JP2020136945A

JP2020136945A - 処理装置、処理プログラムおよび処理方法

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Publication number: JP2020136945A
Application number: JP2019029190A
Authority: JP
Inventors: 朋彦及川; Tomohiko Oikawa
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】IP網で伝送される放送信号の損失を軽減する処理装置、処理プログラム及び方法を提供する。【解決手段】ＩＰ伝送システムにおいて、受信側中継所の中継器３１は、スイッチングハブから送信され、packet_sequence_numberが付与されたMMTP（MPEG Media Transport Protocol）パケットについて、第１IP網および第２IP網を介して、受信処理を実行する受信部３１１、３１２と、第１IP網および第２IP網から受信したMMTPパケットを、packet_sequence_numberが示す順番に取得処理を実行するMMT変換部３１４、３１６と、MMT変換部３１４、３１６に対して、第１IP網から受信したMMTPパケットを優先して取得処理を実行するように制御するアービタ３１７と、を有することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、処理装置、処理プログラムおよび処理方法に関し、例えば、放送信号のIP（Internet Protocol）網伝送において、ネットワーク経路の冗長化を構築しパケットの損失軽減方法に関して記載したものである。

2018年に高度広帯域衛星デジタル放送が開始され、従来の衛星デジタル放送に比べて放送波のデータ量が増大している。そのため、放送波の伝送損失は従来に比べ重要視される。

高度広帯域衛星デジタル放送では、放送波が降雨などの条件でアップリンクの遮断などの伝送損失が発生する場合がある。この場合、伝送損失の少ない送信局からアップリンクを実施するサイトダイバーシチ運用などが検討されている。

BS（Broadcasting Satellites）放送のIP再送信のように放送信号をIP網で伝送するシステムの一例は、非特許文献１（例えば、152頁に記載の“図4 IP放送センタから宅内までの配信概要”）に開示されている。このシステムにおいては、天候の影響による放送信号の損失は無視できる。しかし、IP網の特性上、ネットワーク障害などの要因で放送信号の損失は起こりうる。

そこで、IP網で冗長化構成を組みネットワーク障害などによる放送信号の損失への対策が検討されている。IP網による局間伝送における放送信号の伝送にはTLV(Type-Length-Value)パケットを用い、UDP(User Datagram Protocol)パケットにカプセル化して送信する方法が主流となっている。TLVパケットによる放送信号の伝送については、例えば、非特許文献２（例えば、3〜17頁に記載の“4. TLVパケットの伝送フォーマット”）に開示されている。

出口秀一著"特集 IPTVの最新事情 3.IPTVによるサービス 3-1. マルチキャスト配信による映像配信サービスの現状と今後"、映像情報メディア学会誌 Vol.63 No.5, 590-594頁（2009）、[online]、一般社団法人映像情報メディア学会、[平成３１年２月１４日検索]、インターネット＜https://www.jstage.jst.go.jp/article/itej/63/5/63_5_590/_pdf＞ "高度広帯域衛星デジタル放送テストストリームフォーマット仕様書"、技術資料Ａ−ＰＡＢＴＲ−００１１．１版（２０１７年９月５日）、一般財団法人放送サービス高度化推進協会

冗長化を組んだ複数のネットワーク経路を使用して損失を補完しあう方式を検討する場合、IP/UDPレイヤではどのパケットで損失が発生しているかを特定することは不可能である。さらに、TLVパケットのデータフォーマットはデータの種類(T)、データの長さ(L)、データ本体(V)の３種類のみという簡素な構成をとる（例えば、非特許文献２を参照）。このため、VoIP(Voice over Internet Protocol)で用いられるRTP(Real-time Transport Protocol)と同等の冗長化構成を組むことは不可能である。
上記事情に鑑みて、本発明は、IP網で伝送される放送信号の損失を軽減することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の処理装置は、第１装置から送信され、パケット順序情報が付与されたMMTP（MPEG Media Transport Protocol）パケットについて、第１経路および第２経路を介して、受信処理を実行する第１処理部と、前記第１経路および前記第２経路から受信したMMTPパケットを、前記パケット順序情報が示す順番に取得処理を実行する第２処理部と、前記第２処理部に対して、前記第１経路から受信したMMTPパケットを優先して前記取得処理を実行するように制御する第３処理部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の処理プログラムは、処理装置としてのコンピュータを、第１装置から送信され、パケット順序情報が付与されたMMTPパケットについて、第１経路および第２経路を介して、受信処理を実行する第１処理部と、前記第１経路および前記第２経路から受信したMMTPパケットを、前記パケット順序情報が示す順番に取得処理を実行する第２処理部と、前記第２処理部に対して、前記第１経路から受信したMMTPパケットを優先して前記取得処理を実行するように制御する第３処理部と、として機能させるための処理プログラムである。

また、本発明の処理方法は、処理装置における処理方法であって、前記処理装置は、第１装置から送信され、パケット順序情報が付与されたMMTPパケットについて、第１経路および第２経路を介して、受信処理を実行する第１ステップと、前記第１経路および前記第２経路から受信したMMTPパケットを、前記パケット順序情報が示す順番に取得処理を実行する第２ステップと、前記第２ステップに対して、前記第１経路から受信したMMTPパケットを優先して前記取得処理を実行するように制御する第３ステップと、を実行することを特徴とする。

本発明によれば、IP網で伝送される放送信号の損失を軽減することができる。

第１の実施形態におけるIP伝送システムの機能構成図である。放送信号のパケットのデータ構造を示す図である。 MMTPパケットのヘッダ部分のデータ構造を示す図である。中継器の機能構成図である。第１の実施形態における欠損したパケットの補完の説明図である。第１の実施形態における伝送処理のフローチャートである。第２の実施形態における欠損したパケットの補完の説明図である。

以下、本発明の実施するための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、本実施形態では、本発明と直接的に関連しない構成や周知な構成については、説明を省略する場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

（概要）
本発明では、TLVパケットの上位レイヤに当たるMMTP(MPEG Media Transport Protocol)に着目する。MMTPパケットの持つ順序を示す情報からパケットの損失を検出し、複数のネットワーク経路を持つ冗長化構成においてMMTPパケットレベルの損失補完をする。

≪第１の実施形態≫
＜構成＞
図１に示すように、第１の実施形態におけるIP伝送システムは、アンテナ１１と、送信器１２と、スイッチングハブ１３と、第１IP網２１と、第２IP網２２と、中継器３１と、収容装置３２と、を備える。アンテナ１１と、送信器１２と、スイッチングハブ１３は、送信側中継所１０内に配置されている。第１IP網２１と、第２IP網２２は、IP網２０の構成要素である。中継器３１と、収容装置３２は、受信側中継所３０内に配置されている。
なお、スイッチングハブ１３は、特許請求の範囲の「第１装置」の例である。
第１IP網２１は、特許請求の範囲の「第１経路」の例である。
第２IP網２２は、特許請求の範囲の「第２経路」の例である。

アンテナ１１は、放送波を受信し、放送信号として送信器１２に出力する。
送信器１２は、放送信号を伝送するためのIPパケットをスイッチングハブ１３に出力する。出力されるIPパケットの詳細は後記する。

スイッチングハブ１３は、特定の宛先にIPパケットを振り分ける。スイッチングハブ１３は、IPパケットを複製して、第１IP網２１および第２IP網２２の各々に出力する。なお、IPパケットの複製方法は限定されず周知技術でよく、説明は省略する。

第１IP網２１は、予め設定された経路情報に従う主系の伝送路を構成する。第２IP網２２は、予め設定された経路情報に従う副系の伝送路を構成する。IPパケットは、第１IP網２１および第２IP網２２を通過して中継器３１に送信される。なお、第１IP網２１および第２IP網２２における経路情報の設定方法は限定されず周知技術でよく、説明は省略する。

中継器３１は、第１IP網２１および第２IP網２２を介して受信したIPパケットを蓄積する。中継器３１は、蓄積されたIPパケットに所定の処理をした後、処理済みのIPパケットを収容装置３２に出力する。中継器３１の詳細は後記する。

収容装置３２は、放送視聴者の端末（図示せず）に接続された回線を収容する。収容装置３２は、中継器３１からのIPパケットをＳＴＢ（Set Top Box）４１に送信する。

図１に示すＳＴＢ４１は、IPパケットに乗る放送信号をＴＶ４２で視聴可能な信号に変換する。ＳＴＢ４１は、放送視聴者の端末の構成要素である。
図１に示すＴＶ４２は、放送視聴用の機器であり、放送視聴者の端末の構成要素である。

図２に示すように、IP伝送システムが伝送するIPパケットは、TLVパケットをUDPパケットにカプセル化し、さらにIPパケットでカプセル化したものである。また、TLVパケットには上位レイヤとしてのMMTPパケットが搭載されている。MMTPパケットは、ヘッダ部分（「MMTP_packet」と表記）およびペイロード部分（「MMTP_payload」と表記）に分けられる。放送信号の符号化方式は、例えば、MFU/MPUとし、放送信号の符号をMMTPペイロードに乗せてMMTPパケット化し、IPパケットで伝送されるようにすることができる。
なお、図２に示す「Ethernet」（Ethernetは登録商標）は、IPパケットの下位となる物理レイヤである。
ここで、図２の放送信号のパケットのデータ構造における、上位レイヤから下位レイヤの各レイヤとして、「MMTP_payload」、「MMTP_packet」、「TLV」、「UDP」、「IP」、「Ethernet」を記載しているが、「MMTP_packet」（MMTPパケット）と「TLV」との間のレイヤには、さらに上位レイヤから順に「UDP」のレイヤと「IP」のレイヤが存在する。図２では、「MMTP_packet」と「TLV」との間のレイヤに存在する「UDP」のレイヤと「IP」のレイヤは、周知技術にて処理されるレイヤなので、説明は省略する。

図３に示すように、MMTPパケットのヘッダ部分には、「packet_sequence_number」（パケットシーケンス番号）が付与されている。図３中「packet_sequence_number」は、TLVパケットによって放送されるコンテンツの順序を規定するデータである。また、図３中「RAP_flag」は、TLVパケットによって放送されるコンテンツの開始点を規定するデータである。
なお、「packet_sequence_number」は、特許請求の範囲の「パケット順序情報」の例である。

図４に示すように、中継器３１は、受信部３１１、３１２と、TLV変換部３１３、３１５と、MMT変換部３１４、３１６と、アービタ３１７といった機能部を備える。
なお、中継器３１は、特許請求の範囲の「処理装置」の例である。
受信部３１１、３１２は、特許請求の範囲の「第１処理部」の例である。
MMT変換部３１４、３１６は、特許請求の範囲の「第２処理部」の例である。
アービタ３１７は、特許請求の範囲の「第３処理部」の例である。

受信部３１１、３１２は、第１IP網２１および第２IP網２２を介して、スイッチングハブ１３から送信されたIPパケットについて受信処理を実行する。受信したIPパケットは、packet_sequence_numberを含むMMTPパケットを搭載する。

TLV変換部３１３、３１５は、受信部３１１、３１２で受信したIPパケットについてTLV変換をする。TLV変換は、受信したIPパケットをTLVフォーマットに変換する処理である。TLV変換によって、IPパケットから、MMTPパケットが搭載されたTLVパケットが抽出される。

MMT変換部３１４、３１６は、TLV変換部３１３、３１５がTLV変換したIPパケットについてMMT変換をする。MMT変換は、受信したIPパケットをMMTフォーマットに変換する処理である。MMT変換によって、MMTPパケットが搭載されたTLVパケットからMMTPパケットが抽出される。MMT変換部３１４、３１６は、第１IP網２１および第２IP網２２を介して受信したIPパケットに含まれるMMTPパケットを、MMTPパケットに含まれるpacket_sequence_numberが示す順番に取得する取得処理を実行することができる。

アービタ３１７は、MMT変換部３１４、３１６に対して、第１IP網２１から受信したIPパケットに含まれるMMTPパケットを優先して取得処理を実行するように制御（優先制御）する。アービタ３１７は、制御済みのIPパケットを収容装置３２に出力する。

受信側中継所３０では、中継器３１が、主系となる第１IP網２１、および、副系となる第２IP網２２からのIPパケットを受信する。図５に示すように、中継器３１は、経路ごとのIPパケットを蓄積する。蓄積されたIPパケットは、MMT変換部３１４、３１６によって、MMTPパケット中のpacket_sequence_number（図５では、n〜n+6で示す）の順番に従いソートされる。ソートされたIPパケットは、アービタ３１７により順番に読み出される。

アービタ３１７では、原則主系からのIPパケットのみ読み出し、副系からのIPパケットは廃棄する。しかし、図５のように主系のIPパケット(n+4)が欠落している場合、副系で受信したIPパケット(n+4)で補完する。その結果、中継器３１は、ＳＴＢ４１に対して、欠落したパケットが補完された状態でIPパケットを送信することができる。IPパケット(n+4)の欠落は、MMTPパケット中のpacket_sequence_numberから特定することができる。また、MMTPパケット中のRAP_flagによって、開始点となるIPパケット(n)を特定することができる。TLVパケットにはパケットの順番を識別する手段が存在しないため、TLVパケットのみで冗長化構成を組むことはできないが、TLVパケットにMMTPパケットを搭載することで冗長化構成を組むことができる。
ここで、上述したように、「MMTP_packet」（MMTPパケット）と「TLV」との間のレイヤには、「UDP」のレイヤと「IP」のレイヤが存在するので、中継器３１は、TLV変換部３１３、３１５と、MMT変換部３１４、３１６との間に、IP-UDP変換部とIP-UDP変換部とUDP-MMTP変換部とを備える。図４では、TLV変換部３１３、３１５とMMT変換部３１４、３１６との間に存在する、TLV-IP変換部とIP-UDP変換部とUDP-MMTP変換部は、周知技術にて処理されるので、説明は省略する。
またここで、TLV-IP変換部は、TLVパケットについてIP変換（TLVパケットをIPフォーマットに変換（TLVパケットが搭載されたIPパケットを抽出））をする処理部である。IP-UDP変換部は、IPパケットについてUDP変換（IPパケットをUDPフォーマットに変換（IPパケットが搭載されたUDPパケットを抽出））をする処理部である。UDP-MMTP変換部は、UDPパケットについてMMTP変換（UDPパケットをMMTPフォーマットに変換（UDPパケットが搭載されたMMTPパケットを抽出））をする処理部である。

＜処理＞
第１の実施形態における中継器３１による伝送処理は、図６に示す通りである。すなわち、まず、中継器３１は、受信部３１１、３１２によって、第１IP網２１および第２IP網２２を介したIPパケットの受信処理を実行する（ステップＳ１）。受信処理されたIPパケットは、TLV変換部３１３、３１５によるTLV変換、および、MMT変換部３１４、３１６によるMMT変換がなされる。
ここで、受信処理されたIPパケットは、TLV変換部３１３、３１５によるTLV変換とMMT変換部３１４、３１６によるMMT変換との間に、さらに、TLV-IP変換部によるIP変換と、IP-UDP変換部によるUDP変換と、UDP-MMTP変換部によるMMTP変換がなされる。

次に、中継器３１は、MMT変換部３１４、３１６によって、第１IP網２１および第２IP網２２を介して受信したIPパケットに含まれるMMTPパケットを、MMTPパケットに含まれるpacket_sequence_numberが示す順番に取得する取得処理を実行する（ステップＳ２）。次に、中継器３１は、アービタ３１７によって、第１IP網２１（主系）から受信したIPパケットに含まれるMMTPパケットを優先して取得処理を実行するように優先制御を実行する（ステップＳ３）。

次に、中継器３１は、アービタ３１７によって、packet_sequence_numberを参照して、主系からのIPパケットの欠落があるか否か判定する（ステップＳ４）。欠落がある場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、第２IP網２２（副系）にある同じ番号のIPパケットで補完する（例えば、中継器３１は、図５の「ｎ＋４」に関わるIPパケットで補完する）（ステップＳ５）。その後、中継器３１は、収容装置３２に、欠落が解消されたIPパケットを出力し、図６の処理を終了する。一方、欠落が無い場合（ステップＳ４でＮｏ）、中継器３１は、収容装置３２にIPパケットを出力し、図６の処理を終了する。

第１の実施形態によれば、MMTPパケットが搭載されたTLVパケットの損失（欠落）発生箇所を特定したり、損失を補完したりすることができる。その結果、IP網で伝送される放送信号の損失を軽減することができる。
また、IP伝送システム全体としても、MMTPを解析することができる中継器（中継器３１相当）のみ用意すれば、既存のシステムでも実現することができる。

≪第２の実施形態≫
第２の実施形態を説明する際、第１の実施形態と重複する部分については説明を省略し、第１の実施形態との相違点について主に説明する。第２の実施形態の構成は、第１の実施形態と同じである（図１参照）。

第１の実施形態では、MMTPパケット(ヘッダ部分)のpacket_sequence_numberの順番にパケットを処理し、パケットの損失を補完する方法について説明した。しかし、ARIB TR-B39の技術資料によれば、packet_sequence_numberは、packet_id（図３参照）ごとに用意されるため、中継器３１ではpacket_sequence_numberを複数種類管理しなければならない。さらに、中継器３１が受信するIPパケットは、m（サービス情報に関する変数）、n（放送信号に関する変数）の２種類のpacket_sequence_numberが混在している状態にある。このため、ストリーム全体としてのパケットの順番が不明である。なお、サービス情報は、例えば、MMT SI（Service Information）などの制御信号とすることができる。

図７に示すように、中継器３１は、経路ごとのIPパケットを蓄積する。このとき、蓄積されるIPパケットは、２種類のIPパケットが混在した状態である（図７では、n,n+1,・・・、m,m+1,・・・で示す）。IPパケットの種類は、MMTPパケットのヘッダ部分にある「packet_id」（図３参照）で識別することができる。

本実施形態では、複数の種類が混在した状態で蓄積されたIPパケットは、MMT変換部３１３によって、MMTPパケット中のtimestamp（タイムスタンプ）（図３参照）を基準にしてソートされる。timestampは、packet_sequence_numberと異なり、NTP（Network Time Protocol）を基準にするため、packet_idに関わらず一意となる。
なお、「timestamp」は、特許請求の範囲の「パケット順序情報」の例である。「timestamp」および「packet_id」（MMTPパケットの識別子）の組合せを「パケット順序情報」の例としてもよい。

蓄積されたIPパケットを、timestamp基準でソートしたことにより、ストリーム全体のIPパケットの順番を保持した状態でpacket_idごとのパケット損失箇所を特定することが可能となる。つまり、m,nの２種類のIPパケットが混在するストリーム全体において、実際にはmのIPパケットに欠損があったときに、timestampを利用することで、mのIPパケットの欠損を確実に特定することができ、誤ってnのIPパケットの欠損を特定してしまうことはない。中継器３１は、主系となる第１IP網２１から受信したIPパケットにおいて、パケット損失箇所を特定した場合、副系となる第２IP網２２から受信した同じtimestampを持つIPパケットで補完することができる（例えば、中継器３１は、図７の「ｎ＋３」に関わるIPパケットで補完する）。その結果、中継器３１は、欠損なしのIPパケットを収容装置３２に出力することができる。なお、中継器３１による、主系となる第１IP網２１から受信したIPパケットにおいて、パケット損失があるか否かの判定は、例えば、副系となる第２IP網２２から受信したIPパケットを都度参照して、主系と副系との間で同じtimestampを持つIPパケットが存在するか否かを判定することで実現することができる。

第２の実施形態における中継器３１による伝送処理は、概ね第１の実施形態と同じである（図７参照）。ただし、MMT変換部３１４、３１６による取得処理（ステップＳ２参照）において、第１IP網２１および第２IP網２２を介して受信したIPパケットに含まれるMMTPパケットは、MMTPパケットに含まれるtimestampが示す順番に従って取得される。

第２の実施形態によれば、放送情報やサービス情報が混在した等の、packet_idが複数ある混在した条件下でも、一意な情報であるtimestampを使用することで、パケット損失の発生個所の特定、損失の補完が可能となる。その結果、IP網で伝送される放送信号の損失を軽減することができる。

≪その他≫
（ａ）：本発明は、MMTPパケットを搭載したTLVパケットをIP網で伝送するシステムにおいて適用可能である。主な適用例としてケーブルテレビ放送、放送局の局間伝送があるがこれらに限定されない。
（ｂ）：伝送されるIPパケットにRTP（Real-time Transport Protocol）のレイヤが搭載されている場合、RTPに基づいてIPパケットの順番を特定することができる。このため、IP網の冗長化構成においてIPパケットの欠損補充を実現することができる。
（ｃ）：第２の実施形態において、timestampが示す時刻が同じになる２以上のIPパケットが存在する場合には、MMTPパケット中のpacket_idを併せて参照することで、IPパケットの区別が可能となり、IPパケットを所望の順番にソートすることができる。
（ｄ）：本実施形態の中継器３１は、ＣＰＵ（Central Processing unit）と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段（記億部）と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラムを実行することにより、各種機能が実現される。

１０送信側中継所
１１アンテナ
１２送信器
１３スイッチングハブ
２０ IP網
２１第１IP網
２２第２IP網
３０受信側中継所
３１中継器
３２収容装置
３１１、３１２受信部
３１３、３１５ TLV変換部
３１４、３１６ MMT変換部
３１７アービタ
４１ＳＴＢ
４２ＴＶ

Claims

処理装置であって、
第１装置から送信され、パケット順序情報が付与されたMMTP（MPEG Media Transport Protocol）パケットについて、第１経路および第２経路を介して、受信処理を実行する第１処理部と、
前記第１経路および前記第２経路から受信したMMTPパケットを、前記パケット順序情報が示す順番に取得処理を実行する第２処理部と、
前記第２処理部に対して、前記第１経路から受信したMMTPパケットを優先して前記取得処理を実行するように制御する第３処理部と、
を有することを特徴とする、処理装置。
前記第３処理部は、前記第１経路から受信したMMTPパケットに欠落がある場合、前記第２経路から受信したMMTPパケットから前記欠落したMMTPパケットを補完する、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
前記パケット順序情報は、パケットシーケンス番号である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の処理装置。
前記パケット順序情報は、タイムスタンプ、および、前記MMTPパケットの識別子の組合せである、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の処理装置。
処理装置としてのコンピュータを、
第１装置から送信され、パケット順序情報が付与されたMMTPパケットについて、第１経路および第２経路を介して、受信処理を実行する第１処理部と、
前記第１経路および前記第２経路から受信したMMTPパケットを、前記パケット順序情報が示す順番に取得処理を実行する第２処理部と、
前記第２処理部に対して、前記第１経路から受信したMMTPパケットを優先して前記取得処理を実行するように制御する第３処理部と、
として機能させるための処理プログラム。
処理装置における処理方法であって、
前記処理装置は、
第１装置から送信され、パケット順序情報が付与されたMMTPパケットについて、第１経路および第２経路を介して、受信処理を実行する第１ステップと、
前記第１経路および前記第２経路から受信したMMTPパケットを、前記パケット順序情報が示す順番に取得処理を実行する第２ステップと、
前記第２ステップに対して、前記第１経路から受信したMMTPパケットを優先して前記取得処理を実行するように制御する第３ステップと、
を実行することを特徴とする、処理方法。