JP2005522916A - ダウンロードとストリーミングを組み合わせる伝送方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、チャネル伝送速度よりも高い符号化速度で符号化された既知の持続時間のコンテンツを含むデータファイルを伝送する方法を提案する。提案される方法は、第１の時間期間中に速度制御を行う転送プロトコル（例えばＴＣＰ）を用いてデータをダウンロードする段階と、第２の時間期間中に速度制御を行わない転送プロトコル（例えばＵＤＰ）を用いてデータをストリーミングする段階とを有する。第２の時間期間（ストリーミング）は、コンテンツの既知の持続時間に比例する。有利には、比例定数は１である。インターネットを介したオーディオ／ビデオの伝送に適用される。

Description

本発明は、送信器と、コンテンツプレーヤを有する受信器と、送信器と受信器の間の伝送路とを有し、伝送路はチャネル伝送速度を有し、送信器及び受信器は速度制御を行う転送プロトコル及び速度制御を行わない転送プロトコルをサポートする、伝送システムに関連する。

本発明はまた、かかる伝送システムにおいて使用されることが意図される送信器及び受信器に関連する。

本発明はまた、伝送方法及びかかる伝送方法を行う命令を含むプログラムに関連する。

本発明は、特に、インターネットを介したオーディオ及びビデオの伝送に興味深い用途がある。

特許文献１に記載のように、イントラネットを介して又はインターネットを介してマルチメディアコンテンツを伝送するのに使用されうる２つのアプローチがある。第１のアプローチでは、マルチメディアコンテンツがダウンロードされ、即ち、再生されうる前にユーザへコピーされねばならないことを意味する。第２のアプローチでは、マルチメディアコンテンツはストリーミングされ、即ち、再生が始まる前にわずかな待ち時間を伴う連続的なデータの流れとしてユーザへ供給されることを意味する。特許文献１は、送信器及び受信器がＵＤＰ及びＴＣＰ転送プロトコルを含む様々なネットワーク転送プロトコルをサポートし、ストリーミングを開始しようとするときに様々な転送プロトコルが所定の順序で試されるストリーミングシステムについて記載している。

これらのアプローチは、以下の不利点を有する。
・ダウンロードアプローチは、ユーザ側に待ち時間をもたらす（ユーザはデータの再生を開始するために、伝送の終わりまで待たねばならない）。
・速度制御を行う転送プロトコル（例えばＴＣＰ）は、転送制御がオーディオ／ビデオのレンダリングの連続性を妨げうるため、オーディオ／ビデオデータのストリーミングにはあまり良く適していない（転送プロトコルが転送速度の突然の変化を強いる場合、受信器は丁度よいときにレンダリングされるべきデータを受信しないこととなり、このことはオーディオ／ビデオレンダリングの中断を生じさせる）。
・速度制御を行わない転送プロトコル（例えばＵＤＰ）を用いてデータをうまくストリーミングするために、データの符号化速度は、伝送路の伝送速度よりも高くてはならない。インターネットを介してデータを伝送するとき、チャネル伝送速度は、特に、クライアントがどのようにインターネットに接続されているか（３２ｋｂｐｓ又は５６ｋｂｐｓモデム、ＡＤＳＬ．．．）に依存する。一般的には、サーバ側で同じコンテンツに対して幾つかのデータファイルが格納され、各データファイルはコンテンツの異なる符号化ビットレートに対応する。コンテンツを要求するとき、クライアントは、自分がどのようにインターネットに接続されているかを示さねばならず、これは自動的に転送されるべきデータファイルを示す。従って、転送されるデータファイルの符号化速度、従ってレンダリングされるコンテンツの質は、クライアントのインターネット接続の伝送速度によって制限される。
米国特許第６，０２９，２００号明細書

本発明は、上述の不利点のない伝送方法を行う、伝送システム、送信器、受信器、伝送方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明による伝送システムは、送信器と、コンテンツプレーヤを有する受信器と、送信器と受信器の間の伝送路とを有し、伝送路はチャネル伝送速度を有し、送信器及び受信器は速度制御を行う転送プロトコル及び速度制御を行わない転送プロトコルをサポートし、送信器及び受信器は、送信器から受信器へチャネル伝送速度よりも高い符号化速度で符号化された既知の持続時間のコンテンツを含むデータファイルを伝送するとき、受信されたデータを記憶する間の第１の時間期間中は速度制御を行う転送プロトコルを用い、受信されたデータを再生する第２の時間期間中は速度制御を行わない転送プロトコルを用い、第２の時間期間は既知の持続時間に比例し、比例定数は１以下であるよう構成される。

本発明は、上述のダウンロードアプローチとストリーミングアプローチの組合せである。第１の時間期間中、データは、速度制御を行う転送プロトコル（例えばＴＣＰプロトコル）を用いてダウンロードされ、第２の時間期間中、データは、速度制御を行わない転送プロトコル（例えばＵＤＰプロトコル）を用いてストリーミングされる。

チャネル転送速度は、伝送路の輻輳状態に依存して時間が経つにつれて変化することがある。ダウンロード期間の持続時間は、伝送されるべきデータファイルの符号化速度と伝送の時間における伝送速度の間の差に依存する（以下、有効チャネル伝送速度と称する）。

このような組合せは、当該のチャネル伝送速度よりも高い符号化ビットレートを有するデータファイルを伝送することを可能とし、従ってレンダリングされるコンテンツの質を向上させる。

本発明によって与えられる解決策は、以下の利点を有する。
・ダウンロードアプローチに内在する待ち時間を制限する。
・速度制御を行う転送プロトコルは、ダウンロードには用いられるが、ストリーミングには用いられない。
・比例定数が１であるとき、第２の時間期間はコンテンツの持続時間に等しい。このようにすることにより、ネットワーク資源は最善の方法で用いられる（第２の時間期間がコンテンツの持続時間よりも短い場合、利用可能な伝送時間は完全には使用されない）。伝送路の状態が第２の時間期間中に顕著に変化しないかぎり、レンダリングにおける中断は回避される（第２の時間期間がコンテンツの持続時間よりも長ければ中断は生ずる）。伝送路の状態が変化することについて重大な危険性がある場合、比例定数は１未満であるよう選定され、データのレンダリングに中断が生じないことが確実となるようにされる。

本発明の第１の実施例では、受信器は、特定のデータファイルに対する要求を送るよう構成され、送信器は、
第１の時間期間中のチャネル伝送速度の推定値を計算し、
チャネル伝送速度の推定値から第１の時間期間の推定値を計算し、
第１の時間期間の推定値が、データファイルの伝送の開始時点から経過した時間に略等しいときに第１の時間期間を終了するよう構成される。

この第１の実施例では、転送されるべきデータファイルはクライアントによって指定され、送信器は有効チャネル伝送率に依存してダウンロード期間の持続時間を計算するため、ストリーミング期間の持続時間はコンテンツの持続時間に比例する。

本発明の第２の実施例では、受信器は、コンテンツに対する要求を送るよう構成され、要求は認可された待ち時間を示し、送信器は、チャネル伝送速度の推定値を計算するために受信器へ学習データを送り、チャネル伝送速度の推定値及び認可された待ち時間から、送信されるべきデータファイルを選択するよう構成される。

この第２の実施例では、クライアントは転送されるべきデータファイルを指定しないが、データのレンダリングを開始する前にクライアントが許す待ち時間を指定する。ダウンロードモードの持続時間は、認可された待ち時間に近くなる。送信器はまず、有効チャネル伝送速度の評価を行われねばならない。送信器は、有効チャネル伝送速度を知っているとき、認可された待ち時間の近くのダウンロードモードの持続時間で伝送されうる最大符号化速度のデータファイルを選択する。

本発明について、添付の図面を参照して更に説明する。図中、本発明による伝送システムの概略的な表現を示す。かかる伝送システムは、コンテンツサーバ２と、受信バッファ５及びコンテンツプレーヤ７を有する受信器３と、伝送路９とを含む。コンテンツサーバ２は、データファイルＦ１，．．．，Ｆｉ，．．．，ＦＮを格納する。

送信器１及び受信器３はいずれも、速度制御を行う転送プロトコル及び速度制御を行わない転送プロトコルをサポートする。

速度制御を行う転送プロトコルは、チャネルの利用可能な帯域幅を受信器から受信される情報から推定し、これらの推定値から目標出力ビットレートを導出し、この目標出力ビットレートを実施するようデータの伝送時間を制御する。

対照的に、速度制御を行わない転送プロトコルは、データの伝送時間を制御しない。速度制御を行わない転送プロトコルが用いられるとき、出力ビットレートはアプリケーションＡＰＰＬによって設定される。

例えば、速度制御を行う転送プロトコルはＴＣＰプロトコル（Transmission Control Protocol）であり、速度制御を行わない転送プロトコルはＵＤＰプロトコル（User Datagram Protocol）である。一般的に、ＴＣＰ及びＵＤＰはＩＰプロトコルを介して実行される。

送信器１及び受信器３はいずれも、これらの転送プロトコルの上で、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）によってＲＦＣ１８８９において定義されたReal-time Transport Protocol（ＲＴＰ）をサポートする。ＲＴＰプロトコルの目的は、オーディオ又はビデオといったリアルタイムデータを伝送するアプリケーションに適したエンド・ツー・エンドの転送機能を提供することである。ＲＴＰプロトコルは、制御機能を与える制御プロトコル（ＲＴＣＰ）を含む。ＲＴＰ及びＲＴＣＰは、下層の転送プロトコルから独立であるよう設計される。

図２に示すように、受信器３は、送信器Ｉへコンテンツ要求Ｒを送るよう構成され、送信器１は、或る符号化速度で符号化された要求されたコンテンツを含むデータファイルＦｉを送ることによりかかる要求に応答するよう構成される。

図１に示す伝送システムの動作について、図３を参照して説明する。図３によれば、送信器１から受信器３への既知の持続時間Ｐのコンテンツを含むデータファイルの伝送は、
・受信されたデータを受信器３の受信バッファ５中に格納しているとき、第１の時間期間Ｔ１中、速度制御を行う転送プロトコル（例えば、ＴＣＰ）を用いること、
・第２の時間期間中、速度制御を行わない転送プロトコル（例えばＵＤＰ）を用いること、
・第２の時間期間の始まりにおいて、受信されたデータのレンダリングを開始すること、
によって行われる。

受信器３は、受信されたパケットを監視することにより転送プロトコルの変化を検出する能力を有する（例えば、パケットがＴＣＰパケットであるかＵＤＰパケットであるかを検出する能力を有する）。任意に、送信器１は、ダウンロードモードからストリーミングモードへ切り換えるときは、受信器３へＲＴＣＰパケットを送ることにより、受信器３へ通知する。このような通知は、コンテンツプレーヤ７により開始信号として使用されうる。

本発明の第１の実施例では、クライアントは、自分の要求Ｒの中で、自分が受信したいデータファイルを指定する。

所与のデータファイルについて、第１の時間期間と第２の時間期間の間の切り換え点は、第２の時間期間がコンテンツの既知の持続時間に比例し、比例定数Ｋが１以下であるよう、チャネル伝送速度の推定値から決定される。

ダウンロードモードからストリーミングモードへの切り換え点の決定について、図４を参照して説明する。図４によれば、
・ステップＳ１において、データファイルのダウンロードが開始する。
・ステップＳ２において、チャネルの現在の伝送速度ＥＮＢが推定される。

但し、
ＮＴＢは、既に伝送されたバイト数であり、
ＴＳＤＳは、ダウンロードが開始してからの時間（秒単位）である。
・ステップＳ３において、第１の時間期間の推定値ＤＤが計算される。

但し、
Ｓは、データファイルのサイズ（バイト単位）であり、
Ｂは、伝送されるべきデータファイルに対するコンテンツの符号化速度（バイト／秒）であり、
Ｐ＝Ｓ／Ｂは、コンテンツの持続時間（秒単位）であり、
Ｋは、１以下の比例定数である。
・ステップＳ４において、ダウンロード開始からの時間ＴＳＤＳは、第１の時間期間ＤＤの推定値と比較される。第１の時間期間の推定値以上であれば、送信器はストリーミングモードへ切り換わる（ステップＳ５）。第１の時間期間の推定値未満であれば、送信器はステップＳ２へ戻る前に一定の時間Δに亘って待つ。例えば、Δ＝ＤＤ−ＴＳＤＳである。
・ステップＳ５において、データファイルの残りがストリーミングされる。

本発明を例示するための例について説明する。Ｂ＝５キロバイト／秒、Ｐ＝Ｓ／Ｂ＝３００秒、Ｓ＝１．５メガバイトであれば、ネットワークのビットレートが４キロバイト／秒であるとき、第１の時間期間の持続時間は７５秒となる。この例から、本発明は、８キロバイト／秒のビットレートを有する伝送路を通じて５キロバイト／秒のビットレートを有するデータファイルの伝送を可能とすることがわかる。この場合にもたらされる待ち時間は、７５秒だけである。

本発明の第２の実施例では、クライアントは自分の要求Ｒの中で認可された待ち時間ＬＴを指定し、サーバは伝送されるべきデータファイルをこの認可された待ち時間と、チャネル伝送速度ＥＮＢに依存して選択し、

但し、

［外１］

は「近い」ことを意味する。

伝送されるべきデータファイルを選択するために、サーバはまず、有効チャネル伝送速度の推定を行わねばならない。これは、
・速度制御を行う転送プロトコルを用いることによって、又は、
・想定されるチャネル伝送速度よりも高い伝送速度で速度制御を行わない転送プロトコルを用い、有効チャネル伝送速度を推定するために受信器によって（例えばＲＴＣＰパケットを介して）送り返される制御情報を用いることによって、
受信器へ学習データを送ることにより行われる。

伝送されるべきデータファイルが選択されると、第１の時間期間の有効持続時間は、
・本発明の第１の実施例では図４を参照して上述のように計算されるか、
・クライアントの要求の中で示される認可された待ち時間に固定される。

上述の伝送方法は、望ましくは、送信器に及び受信器に配置されるコンピュータ又はディジタルプロセッサの制御下で実行可能な命令セットによって実施される。

尚、上述の方法、受信器、送信器、及び伝送網に関して、本発明の範囲から逸脱することなく変更及び改善が提案されうる。本発明は、与えられた例に限られない。

「含む」又は「有する」の語又はその活用形は、特許請求の範囲に記載された要素又は段階以外のものの存在を排除するものではない。

本発明による伝送システムの例を示す概略図である。 本発明による伝送システムにおけるデータ交換を示す概略図である。 本発明による伝送システムの動作を説明するための図である。 本発明による伝送方法の例を示すフローチャートである。

Claims (10)

1. 送信器と、コンテンツプレーヤを有する受信器と、前記送信器と前記受信器の間の伝送路とを有し、前記伝送路はチャネル伝送速度を有し、前記送信器及び前記受信器は速度制御を行う転送プロトコル及び速度制御を行わない転送プロトコルをサポートする、伝送システムであって、
   前記送信器及び前記受信器は、前記送信器から前記受信器へ前記チャネル伝送速度よりも高い符号化速度で符号化された既知の持続時間のコンテンツを含むデータファイルを伝送するとき、受信されたデータを記憶する間の第１の時間期間中は前記速度制御を行う転送プロトコルを用い、受信されたデータを再生する第２の時間期間中は前記速度制御を行わない転送プロトコルを用い、前記第２の時間期間は前記既知の持続時間に比例し、比例定数は１以下であるよう構成される、伝送システム。
2. 前記受信器は、特定のデータファイルに対する要求を送るよう構成され、前記送信器は、
   前記第１の時間期間中の前記チャネル伝送速度の推定値を計算し、
   前記チャネル伝送速度の推定値から前記第１の時間期間の推定値を計算し、
   前記第１の時間期間の推定値が、前記データファイルの伝送の開始時点から経過した時間に略等しいときに前記第１の時間期間を終了するよう構成される、
   請求項１記載の伝送システム。
3. 前記受信器は、コンテンツに対する要求を送るよう構成され、前記要求は認可された待ち時間を示し、前記送信器は、
   前記チャネル伝送速度の推定値を計算するために前記受信器へ学習データを送り、
   前記チャネル伝送速度の推定値及び前記認可された待ち時間から、送信されるべきデータファイルを選択するよう構成される、
   請求項１記載の伝送システム。
4. 速度制御を行う転送プロトコル及び速度制御を行わない転送プロトコルをサポートする送信器であって、
   チャネル伝送速度を有する伝送路を介して、前記チャネル伝送速度よりも高い符号化速度で符号化された既知の持続時間のコンテンツを含むデータファイルを伝送するとき、第１の時間期間中は前記速度制御を行う転送プロトコルを用い、第２の時間期間中は前記速度制御を行わない転送プロトコルを用い、前記第２の時間期間は前記既知の持続時間に比例し、比例定数は１以下であるよう構成される、送信器。
5. 特定のデータファイルに対する要求を受け取るとき、
   前記第１の時間期間中の前記チャネル伝送速度の推定値を計算し、
   前記チャネル伝送速度の推定値から前記第１の時間期間の推定値を計算し、
   前記第１の時間期間の推定値が、前記データファイルの伝送の開始時点から経過した時間に略等しいときに前記第１の時間期間を終了するよう構成される、
   請求項４記載の送信器。
6. コンテンツに対する要求を受け取るよう構成され、前記要求は認可された待ち時間を示し、前記送信器は、
   前記チャネル伝送速度の推定値を計算するために前記受信器へ学習データを送り、
   前記チャネル伝送速度の推定値及び前記認可された待ち時間から、送信されるべきデータファイルを選択するよう構成される、
   請求項４記載の送信器。
7. コンテンツプレーヤを有し、速度制御を行う転送プロトコル及び速度制御を行わない転送プロトコルをサポートする、受信器であって、
   チャネル伝送速度を有する伝送路を介して前記チャネル伝送速度よりも高い符号化速度で符号化された既知の持続時間のコンテンツを含むデータファイルを受信するとき、受信されたデータを記憶する間の第１の時間期間中は前記速度制御を行う転送プロトコルを用い、受信されたデータを再生する第２の時間期間中は前記速度制御を行わない転送プロトコルを用い、前記第２の時間期間は前記既知の持続時間に比例し、比例定数は１以下であるよう構成される、受信器。
8. コンテンツに対する要求を送るよう更に構成され、前記要求は前記第１の時間期間の値を示す、請求項７記載の受信器。
9. チャネル伝送速度を有する伝送路を介して、前記チャネル伝送速度よりも高い符号化速度で符号化された既知の持続時間のコンテンツを含むデータファイルを伝送する伝送方法であって、
   受信されたデータを記憶する間の第１の時間期間中は前記速度制御を行う転送プロトコルを用いてデータを伝送する段階と、
   受信されたデータを再生する第２の時間期間中は前記速度制御を行わない転送プロトコルを用い、前記第２の時間期間は前記既知の持続時間に比例し、比例定数は１以下であるよう構成される、段階とを有する、伝送方法。
10. プロセッサによって実行されたときに、請求項９記載の伝送方法を行なう命令を含むプログラム。

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