JP2012070198A

JP2012070198A - 映像伝送システム

Info

Publication number: JP2012070198A
Application number: JP2010212929A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwasaki; 隆岩崎
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-04-05

Abstract

【課題】回線の帯域が変動した際に送信映像データ帯域を即時にそれに合わせることができない。
【解決手段】ダイヤルアップ制御部5a〜5dは携帯電話端末9a〜9dを用いた通信を行うためのＰＰＰ処理および発着信処理を行う。マルチリンク制御部６は接続状態にある回線に対応するダイヤルアップ制御部をルーティング部４へ、接続状態にある回線数を映像帯域制御部７に通知する。映像帯域制御部７は、接続状態にある回線数から伝送可能な回線帯域を求め、求めた回線帯域に基づいて符号化パラメータを決定して符号化部２に通知する。符号化部２は、通知された符号化パラメータを用い符号化を行う。ルーティング部４は、ＩＰパケット化された映像データを携帯電話網側に転送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像伝送システムに関し、特に、携帯電話網を利用して遠隔拠点間で映像伝送を行う映像伝送システムに関する。

災害現場からのリアルタイムな映像を放送局にて受信するといったように、有線通信インフラの整備されていないエリアからの映像を、携帯電話網を利用して伝送可能な映像伝送システムが近年増加している。

図４は、この種の一般的な映像伝送システムの構成の一例を示している。リモート局15は、現場の映像撮影を行うビデオカメラ10、映像伝送装置８、４つの携帯電話端末9a〜9dから構成されている。映像データは携帯電話端末9a〜9dの通信機能によって携帯電話網16に送信され、ＩＳＤＮ網17を経由して、ＩＳＤＮ回線17が接続されたセンタ局18のＩＳＤＮルータ19で受信し、復号化装置20によってモニタ21で視聴可能な映像データに復号され、センタ局18において視聴される。

リモート局15からセンタ局18に対し携帯電話網16を使用し映像データを伝送する際に、パケット通信方式を用いると、網の輻輳などによるパケットの遅延、廃棄などが発生し、リアルタイム性が重要である映像データの品質は大きく低下することがあるため、携帯電話網14を使用した映像伝送には、回線交換方式を用いるケースが多い。

また、回線交換モードでの携帯電話の通信帯域は64kbpsと一般的な映像データの伝送には帯域が十分ではないため、複数の回線を束ね合わせ、これらの合計帯域を持つ１回線としてデータ通信を行うＰＰＰマルチリンクプロトコル（以降、「ＭＰ」と表記）という技術が用いられる。

それでもなお、携帯電話と基地局間の電波状態の悪化や基地局の収容可能な端末数が上限に達してしまう等により、携帯電話端末9a〜9dのうち一部の回線が使用できなくなり、伝送すべき映像データの帯域に対し通信回線の帯域が小さくなると、センタ局16で視聴する映像データにフレーム落ちや、場合によっては映像が停止してしまうといった品質低下が発生する。

現在主流のMPEG4などの符号化による動画データは、送信フレームの解像度やフレーム数を高く設定しても、それらのデータの一部が網において廃棄されたり、遅延したりすることで、かえって受信側で再生される映像は、動きが一定でなくノイズの多い品質の悪いものとなる場合がある。また逆に送信フレームの解像度やフレーム数を小さく設定しても、データの廃棄や遅延が起こりにくくなることから、受信側では動きが一定でノイズのない安定した動画を得られやすいという特徴がある。つまり、リアルタイム性を求める映像データの伝送で一定の品質を得るには、常に「伝送すべきデータの帯域≦回線帯域」という関係が重要である。

また、遠隔地のLANとの間を複数の携帯電話によって接続し、各LANの送信すべきデータ量の増加に合わせて使用する携帯電話回線数を増加させ、ＭＰを用いることにより、LAN間通信を高速に行うという技術が知られている。

しかし、この技術では、リアルタイム性を必要とした映像や音声データを伝送する場合に品質が保たれない。その理由は、送信データ量の増加に合わせ、携帯電話回線数を増加しＭＰを用いても、携帯電話と基地局間の電波環境や、基地局あたりの上限ユーザ数の制限によって、回線接続ができない場合があるためである。この場合、送信データ帯域が回線帯域を上回る状態となり、データの遅延や欠損が発生し、映像データ品質の悪化は避けられない。

また、無線LANを経由した映像送信システムにおける、無線LAN部分の帯域低下等に伴う映像品質の劣化を受信側で検出し、それを送信側にフィードバックし、映像データの帯域やパラメータを制御することで映像品質を保つという技術も知られている。

しかし、この技術では、通信回線の輻輳などの状態によっては、映像や音声データの品質悪化からの回復に時間がかかったり、最適な品質を得られない場合がある。その理由は、無線ＬＡＮ部分の帯域低下や映像品質の劣化の検出等の手段を受信側に設け、その情報を送信側にフィードバックし映像データの帯域やパラメータを制御するため、図４に示したようなシステムの場合には、受信側→送信側のフィードバックに時間がかかり、また時々刻々と送信側回線の帯域が変動する場合には、追従が適切に行われない場合があるためである。

特開２００１−２８５３６８特開２００７−１８４９１３

解決しようとする問題点は、回線の帯域が変動した際に送信映像データ帯域を即時にそれに合わせ、安定した映像を伝送することができない点である。

本発明は、回線帯域を送信側の接続回線数によって判断し、その結果を送信映像データの帯域決定のために迅速にフィードバックすることを最も主要な特徴とする。

本発明の映像伝送装置は、回線帯域を送信側の接続回線数によって判断し、その結果を送信映像データの帯域決定のために迅速にフィードバックすることが容易であるため、回線の帯域が変動した際、送信映像データ帯域を即時にそれに合わせ、データの廃棄が発生しない範囲で最大帯域での映像データ送信を行うことができるので、現在普及している通信インフラ、装置コストを前提にして、容易かつ実効性の高い制御で安定した映像を伝送できる安定した品質の映像伝送を提供することができるという利点がある。

本発明の映像伝送装置の実施例１の構成を示すブロック図である。接続回線数から映像データの送信帯域の決定を示すフローチャートである。本発明の映像伝送装置の実施例２の構成を示すブロック図である。一般的な映像伝送システムの一例を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の映像伝送装置８の実施例１の構成を示している。ビデオカメラ10は、伝送すべき映像の撮影を行い、映像信号を映像伝送装置８へ入力する。映像伝送装置８は、入力した映像データを符号化して、携帯電話端末9a〜9dによる携帯電話網を経由して送信する。

映像伝送装置８の内のＡ／Ｄ変換部１は、カメラ10から入力してきたアナログの映像信号をデジタルデータに変換する。符号化部２は、映像データを決められた符号化則に基づき符号化を行う。パケット組立部３は、符号化された映像データをＩＰパケット化する。

ルーティング部４は、ＩＰパケット化された映像データをＷＡＮ、即ち携帯電話網側に転送する。この際、携帯電話端末9a〜9dによる回線がＭＰ機能を有効にしていない場合には、ＩＰパケットの宛先に応じた所定の１回線（携帯電話端末9a〜9dのいずれかひとつの方路）にＩＰパケットを転送し、一方、４つの携帯電話端末9a〜9dを用いＭＰ（Multilink Protocol）を構成している場合には、これら４つの回線を１回線とみなし各回線（携帯電話端末9a〜9dの方路）にＩＰパケットを転送する。

携帯電話端末9a〜9dと１対１対応のダイヤルアップ制御部5a〜5dは、ルーティング部４による制御の下に、携帯電話端末9a〜9dを用いた通信を行うためのＰＰＰ（Point-to-Point Protocol）処理および発着信処理を行う。即ち、ダイヤルアップ制御部5a〜5dは、映像データを伝送すべき相手先にダイヤルアップにて接続し、携帯電話端末9a〜9dを用いた複数の回線でＭＰによる通信を行う。

マルチリンク制御部６は、ダイヤルアップ制御部5a〜5dの接続状態にある回線数の情報を管理し、携帯電話端末9a〜9dを利用したＭＰ通信を可能とするため、ルーティング部４およびダイヤルアップ制御部5a〜5dを制御する。即ち、接続状態にある回線に対応するダイヤルアップ制御部をルーティング部４へ、また、接続状態にある回線数を映像帯域制御部７に通知する。なお、本図の例ではＭＰ機能は２〜４回線を用いることができる。

映像帯域制御部７は、接続状態にある回線数から伝送可能な回線帯域を求め、送信すべき映像データの帯域を制御するために、求めた回線帯域に基づいて符号化パラメータを決定して符号化部２に通知する。

符号化部２は、通知された符号化パラメータを用い符号化を行う。これにより、ＭＰを用い接続された回線数が多い場合には、その回線帯域いっぱいまで映像データの送信帯域を増加させ、一部の回線が切断され回線帯域が減少した場合には、即時に、その回線帯域まで映像データの帯域を減少させ、データの廃棄を極力抑えつつ送信可能な最大帯域を得ることが可能となり、受信側にて再生される映像品質を安定的に保つ効果をもたらす。なお、符号化部２は既存のもので足りる。

携帯電話端末9a〜9dは、携帯通信網を用いたデータ通信に使用する携帯電話である。ここでは、携帯電話機を例に挙げているが、携帯電話キャリアが提供している「通信カード」に置き換えることもできる。

次に、各接続回線数に対する映像ビットレートについて図２を参照しながら説明する。映像帯域制御部２−９が符号化部２−３に対し通知する符号化パラメータを決めるまでの動作を示すフローチャートである。

ダイヤルアップ制御部5a〜5dは相手先との自動接続処理を実行する（図２のステップＳ１）。マルチリンク制御部６はダイヤルアップ制御部5a〜5dの接続状態によって接続回線数の変化を判断し（図２のステップＳ２）、変化があれば接続回線数を判定するために次ステップに進む。４回線が接続できた場合（図２のステップＳ３）、送信帯域は２５６ｋｂｐｓ（６４ｋｂｐｓ／１回線）となるため、映像帯域制御部７は符号化部２に対し、符号化パラメータとして映像ビットレート＝２５６ｋｂｐｓと通知する（図２のステップＳ４）。

符号化部２は、映像帯域制御部７から通知される符号化パラメータ、「映像ビットレート＝２５６ｋｂｐｓ」に基づき、送信すべき映像データの帯域が２５６ｋｂｐｓ以下となるよう符号化を行う。

ここで、本映像伝送装置８が場所を移動した等により携帯電話の電波状態が悪化し、基地局との間の無線通信を維持できなくなったり、また一つの基地局あたりの接続端末数が上限に達してしまう等の理由で、４回線の一部、例えば２回線の接続が切断された場合、接続回線数２となったことを検出し（図３のステップＳ７）、映像帯域制御部７は符号化部２に対し、符号化パラメータとして、映像ビットレート＝１２８ｋｂｐｓと通知する（ステップＳ８）。

符号化部２は、映像帯域制御部７から通知される符号化パラメータ、「映像ビットレート＝１２８ｋｂｐｓ」に基づき、送信すべき映像データの帯域が１２８ｋｂｐｓ以下となるよう符号化を行う。

また、ダイヤルアップ制御部5a〜5dは、対応する回線が切断された場合、一定時間の後に自動でダイヤルアップによる再接続を行い、４回線の接続が復旧すれば、再度２５６ｋｂｐｓでの映像伝送が行われる。

ここで、上記の説明において、映像帯域制御部７が通知する符号化パラメータは、送信「映像ビットレート」であったが、送信する映像データの帯域を適切に制御可能であるならば、映像帯域制御部７が通知する符号化パラメータは、映像フレームレート、Iフレーム（映像の大部分の情報を含むフレーム）のレート、映像の鮮明さ、フレームサイズなど、他の符号化パラメータを用いても良い。但し、これらの変更する符号化パラメータは、受信側の復号化装置に設定変更が不要なものである必要がある。

以上のように、映像伝送装置８は、通信帯域の変化が前提である携帯電話を用いた映像伝送を行うにあたり、送信すべき映像データの帯域自体を、通信回線の帯域の変化に対応し即時変化させることにより、安定的品質の映像を伝送することが可能となる。

図３は本発明の映像伝送装置の実施例２の構成を示している。この映像伝送装置は、映像伝送サブユニット11と、外付けのビデオエンコーダユニット12に組み合わせたダイヤルアップルータである。

一般的な、ＩＰ網経由で映像データ伝送を行うビデオエンコーダユニット12は、Ａ／Ｄ変換部１、符号化部２、パケット組立部３、映像帯域制御部７およびＬＡＮ回線部13から構成され、映像データの送信帯域などの動作パラメータの設定は、映像データを送信するＬＡＮ回線部13を設定用管理ポートとして兼用し、ここにＰＣなどを接続して行うケースが多い。

映像伝送サブユニット11は、ＬＡＮ回線部14、ルーティング部４、ダイヤルアップ制御部5a〜5d、携帯電話端末9a〜9d、マルチリンク制御部６から構成される。図１におけるのと同じ参照番号が振られた構成要素は同じ機能を有する。また、図２はそのまま適用でき、図３の形態においても、図１の形態と同様の効果を得ることができる。

以上、携帯電話端末、携帯電話網の通信機能を用いた映像伝送を例に説明したが、回線メディアの種別に関わらず、複数回線を束ねて論理的な１本の回線として通信を行う技術（一般的に称されるリンクアグリゲーション）を用いた映像伝送装置、映像伝送システムにおいては、本発明を適用することによって同様の有効性を得られることは明らかである。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）複数回線を束ねて論理的な１本の回線として通信を行う映像伝送装置において、送信側で、前記複数回線の内の接続状態にある回線数を検出する手段と、前記検出された回線数に基づいて前記論理的な１本の回線により送信可能なデータの帯域を判定する手段と、前記決定した帯域により映像ビットレートを決定する手段と、前記決定された映像ビットレートを符号化パラメータとして送信すべき映像データを符号化することを特徴とする映像伝送装置。

（付記２）複数回線を束ねて論理的な１本の回線として通信を行う映像伝送装置において、それぞれが相手先との自動接続処理を実行する複数のダイヤルアップ制御部と、前記各ダイヤルアップ制御部の接続状態にある回線数の情報を管理するマルチリンク制御部と、前記マルチリンク制御部から通知される接続状態にある回線数から伝送可能な回線帯域を求め、それに基づいた映像ビットレートを決定する映像帯域制御部と、前記映像ビットレートを符号化パラメータとして送信すべき映像データを符号化する符号化部と、前記符号化された映像データをＩＰパケット化するパケット組立部と、前記ＩＰパケット化された映像データを接続状態にある回線対応の前記ダイヤルアップ制御部に出力するルーティング部を有することを特徴とする映像伝送装置。

（付記３）前記複数回線にはＰＰＰマルチリンクプロトコルを採用し、回線ごとに携帯電話網を利用して前記映像データを送信する付記１または付記２に記載の映像伝送装置。

１Ａ／Ｄ変換部
２符号化部
３パケット組立部
４ルーティング部
5a〜5d ダイヤルアップ制御部
６マルチリンク制御部
７映像帯域制御部
８映像伝送装置
9a〜9d 携帯電話端末
10 ビデオカメラ
11 映像伝送サブユニット
12 ビデオエンコーダユニット
13，14 ＬＡＮ回線部
15 リモート局
16 携帯電話網
17 ＩＳＤＮ網
18 センタ局
19 ＩＳＤＮルータ
20 復号化装置
21 モニタ

Claims

複数回線を束ねて論理的な１本の回線として通信を行う映像伝送装置において、
送信側で、前記複数回線の内の接続状態にある回線数を検出する手段と、
前記検出された回線数に基づいて前記論理的な１本の回線により送信可能なデータの帯域を判定する手段と、
前記決定した帯域により映像ビットレートを決定する手段と、
前記決定された映像ビットレートを符号化パラメータとして送信すべき映像データを符号化することを特徴とする映像伝送装置。
複数回線を束ねて論理的な１本の回線として通信を行う映像伝送装置において、
それぞれが相手先との自動接続処理を実行する複数のダイヤルアップ制御部と、
前記各ダイヤルアップ制御部の接続状態にある回線数の情報を管理するマルチリンク制御部と、
前記マルチリンク制御部から通知される接続状態にある回線数から伝送可能な回線帯域を求め、それに基づいた映像ビットレートを決定する映像帯域制御部と、
前記映像ビットレートを符号化パラメータとして送信すべき映像データを符号化する符号化部と、
前記符号化された映像データをＩＰパケット化するパケット組立部と、
前記ＩＰパケット化された映像データを接続状態にある回線対応の前記ダイヤルアップ制御部に出力するルーティング部を有することを特徴とする映像伝送装置。
前記複数回線にはＰＰＰマルチリンクプロトコルを採用し、回線ごとに携帯電話網を利用して前記映像データを送信する請求項１または請求項２に記載の映像伝送装置。