することにより前記送出を制御すること
    を特徴とする請求項１または２に記載の映像情報伝送方
    式。
  4. 【請求項４】 受信側は、受信した前記映像データのパ
    ケットからネットワークの輻輳情報を取得する輻輳情報
    取得手段と、 前記ネットワークの輻輳情報を送信側に送出する輻輳情
    報送出手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし
    ３のいずれかに記載の映像情報伝送方式。
  5. 【請求項５】 前記輻輳情報送出手段は、RFC1889記載
    のRTCP(RTP ControlProtocol)を用いて前記ネットワー
    クの輻輳情報を送出することを特徴とする請求項４に記
    載の映像情報伝送方式。
  6. 【請求項６】 圧縮された映像データを伝送する映像情
    報伝送方式において、 送信側は、圧縮された映像データをフレーム単位もしく
    は小領域の符号化単位でパケット化してデータ送出する
    送出手段と、 ネットワークを介して外部から入力される送出ビットレ
    ートに従って前記送出手段における送出ビットレートを
    変更する送出制御手段とを備えたことを特徴とする映像
    情報伝送方式。
  7. 【請求項７】 受信側は、受信した前記映像データのパ
    ケットからネットワークの輻輳情報を取得する輻輳情報
    取得手段と、 前記輻輳情報取得手段により取得されたネットワークの
    輻輳情報を用いて送出ビットレートを決定する送出ビッ
    トレート決定手段と、 前記送出ビットレート決定手段により決定された送出ビ
    ットレートを送信側に送出する送出ビットレート送出手
    段とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の映像情
    報伝送方式。
  8. 【請求項８】 前記ネットワークの輻輳情報は、少な
    くともネットワークジッタあるいはパケットロス率を含
    むことを特徴とする請求項１ないし５、７のいずれかに
    記載の映像情報伝送方式。
  9. 【請求項９】 圧縮された映像データを送信する映像情
    報伝送装置において、 圧縮された映像データをフレーム単位もしくは小領域の
    符号化単位でパケット化して送出する送出手段と、 ネットワークの輻輳情報を用いて前記送出手段における
    送出を制御する送出制御手段とを備えたことを特徴とす
    る映像情報伝送装置。
  10. 【請求項１０】 前記ネットワークの輻輳情報は、ネッ
    トワークを介して外部から入力されることを特徴とする
    請求項９に記載の映像情報伝送装置。
  11. 【請求項１１】 前記送出制御手段は、送出ビットレー
    トを時間的に変更することにより前記送出を制御するこ
    とを特徴とする請求項１０または１１に記載の映像情報
    伝送装置。
  12. 【請求項１２】 圧縮された映像データを受信する映像
    情報伝送装置において、 受信した前記映像データのパケットからネットワークの
    輻輳情報を取得する輻輳情報取得手段と、 前記ネットワークの輻輳情報を送信側に送出する輻輳情
    報送出手段とを備えたことを特徴とする映像情報伝送装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記輻輳情報送出手段は、RFC1889記
    載のRTCP(RTP Control Protocol)を用いて前記ネットワ
    ークの輻輳情報を送出することを特徴とする請求項１２
    に記載の映像情報伝送装置。
  14. 【請求項１４】 圧縮された映像データを送信する映像
    情報伝送装置において、 圧縮された映像データをフレーム単位もしくは小領域の
    符号化単位でパケット化してデータ送出する送出手段
    と、 ネットワークを介して外部から入力される送出ビットレ
    ートに従って前記送出手段における送出ビットレートを
    制御する送出制御手段とを備えたことを特徴とする映像
    情報伝送装置。
  15. 【請求項１５】 前記送出ビットレートは、ネットワー
    クの輻輳情報に基づいて求められたものであることを特
    徴とする請求項１４に記載の映像情報伝送装置。
  16. 【請求項１６】 圧縮された映像データを受信する映像
    情報伝送装置において、 受信した前記映像データのパケットからネットワークの
    輻輳情報を取得する輻輳情報取得手段と、 前記輻輳情報取得手段により取得されたネットワークの
    輻輳情報を用いて送出ビットレートを決定する送出ビッ
    トレート決定手段と、 前記送出ビットレート決定手段により決定された送出ビ
    ットレートを送信側に送出する送出ビットレート送出手
    段とを備えたことを特徴とする映像情報伝送装置。
  17. 【請求項１７】 前記ネットワークの輻輳情報は、少
    なくともネットワークジッタあるいはパケットロス率を
    含むことを特徴とする請求項９ないし１３、１５、１６
    のいずれかに記載の映像情報伝送装置。
  18. 【請求項１８】 前記ネットワークの輻輳情報は、少な
    くともネットワークジッタあるいはパケットロス率を含
    み、パケットロス率によるネットワークゲートウェイ上
    でのキュー溢れ検出処理とネットワークジッタの変動値
    の閾値処理による伝播遅延の増大検出処理とにより、数
    段階の輻輳レベルにカテゴライズされ、ネットワークの
    輻輳状態が判断されることを特徴とする請求項９ないし
    １１、１５、１６のいずれかに記載の映像情報伝送装
    置。
  19. 【請求項１９】 前記パケットロス率は、一定時間間隔
    で測定されることを特徴とする請求項１７または１８に
    記載の映像情報伝送装置。
  20. 【請求項２０】 前記パケットロス率は、送信または受
    信開始から現時点までの時間間隔で測定されることを特
    徴とする請求項１７または１８に記載の映像情報伝送装
    置。
  21. 【請求項２１】 前記ネットワークの輻輳状態の判断の
    結果は、それに応じて送出ビットレートを上下させて輻
    輳回避を行いながら送出を制御するために供されること
    を特徴とする請求項１８に記載の映像情報伝送装置。
  22. 【請求項２２】 前記ネットワークの輻輳状態の判断の
    結果は、パケットロス率の度合いを含み、前記パケット
    ロス率の度合いは、それに応じて送出ビットレートの下
    げ幅を調節するために供されることを特徴とする請求項
    ２１に記載の映像情報伝送装置。
  23. 【請求項２３】 前記ネットワークの輻輳状態の判断の
    結果は、ネットワークジッタの変動値の度合いを含み、
    前記ネットワークジッタの変動値の度合いは、それに応
    じて送出ビットレートの下げ幅を調節するために供され
    ることを特徴とする請求項２１または２２に記載の映像
    情報伝送装置。
  24. 【請求項２４】 前記ネットワークジッタの変動値が第
    １の閾値以下かつ前記パケットロス率が第２の閾値以下
    の場合であって、前記ネットワークジッタの変動値が第
    ３の閾値以下（ただし第３の閾値＜第１の閾値）あるい
    は前記パケットロス率が第４の閾値以下（ただし第４の
    閾値＜第２の閾値）の場合にのみ送出ビットレートの上
    昇が指示されることを特徴とする請求項２１ないし２３
    のいずれかに記載の映像情報伝送装置。
  25. 【請求項２５】 前回送出ビットレートが下げられてか
    ら一定時間経過後にはじめて送出ビットレートの上昇が
    指示されて送出ビットレートの安定制御が行われること
    を特徴とする請求項２１ないし２４に記載の映像情報伝
    送装置。
  26. 【請求項２６】 圧縮された映像データを伝送する映像
    情報伝送方式におけるコントロール信号を受信する送信
    制御タイミング毎に以下のＳ１〜Ｓ４の手順をコンピュ
    ータに実行させるためのプログラム。Ｓ１：入力された
    ネットワークの輻輳情報を閾値と比較し、少なくともネ
    ットワークに極度な輻輳が起こっているか、僅かな輻輳
    が起こっているか、輻輳が極めて僅かであり、回復傾向
    あるいは回復状態にあるかを判定する手順Ｓ２：ネット
    ワークに極度な輻輳が起こっていると判定された場合に
    は、第１の割合により送出ビットレートを低下させる手
    順Ｓ３：ネットワークに僅かな輻輳が起こっていると判
    定された場合には、第２の割合により送出ビットレート
    を低下させる手順Ｓ４：輻輳が極めて僅かであり、回復
    傾向あるいは回復状態にあると判定された場合には、送
    出ビットレートを第３の割合により上昇させる手順。
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