JP2010232832A

JP2010232832A - コンテンツ配信サーバ装置

Info

Publication number: JP2010232832A
Application number: JP2009076428A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Omori; 茂大森
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】大量のデータを受信可能なクライアント端末へのストリームデータの配信によって、使用可能な帯域が占有されないようなフロー制御を行う配信サーバ装置を提供する。
【解決手段】複数のクライアント端末を宛先として、それぞれ配信対象のコンテンツをストリーム配信する配信手段と、複数のクライアント端末それぞれについて、コンテンツの視聴の進み具合に対するストリーム配信の進み具合を示す進捗度を算出する進捗度算出手段と、各クライアント端末について算出された進捗度に基づいて、制限ビットレートを算出する制限レート算出手段と、配信手段によって各クライアント端末に配信されるストリームデータのビットレートが制限ビットレートを超えたときに、配信手段にストリームデータの配信を所定の時間にわたって休止させる制御を行う配信制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像コンテンツなどをストリーム配信するコンテンツ配信サーバ装置に関する。

従来は、配信サーバから映像コンテンツをクライアント端末にストリーム配信する場合には、ＵＤＰ(User Datagram Protocol)が適用される場合が多かった。ＵＤＰに従ってストリームデータを配信する場合に、配信サーバ装置は、配信対象のストリームデータに含まれている時刻情報に基づいて、ほぼ一定の伝送レートでクライアント端末にストリームデータを送信する。したがって、ＵＤＰに従って各クライアント端末にストリームデータの配信するのに用いられる帯域幅は、それぞれ概ね均一で、配信されるストリームデータの平均ビットレートにほぼ等しい。

一方、フロー制御や再送制御のために、映像コンテンツなどのストリーム配信にＴＣＰ(Transmission Control Protocol)が適用される場合がある。この場合に、配信サーバ装置は、クライアント端末から通知されたウィンドウサイズ分のストリームデータをバースト的に送信する。そして、この送信ごとに、クライアント端末からの応答を待ち、データの送達を確認する(特許文献１参照)。

したがって、ＴＣＰが適用されたストリーム配信では、バースト的にストリームデータが送信される送信期間と送達確認などのためにデータ送信が休止される休止期間とが繰り返される。このため、各クライアント端末にストリームデータの配信に用いられる帯域幅は、図５に太い実線で示すように、送信期間と休止期間とで大きく異なる。

特開２００６−０１３９１１号公報

ところで、近年では、大型液晶テレビに大容量のハードディスクを備える製品などが市販されている。このような大容量の補助記憶装置を備えた大型液晶テレビも、上述した配信サーバ装置によるコンテンツの配信先であるクライアント端末になる。

そのようなクライアント端末では、大量のストリームデータの蓄積が可能である。また、補助記憶装置の容量が十分にあるために、蓄積されている未再生のストリームデータの量にかかわらず、随時に、上述したウィンドウサイズ分のストリームデータを受信可能である。したがって、送信期間においてウィンドウサイズ分のストリームデータを伝送するために必要となる帯域幅は、配信対象の映像コンテンツの平均ビットレートよりもかなり大きくなる。図５に、この場合について、ストリームデータの伝送の様子を細い破線で示した。なお、図５に示した例では、それぞれの場合の休止期間を休止期間１、休止期間２として示した。

配信先の中にこのようなクライアント端末が複数存在すると、配信サーバ装置がデータ配信用に用意した通信経路の帯域が、これらのクライアント端末への配信データによって占有されてしまうおそれがある。そして、このような帯域の寡占が発生すると、他のユーザへの配信データの送達が不安定になり、これらのユーザへのサービスが低下してしまう。

本件開示の装置は、大量のデータを受信可能なクライアント端末へのストリームデータの配信によって、使用可能な帯域が占有されないようなフロー制御を行う配信サーバ装置を提供することを目的とする。

上述した目的は、以下に開示するコンテンツ配信サーバ装置によって達成することができる。

一つの観点によるコンテンツ配信サーバ装置は、複数のクライアント端末を宛先として、それぞれ配信対象のコンテンツをストリーム配信する配信手段と、複数のクライアント端末それぞれについて、コンテンツの視聴の進み具合に対するストリーム配信の進み具合を示す進捗度を算出する進捗度算出手段と、各クライアント端末について算出された進捗度に基づいて、制限ビットレートを算出する制限レート算出手段と、配信手段によって各クライアント端末に配信されるストリームデータのビットレートが制限ビットレートを超えたときに、配信手段にストリームデータの配信を所定の時間にわたって休止させる制御を行う配信制御手段とを備える。

本件開示のコンテンツ配信サーバ装置のフロー制御によれば、大量のデータを受信可能なクライアント端末へのストリームデータの配信による使用可能な帯域の占有を防ぐことができる。

コンテンツ配信サーバ装置の一実施形態を示す図である。帯域幅制限動作を表す流れ図である。設定情報テーブルの例を示す図である。帯域幅制限動作を説明するシーケンス図である。ＴＣＰによるストリーム配信を説明する図である。

以下、図面に基づいて、本件開示のコンテンツ配信サーバ装置の実施形態について詳細に説明する。

図１に、コンテンツ配信サーバ装置の一実施形態を示す。

図１に示したコンテンツ配信サーバ装置２１０は、ストリーム配信処理部２１１およびコンテンツ蓄積部２１２を備えている。これらは、上述した配信手段に対応する。また、クライアント端末２２０は、ストリーム受信処理部２２１と受信バッファ２２２と再生処理部２２３を備えている。なお、クライアント端末２２０は、例えば、大容量のハードディスク装置を搭載した液晶テレビや、セットトップボックスなどである。また、図１においては、一つのクライアント端末２２０を多数のクライアント端末の代表として示している。

図１に示したストリーム配信処理部２１１は、クライアント端末２２０から通知されるウィンドウサイズに基づいて、コンテンツ蓄積部２１２に蓄積されたコンテンツのストリーム配信を行う。クライアント端末２２０に配信されたストリームデータは、ストリーム受信処理部２２１によって受信される。受信されたストリームデータは、受信バッファ２２２を介して再生処理部２２３の処理に供される。

コンテンツ配信サーバ装置２１０において、時刻情報抽出部２１３は、ストリーム配信処理部２１１によってコンテンツ蓄積部２１２から読み出されたストリームデータに含まれている時刻情報を抽出する。時刻情報抽出部２１３は、ストリームデータから、例えば、ＰＴＳ(Presentation Time Stamp)、ＤＴＳ(Decoding Time Stamp)などのタイムスタンプやＰＣＲ(Program Clock Reference)などを抽出して、進捗度算出部２１４に通知する。また、時刻抽出部２１３は、新たな時刻情報を抽出するごとに、直前の時刻情報と新たな時刻情報とで区切られた区間のデータ量を求め、求めたデータ量を区間レート算出部２１６に通知する。

進捗度算出部２１４は、通知された時刻情報Ｔｔと現在時刻Ｔｐとに基づいて、後述するようにして進捗度Ｐを算出する。この進捗度算出部２１４と上述した時刻情報抽出部２１３とは、進捗度算出手段に対応する。また、区間レート算出部２１６は、時刻情報抽出部２１３から通知された区間のデータ量に基づいて、ストリームデータの上述した区間における区間ビットレートＲｄを算出する。

制限レート決定部２１７は、設定情報テーブル２１５に保持された情報と上述した進捗度Ｐおよび区間ビットレートＲｄに基づいて、制限ビットレートＲ_ｌｉｍを決定する(後述する)。この制限レート決定部２１７、設定情報テーブル２１５および区間レート算出部２１６とは、制限レート算出手段に対応する。
また、配信制御部２１８は、ストリーム配信処理部２１１から通知される転送ビットレートＲｓと制限ビットレートＲ_ｌｉｍとの比較結果に基づいて、ストリーム配信処理部２１１の配信処理を制御する。この配信制御部２１８は、配信制御手段に対応する。

以下、ストリームデータの配信がクライアント端末における視聴に先行している度合いを示す進捗度に基づいて、クライアント端末にストリームデータを配信する際の転送ビットレート(帯域)を制限する方法について説明する。

図２に、帯域幅制限動作を表す流れ図を示す。

時刻情報抽出部２１３は、ストリーム配信処理部２１１によってクライアント端末２２０に配信されるストリームデータを監視し(ステップ３０１)、タイムスタンプを検出したときに(ステップ３０２の肯定判定)、検出したタイムスタンプを進捗度算出部２１４に渡す。また、このとき、時刻情報抽出部２１３は、新たに検出したタイムスタンプとその前のタイムスタンプとの間に挟まれた区間のデータの量を２つのタイムスタンプとともに区間レート算出部２１６に通知する。

進捗度算出部２１４は、現在時刻と検出されたタイムスタンプとに基づいて、クライアント端末２２０へのストリーム配信の進捗度を算出する(ステップ３０３)。例えば、進捗度算出部２１４は、まず、現在時刻から再生開始時刻を差し引いて、クライアント端末２２０における再生時間Ｔｐを求める。また、進捗度算出部２１４は、検出したタイムスタンプで示されるストリームデータの視聴予想時刻から再生開始時刻を差し引き、配信されたストリームデータがクライアント端末装置２２０で視聴されるまでの視聴予想時間Ｔｅを求める。そして、進捗度算出部２１４は、例えば、上述した再生時間Ｔｐに対して、検出されたタイムスタンプに対応する視聴予定時間Ｔｅの比を進捗度として求めることができる。このように、比Ｔｅ／Ｔｐで示される進捗度は、ストリーム配信がクライアント端末２２０における視聴に対して先行している割合を示している。

またこのとき、区間レート算出部２１６により、上述した２つのタイムスタンプ間の時間で区間のデータ量を除算して区間ビットレートＲｄが算出される(ステップ３０４)。

そして、この区間ビットレートＲｄと設定情報テーブル２１５に保持された情報とに基づいて、制限レート決定部２１７により、制限ビットレートＲ_ｌｉｍが決定される(ステップ３０５)。

図３に、設定情報テーブルの例を示す。

図３(ａ)は、百分率で表した進捗度を３つの範囲に分け、それぞれの範囲に対応する係数を区間ビットレートに乗ずることで、制限ビットレートを算出する例を示している。図３(ａ)に示した例では、進捗度は、ストリーム配信に遅延が生じていることを示す範囲(１００％未満)と、適度に先行していることを示す範囲(１００％以上１２０％未満)と、大幅に先行していることを示す範囲(１２０％以上)とに分けられている。

図３(ａ)に示したような設定情報テーブル２１５を用いることにより、制限レート決定部２１７は、進捗度と区間ビットレートとの双方を考慮して制限ビットレートＲ_ｌｉｍを設定することができる。上述した区間ビットレートは、コンテンツの中での部分的なビットレートの変動を反映している。したがって、ストリーム配信処理部２１１によって、ビットレートが大きく変動するようなコンテンツについても適切な制限を設定することができる。

例えば、進捗度算出部２１４から通知された進捗度が１００％以上１２０％未満の範囲に含まれる場合に、制限レート決定部２１７は、設定情報テーブル２１５に基づいて、制限ビットレートＲ_ｌｉｍの値を区間ビットレートＲｄの１．５倍の値に決定する。

制限ビットレートＲ_ｌｉｍが決定されるごとに、配信制御部２１８は、ストリーム配信処理部２１１から現在の転送レートＲｓを受け取る(ステップ３０６)。そして、配信制御部２１８は、ストリーム配信処理の転送レートＲｓが制限ビットレートＲ_ｌｉｍを超えているか否かを判定する(ステップ３０７)。

新たに算出された制限ビットレートＲ_ｌｉｍが転送レートＲｓと同等か転送レートＲｓよりも大きい場合に(ステップ３０７の否定判定)、配信制御部２１８は、ストリーム配信処理部２１１に新たな制限ビットレートＲ_ｌｉｍを通知して適用させる(ステップ３０８)。

一方、新たに算出された制限ビットビットレートＲ_ｌｉｍが転送レートＲｓを下回っていた場合に(ステップ３０７の肯定判定)、配信制御部２１８は、ストリーム配信処理部２１１に対して、所定時間だけ配信を停止させる制御を行う(ステップ３０９)。その上で、配信制御部２１８は、ステップ３０８に進み、ストリーム配信処理部２１１に新たな制限ビットレートＲ_ｌｉｍを適用させる。

いずれの場合も、ステップ３０８で制限ビットレートＲ_ｌｉｍを適用した後に、配信制御部２１８は、ストリームデータの配信が完了しているか否かを判定する(ステップ３１０)。未送信のデータがある場合に、配信制御部２１８は、ステップ３１０の否定判定としてステップ３０１に戻り、ストリームデータの監視を続行する。

図４に、帯域幅制限動作を説明するシーケンス図を示す。

ＴＣＰに従うストリーム配信では、図４に示すように、クライアント端末２２０から通知されたウィンドウサイズ分のストリームデータを伝送した後、送達確認などのための休止期間を隔てて、次のウィンドウサイズ分の伝送が行われる。

ウィンドウサイズ分のストリームデータが伝送されている間に、ストリームデータからタイムスタンプが検出されるたびに、上述したようにして制限ビットレートＲ_ｌｉｍが算出される。そして、配信制御部２１８により、ストリーム配信処理部２１１から通知された転送ビットレートＲｓ(帯域幅)と制限ビットレートＲ_ｌｉｍとが比較される。

図４に示した例では、符号Ａで示した期間において、区間ビットレートの１．５倍にあたる中程度の制限ビットレートが適用されたストリーム配信が行われ、進捗度が１００％以上１２０％未満である状態が維持されている。この場合に、タイムスタンプの検出ごとに設定される制限ビットレートＲ_ｌｉｍと転送レートＲｓとは同等であるので(ステップ３０７の否定判定)、転送レートＲｓは、区間ビットレートＲｄの１．５倍程度に維持される。この期間では、ウィンドウサイズ分のストリームデータの配信が完了するまで、ステップ３０１からステップ３０８が繰り返され、ウィンドウサイズ分のストリームデータが連続的に配信される(図４の符号Ｓｄ１参照)。

一方、比較的ビットレートの低いストリームデータの区間を配信する際には、区間ビットレートの１．５倍の転送レートでストリーム配信を行うことにより、過剰なストリームデータがクライアント端末２２０に転送される場合がある。

図４に示した例では、２番目のストリーム配信の半ばで進捗度が１５０％を超えている(符号Ｓｄ２参照)。これは、時刻情報抽出部２１３で検出されたタイムスタンプに対応するストリームデータが再生される予定時刻が、クライアント端末２２０における視聴に対して大幅に先行していることを示している。

図３(ａ)に示した設定情報テーブル２１５では、このように進捗度が１５０％を超えた場合に、制限ビットレートＲ_ｌｉｍを区間ビットレートＲｄにあたるより小さい値に抑える旨が示されている。したがって、上述したタイムスタンプの検出タイミングで通知された進捗度に応じて、制限レート決定部２１７により、それまでの中程度の制限ビットレートに代えて、区間ビットレートＲｄと同等のより厳しい制限ビットレートＲ_ｌｉｍが決定される(ステップ３０５)。

このように、新たな制限ビットレートがそれまでの制限ビットレートよりも小さい値に設定された場合に、配信制御部２１８は、ステップ３０７の肯定判定としてステップ３０９に進む。そして、配信制御部２１８は、ストリーム配信処理部２１１に対して所定の期間ｔａだけ配信処理を停止させる制御を行う(ステップ３０９)。その後、配信制御部２１８は、新たな制限ビットレートをストリーム配信処理部２１１に適用させた上で、ステップ３１０に進んで、ストリームデータの配信完了を判定する。未配信のデータがある場合に(ステップ３１０の否定判定)、配信制御部２１８は、ステップ３０１に戻ってストリーム配信を続行させる。

図１に示したコンテンツ配信サーバ装置２１０では、進捗度によってストリーム配信が大幅に先行していることが示されたときに、上述したように、より小さい制限ビットレートが適用され、ストリーム配信に使用される帯域幅がより厳しく制限される。

更に、上述した例では、より小さい制限ビットレートの適用に先立って、図４に符号ｔａで示したように、ストリーム配信の停止期間を設けている。このように、各クライアント端末への過剰なストリーム配信を停止させる制御を行うことにより、過剰なストリーム配信に使用される帯域幅を極力削減し、コンテンツ配信サーバ装置が利用可能な帯域をより有効に各クライアント端末への配信に割り当てることができる。

このような帯域制御を適用することにより、クライアント端末２２０の受信バッファ２２２に過剰なストリームデータを蓄積させるようなストリーム配信に振り向けられる帯域幅が、選択的に制限される。つまり、上述したコンテンツ配信サーバ装置２１０によれば、大容量のハードディスク装置を搭載した液晶テレビなどが配信先のクライアント端末に含まれていても、これらに大量のストリームデータが視聴に先立って配信されることはない。これにより、大量のストリームデータの蓄積が可能な一部のクライアント端末２２０向けの配信に、コンテンツ配信サーバ装置２１０が使用可能な帯域が占有されることを防ぐことができる。

なお、進捗度が所定の閾値を超えたときに、上述した停止期間を設けずに、より小さい値に変更された制限ビットレートを適用する帯域幅制限を行うこともできる。

一方、図３(ａ)に示した例では、進捗度が１００％未満である場合には、区間ビットレートの２倍にあたる制限ビットレートを適用する旨が示されている。したがって、例えば、コンテンツの配信を開始した直後などには、制限ビットレートが区間ビットレートの２倍まで引き上げられ、比較的大きな帯域幅を利用してコンテンツのストリーム転送が行われる。

そして、ストリーム配信が進み、進捗度が１００％を超えたときに、制限ビットレートの値は、上述した中程度の値に切り替えられる。配信対象のコンテンツのビットレートに極端な変動がない場合は、上述した中程度の制限ビットレートを適用してストリーム配信を行うことで、１００％以上の進捗度を維持させることができる。

また一方、コンテンツ内のビットレートの高い部分を配信する際には、上述した中程度の制限ビットレートを適用していても、ストリーム配信にクライアント端末における視聴の進度が追いついてしまう場合がある。

例えば、図４に示した例では、３番目のストリームデータ配信期間(符号Ｓｄ３参照)に、進捗度が１００％を下回る期間Ｂが発生している(図４の符号Ｂ参照)。

このような場合に、制限レート決定部２１７は、ストリーム配信に遅延が生じている場合に対応するより大きな制限ビットレートを求め、この制限ビットレートが配信制御部２１８を介してストリーム配信処理部２１１に適用される。図４に示した例では、上述した期間Ｂについて、区間ビットレートの２倍の制限ビットレートが適用されている。

このように、進捗度の低下に応じて、より大きい制限ビットレートを適用することにより、ストリーム配信の遅れを速やかに解消させることができる。そして、遅れが解消された後は、再び中低度の制限ビットレート(区間ビットレートの１．５倍)が適用される。このような制御を行うことにより、ビットレートが高い区間についてもほぼ１００％の進捗度を維持させることができる。

このように、上述したコンテンツ配信サーバ装置２１０では、各クライアント端末へのストリーム配信に使用する帯域を制限しつつ、各クライアント端末へのストリーム配信をクライアント端末における視聴に対して適度に先行させた状態を維持することができる。つまり、コンテンツ配信サーバ装置が利用できる帯域の範囲内で、各ユーザの快適な視聴を保証することができる。

なお、進捗度算出部２１４は、再生時間Ｔｐに対する視聴予想時間Ｔｅの比Ｔｅ／Ｔｐで示される進捗度の代わりに、視聴予想時間Ｔｅと再生時間Ｔｐとの差で示される進捗度を求めることもできる。また、上述した再生時間Ｔｐと視聴予想時間Ｔｅとに基づいて、ストリーム配信が先行しているデータ量を求め、このデータ量を進捗度とすることもできる。

また、設定情報テーブル２１５に、４つ以上の進捗度の範囲について、それぞれ区間ビットレートに乗じる係数を設定しておくこともできる。また、進捗度の各範囲に対応して、停止期間の長さを設定することも可能である。

図３(ｂ)に、視聴予想時間Ｔｅと再生時間Ｔｐとの差で示される進捗度を４つの範囲に分け、各範囲に対応する係数と停止期間の長さを設定する設定情報テーブル２１５の例を示した。

また、制限ビットレートの算出に用いる係数の値は、上述した例に限られない。例えば、様々な特徴を持つコンテンツを様々なクライアント端末にストリーム配信を行う実験を行い、この実験結果に基づいて、適切な係数を決定することができる。また、上述した係数の値や停止期間の長さを進捗度の関数を用いて表すような設定情報を、設定情報テーブル２１５に保持しておくことも可能である。

更に、制限レート決定部２１７は、複数の設定情報テーブル２１５のいずれかを選択的に制限ビットレートの決定に利用することもできる(図３(ｃ)参照)。図３(ｃ)に示した例では、設定情報テーブル２１５に含まれる一つの設定情報により、先行しているデータ量で示される進捗度を、２つの閾値Ｄ１，Ｄ２で区切られた３つの範囲に分け、各範囲に対応する係数が示されている。例えば、平均ビットレートや最大ビットレートなどに基づいて、コンテンツ蓄積部２１２に蓄積されたコンテンツを複数のグループに分け、各グループについての設定情報を含んだ設定情報テーブル２１５を設けることができる。また、配信対象のコンテンツごとに、設定情報テーブル２１５に設定情報を保持させることもできる。このように複数の設定情報を含んだ設定情報テーブル２１５では、各設定情報について、進捗度を異なる数の範囲に分け、各範囲についてそれぞれ独立に上述した係数を設定することができる。

２１０コンテンツ配信サーバ装置
２１１ストリーム配信処理部
２１２コンテンツ蓄積部
２１３時刻情報抽出部
２１４進捗度算出部
２１５設定情報テーブル
２１６区間レート算出部
２１７制限レート決定部
２１８配信制御部
２２０クライアント端末
２２１ストリーム受信処理部
２２２受信バッファ
２２３再生処理部

Claims

複数のクライアント端末を宛先として、それぞれ配信対象のコンテンツをストリーム配信する配信手段と、
前記複数のクライアント端末それぞれについて、前記コンテンツの視聴の進み具合に対する前記ストリーム配信の進み具合を示す進捗度を算出する進捗度算出手段と、
前記各クライアント端末について算出された進捗度に基づいて、制限ビットレートを算出する制限レート算出手段と、
前記配信手段によって前記各クライアント端末に配信されるストリームデータのビットレートが前記制限ビットレートを超えたときに、前記配信手段にストリームデータの配信を所定の時間にわたって休止させる制御を行う配信制御手段と
を備えたことを特徴とするコンテンツ配信サーバ装置。
請求項１に記載のコンテンツ配信サーバ装置において、
前記進捗度算出手段は、
前記配信済みのストリームデータに含まれる最新のクロック情報で示される視聴予想時刻の現在時刻に対する比に基づいて、視聴が完了したストリームデータに対して前記配信済みのストリームデータの割合を示す進捗度を算出する
ことを特徴とするコンテンツ配信サーバ装置。
請求項１に記載のコンテンツ配信サーバ装置において、
前記進捗度算出手段は、
前記配信済みのストリームデータに含まれる最新のクロック情報で示される視聴予想時刻と現在時刻と差に基づいて、前記配信済みのストリームデータが視聴の完了したストリームデータに対して進んでいる時間を示す進捗度を算出する
ことを特徴とするコンテンツ配信サーバ装置。
請求項１に記載のコンテンツ配信サーバ装置において、
前記進捗度算出手段は、
前記配信済みのストリームデータの量と現在時刻とに基づいて、視聴の完了したストリームデータに対して、前記配信済みのストリームデーが先行しているデータ量を示す進捗度を算出する
ことを特徴とするコンテンツ配信サーバ装置。
請求項１に記載のコンテンツ配信サーバ装置において、
前記制限レート算出手段は、
前記複数のクライアント端末それぞれについて、前記ストリームデータに含まれるクロック情報に基づいて、前記配信手段による配信処理に供されるストリームデータの部分の区間ビットレートを算出する区間レート算出手段を備え、
前記進捗度について少なくとも一つの閾値で区切られた複数の範囲のうち、前記算出された進捗度が属する範囲に対応する係数を前記区間ビットレートに乗じて制限ビットレートを求める
ことを特徴とするコンテンツ配信サーバ装置。