JP3615048B2 - データ伝送装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ伝送装置、特にデジタル映像や音声などのマルチメディアをネットワークに提供するマルチメディア情報提供システムの技術に関するもので、インターネットやＬＡＮなどのネットワークに、複数のメディアを効率的に提供するものである。本発明は、インターネットやＬＡＮのように、限られたネットワーク資源、ＣＰＵ資源を複数のメディアが共有するシステムにおいて、特に有効となる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットやＬＡＮにデジタル映像や音声などのデジタルメディアを伝送するシステムが急速に普及しつつある。これらのシステムは、例えば、圧縮したデジタル映像や音声を決まったレートで提供するものや、送出レートを調整し、インターネットのように帯域が変化するネットワーク上に映像や音声を送出するものがある。
【０００３】
インターネットに映像や音声を提供する従来技術としては情報処理学会、マルチメディア通信と分散処理８３−８”ＱｏＳを保証しないネットワークのための輻輳制御機能を有する連続メディア情報転送プロトコル”記載の方法がある。
【０００４】
この方法では、映像や音声のストリームの要求レート（一定時間に、ネットワークに送出しようとするデータ量）を、ネットワークの輻輳を検知するまで徐々に増加させていき、輻輳を検知したら、伝送レート（実際にネットワークに送出できたデータ量）を測定し、要求レートを測定した伝送レートの値まで下げている。輻輳時の伝送レートは、ネットワークの空き帯域と同じであるため、この方法により、常にネットワークの帯域に合わせた伝送レートでストリームを送出することができる。（ネットワークの帯域はネットワークの線速度や、そこに接続されるサーバや端末の性能などにより決まる）
【０００５】
この従来のデータ伝送装置は図１９に示すように、ストリームをネットワークに送出するサーバ１０１と、ストリームを伝送するネットワーク１０２と、ストリームを受信する数台の端末１０３−１〜１０３−Ｍから構成される。
【０００６】
サーバ１０１は、ストリームを生成するストリーム生成手段１０４と、ストリームをネットワーク１０２に伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎと、ネットワーク１０２の輻輳を検出してストリームの要求レートを下げるレート制御手段１９０１−１〜１９０１−Ｎを具備している。
【０００７】
以下に、この従来のデータ伝送装置の動作を説明する．まず、ストリーム生成手段１０４は、蓄積された映像や、カメラで撮影されたリアルタイム映像、音声などのデジタルデータを順次、ストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎに伝達する。伝達するストリームはストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎ毎に別々でもよいし、同じものを伝達してもよい。ストリーム伝達手段１０５−１〜１０５−Ｎはストリーム生成手段１０４から受け取ったストリームにどの端末に伝送するのか宛先を付加し、指定された要求レートで、ネットワーク１０２に送出する。
【０００８】
ネットワーク１０２はパケットに記載された宛先の端末１０３−１〜１０３−Ｍにパケットを伝達する。端末１０３−１〜１０３−Ｍではパケットを受信する。受信したパケットはメディアに再構成してから記録してもよいし、ディスプレイなどに表示してもよい。
【０００９】
次に要求レートを決定する動作を図２０と図２１を参照しながら説明する．レート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎは、２００１で、一定時間待機した後に、２００２で、それぞれ対応するストリーム伝送手段１０６−１〜１０６−Ｎの要求レートを増加させる。２００２終了後は再び２００１を繰り返し他のストリームの要求レートを増加させる。
【００１０】
レート制御手段１９０１−１〜１９０１−Ｎは、２１０１で、それぞれ、対応するストリーム伝送手段１０６−１〜１０６−Ｎの伝送レートを測定する。伝送レートの測定値は、伝送レートの細かい揺れを吸収するために、一定測定時間の平均値を用いるのが一般的である。次に、２１０２で、測定した伝送レートが要求レートよりも小さいかどうか判断する。もし小さいようであれば、２１０３で要求レートの値を測定した伝送レートの値に置き換えた後、２１０１を再び実行する。もし、小さくなければ、２１０１を再び実行する。
【００１１】
以上の動作を繰り返すことにより、一定時間毎に要求レートを増加させ、輻輳を検知した時に、要求レートを下げることができる。これにより、常にネットワークの帯域に合わせた伝送レートでストリームを伝送することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のデータ伝送装置にあっては、各ストリームが互いに帯域を奪い合うことのない状態を想定していた。これまでのインターネットでは、ストリームが通過するネットワーク上で、もっとも帯域が狭いのが端末とプロバイダーを接続する線であり、帯域を奪い合う状況は、あまり、発生しなかった。しかし、実際には、一つの端末に複数の映像を伝送するアプリケーションが開発されはじめ、また、インターネット利用ユーザの増加により、幹線でも輻輳が発生し始めているために以下の課題が生じている。
【００１３】
第１の課題は、複数のストリームが限られた帯域を共有する場合、送出レートの制御をストリーム毎に個別に行っていたため、ストリーム間で互いに限られた帯域を奪い合い、結果として、ストリーム間の伝送レートの不平等が生じていた。例えば、ネットワークの遅延が小さいストリームは、常に他のストリームよりも早く帯域の競合を検知することができるため、他のストリームよりも優先的に要求レートを下げてしまい伝送レートを確保することができなかった。
【００１４】
第２の課題は、伝送するストリームのデータ量が時間とともに変化する場合（このストリームを一般にＶＢＲストリームという）、ネットワークの帯域を有効に利用することができなかった。これは、同時に伝送するストリームのデータ量がもっとも多いときに帯域の競合が生じないように各ストリームの要求レートを決定していたため、通常のデータ量が少ない状態では、要求レートほど実際の伝送レートがでないため、確保した帯域を無駄にしてしまうからである。
【００１５】
第３の課題は、各ストリームの帯域を別々に増加させていたため、ネットワークの帯域を共有するストリームの数が多ければ多いほど、輻輳を発生させる頻度が高くなった。これは、連続的な輻輳の発生を引き起こし、ストリームの遅延や跡切れを生じさせていた。
【００１６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、帯域を共有する複数のストリームが互いに限られた帯域を奪い合う状況下においても、伝送レートの不平等が生じさせることなく、データ送出の効率化を図ることができるデータ伝送装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
複数のストリームが互いに帯域を奪い合う状況において、上記の課題を解決するためには、実際にどのストリームとどのストリームが帯域を奪い合っているのかを検出し、各ストリームに帯域を割り当てる（つまり、適切な要求レートを決定する）必要がある。以下に、その手段を示す。
【００１８】
本発明では、同時に伝送レートが下がったストリームを検出することによりネットワーク帯域を共有するストリームと、そのネットワークの帯域を測定し各、ストリームにその帯域を割り当てることにより、第１の課題を解決する。
【００１９】
また、グループ化されたストリームのデータレートに応じて、グループ内のストリームに帯域を割り当てる。帯域の割り当てはストリームのデータレートが低いときには、別のデータレートの高いストリームを空いた帯域で伝送できるように要求レートを決定することにより、第２の課題を解決する。
【００２０】
また、グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げることにより、第３の課題を解決する。そして、これらの課題を解決する措置により上記目的を達成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、複数のストリームをネットワークに伝送する場合に、どのストリームとどのストリームが共通のネットワーク帯域を奪い合っているのかを検出し、その結果に基づき各ストリームに帯域を割り当てるようにしたものであり、これにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、同時に伝送レートが低下するストリームを検出することにより、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームを検出することにより、帯域を奪い合うストリームを検出するようにしたものであり、これにより、ストリーム検出が容易にでき、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、同時に伝送レートが上昇するストリームを検出することにより、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームを検出することにより、帯域を奪い合うストリームを検出するようにしたものであり、これにより、ストリーム検出が容易にでき、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項４記載の発明は、共通のネットワーク帯域を奪い合っているストリームを同じグループにグループ化することにより、帯域を奪い合うストリームを記憶するようにしたものであり、これにより、ストリームをグループ化して各グループに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項４記載のデータ伝送装置において、グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定し、グループ内の一定割合以上のストリームが同時に帯域の奪い合いを検知した場合に限り、帯域の奪い合いが発生したと判断するようにしたものであり、グループ化の精度を上げて適切な帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項４記載のデータ伝送装置において、グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定し、グループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差の合計が一定以上になった場合に限り、帯域の奪い合いが発生したと判断することにより、グループ化の精度を上げて適切な帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項７記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの伝送レートを平均化することにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項８記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの伝送レートを、伝送レートの大きなストリームほど大幅に削減するようにしたものであり、各ストリームに適切な帯域を割り当てることができる。
【００２９】
本発明の請求項９記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの中から初めに、保証レートが指定されているストリームに帯域を割り当て、その後、残りの帯域を保証レートが指定されていないストリームに割り当てるようにしたものであり、帯域保証の必要なストリームに帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３０】
本発明の請求項１０記載の発明は、請求項４記載のデータ伝送装置において、グループ化されたストリームのデータレートが変化する度に、各ストリームにデータレートに合わせた帯域の割り当てを行うことにより、データレートの変動するストリームを効率的に伝送することができる。
【００３１】
本発明の請求項１１記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げるようにしたものであり、グループ内の帯域競合の発生頻度を一定にして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３２】
本発明の請求項１２記載の発明は、ストリームをネットワークに送出するサーバと、ストリームを伝送するネットワークと、ストリームを受信する数台の端末とから成るシステムにおいて、サーバが、ストリームを生成するストリーム生成手段と、ストリームをネットワークに伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段と、ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマーと、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段を具備したものであり、これにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３３】
本発明の請求項１３記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、ネットワークの帯域の競合を同時に検知するストリームを検出することにより、適切なグループ化を行うことができる。
【００３４】
本発明の請求項１４記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出するようにしたものであり、適切なグループ化を行うことにより、各グループに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３５】
本発明の請求項１５記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、適切なグループ化を行うようにしたものであり、適切なグループ化を行うことにより、各グループに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３６】
本発明の請求項１６記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、グループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせることにより、各ストリームに適切な帯域を割り当てるようにしたものであり、適切な帯域を割り当てることにより、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３７】
本発明の請求項１７記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、グループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減することにより、各ストリームに適切な帯域を割り当てるようにしたものであり、各グループに適切な帯域を割り当てることにより、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３８】
本発明の請求項１８記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、サーバが、保証すべきストリームの伝送レートを記憶している保証レート記憶手段を具備し、連携制御手段が、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てることにより、帯域保証の必要なストリームに帯域を割り当てるようにしたものであり、帯域保証の必要なストリームに適切な帯域を割り当てることにより、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有することができる。
【００３９】
本発明の請求項１９記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、サーバが、グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てるデータレート検出制御手段を具備したものであり、データレートの変動するストリームを効率的に伝送するという作用を有する。
【００４０】
本発明の請求項２０記載の発明は、サーバが、ストリームを生成するストリーム生成手段と、ストリームをネットワークに伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段と、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段と、ストリームの要求レートをグループ毎に上げるレート増加手段を具備したものであり、これにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうとともに、グループ内の帯域競合の発生頻度を一定にできるという作用を有する。
【００４１】
以下、本発明の各実施の形態について、図１から図１８を用いて説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何等限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００４２】
（実施の形態１）
本発明では、共通の帯域を奪い合う複数のストリームを検出して、それぞれのストリームに適切な帯域を割り当てるようにしている。第１の実施の形態では、まず、同じ帯域を奪い合うストリームを検出する方法について述べる．
【００４３】
インターネットやＬＡＮでストリームを伝送する場合、どのストリームと、どのストリームがお互いに帯域を奪い合うかを予め予測することは事実上不可能である。これは、一つのストリームがサーバから端末に到着するまでには、様々な帯域をもつネットワークを通過し、そのネットワークを、様々な伝送レート、種類のストリームが共有しているからである。これらのストリームの接続状況は時々刻々と変化しているので、システムが利用できるネットワーク帯域も時々刻々と変化することになる。
【００４４】
そこで、本実施の形態では時々刻々と変化するネットワークの状況を、ストリーム間の競合を検出することにより把握する。ストリーム間の競合は、複数のストリームの伝送レートを同時に測定し、伝送レートが同時に減少したストリームを競合するストリームとして検出する。これは、インターネットやＬＡＮなどの一つの帯域を複数のストリームで共有するネットワークでは、帯域の競合が発生すると、競合するストリーム全ての伝送レートが下がることを利用している。
また、この競合の検出を連続的に繰り返すことにより、時々刻々と変化するストリームの競合関係を常に把握することが可能となる。
【００４５】
図１は本発明の第１の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。このシステムは、図１に示すように、ストリームをネットワークに送出するサーバ１０１と、ストリームを伝送するネットワーク１０２と、ストリームを受信する数台の端末１０３−１〜１０３−Ｍから構成される。サーバ１０１は、ストリームを生成するストリーム生成手段１０４と、ストリームをネットワーク１０２に伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎと、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段１０７を具備している。
【００４６】
サーバ１０１の１０４〜１０６と、ネットワーク１０２、端末１０３−１〜１０３−Ｍは従来の技術と同様に動作している。ただし、レート増加タイマー１０６は複数のストリームで同時にレートを上げないように動作することが望ましい。これは、違う帯域を共有する複数のストリームが同時に輻輳状態を引き起こすことにより、間違ったグループ化が行われるのを避けるためである。ネットワーク１０２は限られた伝送帯域をもち、時分割や周波数、位相多重などにより複数のストリームを多重し伝送することができる。サーバ１０１の連携制御手段１０７は、各ストリームの伝送レートを測定し、伝送レートの変化より、共通の帯域を奪い合うストリームを検出する。
【００４７】
以下に、そのストリーム検出処理の手順を説明する。図２はこの第１の実施の形態における共通の帯域を奪い合うストリームの検出処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図３は上記共通の帯域を奪い合う各ストリームに対する帯域割り当ての一例を示す図である。図２において、まず、２０１では、サーバ１０１が送出しているストリーム全ての伝送レートを測定する。伝送レートの測定方法は、一定時間に送出されたパケット量とパケット長を測定してもよいし、ＴＣＰなどのコネクション型ネットワークでは、送信バッファ量のデータ残量から伝送レートを測定してもよい。ここでは、図３に示す、ストリーム１とストリーム２とストリーム３の測定を行ったものとする。また、ストリーム１から３までの要求レートがそれぞれ１０ｋｂｐｓ、５ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓ、また、測定の結果がそれぞれ、９ｋｂｐｓ、３ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓであったとする。
【００４８】
２０２では、測定の結果、伝送レートが要求レートを下回るストリームかどうかを判別する（つまり帯域の競合を起こしているストリームかどうかを判別する）。伝送レートが要求レートよりも小さいストリームは２０３の処理を行い、そうでないストリームはグループの処理を終了する。ここでは、ストリーム１とストリーム２の伝送レートがそれぞれ要求レートを下回っているのでストリーム１とストリーム２に対して処理２０３を行う。 ２０３では、２０３を実行するストリーム、すなわち、伝送レートが要求レートを下回るストリーム全てを同じグループとして登録しグループ化の処理を終了する。ここでは、ストリーム１とストリーム２が同じグループとして登録される。
【００４９】
以上の動作により、同じ帯域を奪い合うストリームを検出し、グループ化を行うことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化が図ることができ、その実用的効果は大きい。
【００５０】
（実施の形態２）
第２の実施の形態は、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行う方法について述べる。この方法は、複数のストリームが帯域の競合を起こしているときに、ネットワーク帯域に空きを作り、同時に伝送レートが上昇したストリームを検出し同じグループに登録する。ネットワークの空きはストリームを一つ選択し、その要求レートを引き下げることにより作ることができる。これは、インターネットやＬＡＮなどの一つの帯域を複数のストリームで共有するネットワークでは、帯域の競合の解除は、競合している全てのストリームで同時に起こることを利用している。
【００５１】
第２の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行うことを特徴とする。また、レート増加タイマー１０６は複数のストリームで同時にレートを上げてもよい。これは、本発明では、帯域の競合を起こしているストリームしかグループ化の対象にならないためである。
【００５２】
以下に、そのグループ化の手順について説明する。図４はこの第２の実施の形態におけるネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図５は上記グループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。図４において、まず、２０１、２０２は第１の実施例と同様に動作し、伝送レートが要求レートを下回るストリームのみ４０１を実行する。
【００５３】
ここでは、図５のストリーム１とストリーム２、ストリーム３の伝送レートが要求レートを下回ったものとする。４０１では、ストリームを一つ、または、複数選択し、その要求レートを下げる。要求レートの下げ幅は、任意の値でかまわない。ここでは、ストリーム１のレートを下げたものとする。次に、４０２では、ストリームの伝送レートを再び測定する。次に、４０３では、要求レートと伝送レートの等しいストリーム（すなわち競合の解除されたストリーム）のみ２０３を実行し、その他のストリームは再び４０１から処理を繰り返す。この処理は、全てのストリームが競合を検知しなくなるまで繰り返されることになる（４０１で要求レートを削減しているのでいつかは全ての競合が解除される）。ここでは、ストリーム１とストリーム２で要求レートと伝送レートが等しくなったものとする。ストリーム３は、まだ、伝送レートが要求レートを下回っているものとし、４０１の処理を行い、要求レートを下げることになる。
【００５４】
２０３では、第１の実施の形態と同様に２０３を実行するストリームを全て同じグループとして登録する。２０３を実行するストリームは同時に競合の解除を検知したストリームとなる。ここでは、ストリーム１とストリーム２が同じグループに登録される。
【００５５】
以上の動作により、同じ帯域を奪い合うストリームを検出し、グループ化を行うことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化が図ることができ、その実用的効果は大きい。
【００５６】
（実施の形態３）
第３の実施の形態は、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、ネットワークのジッタ（遅延の揺らぎ）が大きい場合でも、グループ化を確実に行う方法について述べる。
【００５７】
インターネットやＬＡＮでは、通信速度と比較して線やネットワーク機器の性能が低い場合にジッタが生じることが知られている。また、サーバや端末が、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）やＵＮＩＸ（登録商標）のようなＯＳ上で動作しているときは、ＯＳの負荷が高くなるとタスク割り当てのばらつきが生じジッタが発生する。ネットワークのジッタが発生すると伝送レートのばらつきが生じ、ジッタなのか帯域の競合なのか判別が難しくなる。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定することにより、帯域の競合を検知する。帯域の競合の検知方法としては、グループ内の一定割合以上のストリームが同時に競合を検知した場合に、競合と判断する方法や、グループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差の合計が一定以上になったら競合と判断する方法がある。これらの方法は、ジッタは各ストリームでランダムに発生し、複数のストリームで同時に発生する確率が低いことを利用している。
【００５９】
第３の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行うことを特徴としている。
【００６０】
以下に、そのグループ化の手順について説明する。図６はこの第３の実施の形態におけるグループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図である。図６において、まず、２０１、２０２は第１の実施例と同様に動作し、伝送レートが要求レートを下回るストリームのみ６０１を実行する。
【００６１】
６０１では、グループにすでに登録されているストリームのみ６０２を実行し、そうでないストリームは２０３を実行する。６０２の動作は次の２種類が考えられる。一つ目は、グループにすでに登録されているストリームに対して、そのストリームと同じグループのストリームが一定以上の割合で帯域の競合を検出している場合に帯域の競合を検出したと判断する。二つ目は、グループにすでに登録されているストリームに対して、同じグループのストリームの伝送レートと要求レートの差を計算し、その合計が一定値以上になる場合に帯域の競合を検出したと判断する。前記のどちらかの方法で、帯域の競合を検出したときは処理２０３を行い、帯域の競合を検出しなかった場合はグループ化処理を終了する。
【００６２】
２０３では、同時に帯域の競合を検出したストリームを同じグループとして登録する。
【００６３】
以上の動作により、ネットワークのジッタが大きい場合でも、グループ化を確実に行うことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化を図ることが確実なため、その実用的効果は大きい。
【００６４】
（実施の形態４）
第４の実施の形態は、グループ化されたストリームにネットワーク帯域を適切に割り当てる方法について述べる。
【００６５】
この方法は、前記、第１から第３の実施の形態で、グループに登録されたストリームに対して、グループ内のストリームの伝送レートの合計値を、各ストリームの新たな要求レートに割り振る。これは、グループ内のストリームの合計値が、そのストリームが通過するネットワークの実質的な帯域（つまり、システムで利用できる帯域）となることを利用している。
【００６６】
グループ化されたストリーム、すなわち同じ帯域を共有するストリームに、どのように帯域を割り当てるかは、幾つかの方法が考えられる。例えば、一定の数のストリームだけ帯域を割り当て、残りのストリームには帯域を割り当てないようにしたり、ストリームの発生した順番で高い帯域を割り当てるなどの方法がある。ここでは、グループ内の伝送レートの平均を求め、各ストリームの要求レートを平均レートにあわせる方法を例に帯域の割り当て方法を説明する。
【００６７】
第４の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、グループ化処理が発生した場合に、グループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせることを特徴としている。
【００６８】
以下に、そのストリームの要求レートの変更手順を説明する。図７はこの第４の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせる処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図８は上記グループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００６９】
まず、７０１では、上記、第１の実施の形態〜第３の実施の形態のどれかを用いてストリームのグループ化を行う。次に、７０２では、７０１で新たにグループ化されたグループが存在する場合、つまり、帯域の競合を検出した場合に７０３を実行し、そうでなければ７０１の処理を繰り返す。ここでは、図８のストリーム１とストリーム２が新たにグループ化されたものとする。
【００７０】
７０３では、新たにグループ化されたグループ内のストリームの平均伝送レートを計算し、グループ内の全てのストリームの要求レートを平均伝送レートとする。このとき、各ストリームの要求レートを、伝送レートの測定の誤差を考慮し少し小さ目に設定してもよい。ここでは、ストリーム１の伝送レートが８ｋｂｐｓ、ストリーム２の伝送レートが４ｋｂｐｓであったとする。したがって、平均値は６ｋｂｐｓになり、ストリーム１とストリーム２の要求レートは共に６ｋｂｐｓとなる。７０３で、各ストリームの要求レートを設定した後は再び７０１から処理を繰り返す。
【００７１】
以上の動作により、各ストリームに適切な帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００７２】
（実施の形態５）
第５の実施の形態は、グループ化されたストリームの伝送レートを徐々にそろえていくことにより、グループ化の精度が低いときでも適切に帯域を割り当てる方法についてついて述べる。
【００７３】
この方法は、グループ内の要求レートの大きなストリームほど、要求レートの削減幅を大きくする。この動作とストリームの要求レートを定期的に上げる動作により、各ストリームの要求レートを徐々にそろえていくことができる。レートを徐々にそろえていくのは、間違ったグループ化がされたときの影響を最低限に押さえるためである。また、要求レートを下げるだけで、上げないのは、間違ったグループ化により、要求レートが上げられ、帯域競合を誘発することを防ぐためである。本方法では、たとえ、間違ったグループが希に行われても、大部分のグループ化が上手く行えれば適切な帯域の割り当てが可能である。
【００７４】
第５の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、グループ化処理が発生した場合に、グループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減することを特徴としている。
【００７５】
以下に、その要求レートの削減手順を図９のアルゴリズムと図１０を参照しながら説明する。図９はこの第５の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減する処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図１０は上記グループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００７６】
図９の７０１と７０２は第４の実施の形態と同様に動作し、新たに登録されたグループがあるときは９０１を実行する。ここでは、図１０のストリーム１とストリーム２が新たにグループ化されたものとする。９０１では、新たにグループ化されたグループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差を求め、その合計を求める。これは、グループ内のストリームの伝送レートが合計で、どのくらい要求レートを下回るかを求めている。９０１の計算が終了したら９０２を実行する。ここでは、ストリーム１の要求レート１０ｋｂｐｓ、伝送レートが７ｋｂｐｓ、ストリーム２の要求レートが５ｋｂｐｓ、伝送レートが４ｋｂｐｓとする。それぞれの要求レートと伝送レートの差が３ｋｂｐｓと１ｋｂｐｓなので、合計で差は４ｋｂｐｓとなる。
【００７７】
９０２では、グループ内のストリームの要求レートを、要求レートの大きいストリームほど大きく削減する。この時、グループ全体の要求レートの合計が伝送レートの合計と等しくか小さくすることにより、帯域の競合を回避することができる。この様な要求レートは、例えば式１、”要求レート＝要求レート−９０１で計算したレート差の合計×要求レート／グループ内の要求レートの合計”や式２”要求レート＝要求レート−９０１で求めたレート差の合計×（要求レート−伝送レート）／（要求レート−伝送レート）のグループ内の合計”により、求めることができる。ここでは、式１を用いてストリーム１とストリーム２の要求レートを決定する。ストリーム１の要求レートは１０−４×１０／１５＝７．３ｋｂｐｓとなり、ストリーム２の要求レートは５−４×５／１５＝３．７ｋｂｐｓとなる。これは、ストリーム１とストリーム２の要求レートの差が前よりも小さくなったことを示している。
【００７８】
以上の動作により、グループ化の精度が低いときでも適切に帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００７９】
（実施の形態６）
第６の実施の形態は、伝送レートを保証する必要のあるストリームに優先的に帯域を割り当てる方法について述べる。
【００８０】
映像や音声のデジタルデータには、圧縮率や映像のフレームレート、解像度などを変換してデータレート（映像や音声などにおいて一定時間に送らなければならないデータ量）を変更できるものと、常に固定の帯域を確保しなければならないものがある。これは、データの圧縮率やフレームレートをリアルタイムに変化させることができるかどうかによって決まる。
【００８１】
本実施例では、グループ化されたストリームの中から初めに、保証レートが指定されているストリームに帯域を割り当て、その後、残りの帯域を保証レートが指定されていないストリームに割り当てる。これにより、伝送レートの保証が必要なストリームと、必要でないストリームが混在する環境で、伝送レートの保証が必要なストリームを伝送することができる。
【００８２】
図１１は本発明の第６の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。第６の実施の形態のシステムは、図１１に示すように、第１の実施の形態のシステムのサーバ１０１が、保証すべきストリームの伝送レートを記憶している保証レート記憶手段１１０１を具備し、連携制御手段１０７が、グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てることを特徴としている。
【００８３】
以下に、その帯域を割り当て手順を図１２のアルゴリズムと図１３を参照しながら説明する。図１２はこの第６の実施の形態におけるグループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図１３は上記割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００８４】
図１２の７０１と７０２は第４の実施の形態と同様に動作し、新たに登録されたグループがあるときは１２０１を実行する。ここでは、ストリーム１とストリーム２が新たに同じグループに登録されたものとする。１２０１では、グループ内の帯域保証の必要なストリームの保証レートを保証レート記憶手段１１０１から取り出し、要求レートを取り出した保証レートとする。ここでは、ストリーム１が帯域保証の必要なストリームであり、保証レートが１０ｋｂｐｓであったとする。従ってストリーム１の要求レートは１０ｋｂｐｓとなる。次に、１２０２では、グループ内のストリームの伝送レートの合計から、帯域保証の必要なストリームに割り振った帯域の残りを、保証の必要のないストリームに割り当てる。この帯域の割り当ては、例えば次の式により要求レートを決定することにより実現できる。式”要求レート＝（グループ内の伝送レートの合計−グループ内の保証レートの合計）／グループ内のレート保証ストリーム以外のストリームの数”。ここでは、ストリーム１とストリーム２の伝送レートが、それぞれ、８ｋｂｐｓ、５ｋｂｐｓであったとする。したがって、ストリーム２の要求レートは、（１３−１０）／１＝３ｋｂｐｓとなる。
【００８５】
以上の動作により、伝送レートを保証する必要のあるストリームに優先的に帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００８６】
（実施の形態７）
第７の実施の形態は、データレートが変動するストリームに適切な帯域を割り当てる方法について述べる。映像や音声のデジタルデータには、被写体の動きやシーンの変化、音量などによりデータ量が変化するものがある。これらのストリームはＶＢＲと呼ばれ、通常のデータレートとピーク時のデータレートには大きな違いが生じる。
【００８７】
本実施の形態では、グループ化されたストリームのデータレートに応じて、グループ内のストリームに帯域を割り当てる。帯域の割り当てはストリームのデータレートが低いときには、別のデータレートの高いストリームを空いた帯域で伝送できるように要求レートを決定することにより行う。これにより、帯域を有効に利用する確率を高くすることができる。
【００８８】
図１４は本発明の第７の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。第７の実施の形態のシステムは、図１４に示すように、第１の実施の形態のシステムに加え、グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てるデータレート検出制御手段１４０１を備えることを特徴としている。また、ストリーム生成手段１０４と、ストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、レート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎ、連携制御手段１０７は、第１の実施の形態〜第６の実施の形態と同様に動作している。データレート検出制御手段１４０１はデータレートの変動に合わせてストリームに帯域を割り当てる。
【００８９】
以下に、その帯域の割り当て手順を図１５のアルゴリズムと図１６を参照しながら説明する。図１５はこの第７の実施の形態におけるデータレートの変動に合わせてストリームに帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図１６は上記帯域割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００９０】
図１５において、まず１５０１では、ストリーム生成手段１０４の生成するストリームのデータレートを常に検出し、データレートの変化するストリームを検出したら１５０２を実行する。ここでは、ストリーム１のデータレートが１０ｋｂｐｓ、ストリーム２のデータレートが５ｋｂｐｓであったときに、ストリーム１のデータレートが７ｋｂｐｓに変化したとする。１５０２では、データレートの変化したストリームがグループに登録されているかどうかどうか判別し、登録されていないのであれば再び１５０１を実行し、データレートの変化するストリームを検出する。これは、グループ化されていないストリームは、他のストリームと帯域を共有していないので、他のストリームに帯域を割り振ったり、他のストリームから帯域をもらうことができないためである。もし、グループ化されているのであれば、１５０３を実行し、帯域の再割り当てを行う。ここでは、ストリーム１とストリーム２が同じグループに登録されているものとする。
【００９１】
１５０３では、データレートの変化したストリームと同じグループのストリームの要求レートを決定し直す。要求レートの決定の方法としては、例えば式”要求レート＝グループ内の伝送レートの合計×データレート／グループ内のデータレートの合計”を用いることができる。この式は、データレートの大きさに応じてネットワークの帯域を割り当てることを意味している。ここでは、ストリーム１とストリーム２の伝送レートがそれぞれ８ｋｂｐｓと４ｋｂｐｓであったものとする。従ってストリーム１の要求レートは１２×７／１２＝７ｋｂｐｓ、ストリーム２の要求レートは、１２×５／１２＝５ｋｂｐｓとなる。
【００９２】
以上の動作により、データレートが変動するストリームに適切な帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００９３】
（実施の形態８）
第８の実施の形態は、グループ毎に一定の間隔でストリームの要求レートを上げることにより、帯域の競合の発生する頻度を一定に保つ方法について述べる。この方法は、グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げる動作を繰り返すことにより、同じグループ内のストリームの要求レートを連続的に上げるのを防ぐことができる。
【００９４】
図１７は本発明の第８の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。第８の実施の形態のシステムは、図１７に示すように、第１の実施の形態のシステムのサーバ１０１が、ストリームを生成するストリーム生成手段１０４と、ストリームをネットワーク１０２に伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段１０７と、ストリームの要求レートをグループ毎に上げるレート増加手段１７０１を具備している。
【００９５】
また、ストリーム生成手段１０４と、ストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、連携制御手段１０７は、第１の実施の形態〜第７の実施の形態と同様に動作している。レート増加手段１７０１は、登録されているグループを一つ選択し、そのグループ内の要求レートを上げる。
【００９６】
以下にそのグループ内の要求レートを上げる手順を図１８のアルゴリズムを参照しながら説明する。図１８はこの第８の実施の形態における登録されているグループを一つ選択し、そのグループ内の要求レートを上げる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図である。
【００９７】
図１８において、まず２３０１では一定時間待機した後に１８０１を実行する。待機時間はネットワーク状況の変化する速度などにより、適切な時間を選ぶことが望ましい。１８０１では、登録されているグループを一つ選択する。この時、グループに登録されていないストリームを、グループとして扱ってもよい（つまり、登録されているのが一つのストリームだけのグループ）。
【００９８】
次に、１８０２では、グループに登録されているストリームを一つまたは、複数選択する。選択するストリームの数は、グループ化が確実でないときや、ネットワークの状態変化が早いときは、少ないほうが望ましい。これは、複数のストリームを選択し、その要求レートを上げると、例え、帯域を奪い合っていなくとも、そのストリーム同士は再び同じグループにグループ化されるためである。次に、２３０２では、選択したストリームの要求レートを上げる。この動作は従来の技術と同様である。
【００９９】
以上の動作により、グループ内の帯域の競合の発生する頻度を一定に保つことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化が図ることができ、その実用的効果は大きい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明は、上記の実施の形態より明らかなように、同じ帯域を奪い合うストリームを検出し、グループ化を行うことができる。
【０１０１】
また、ネットワークのジッタが大きい場合でも、グループ化を確実に行うことができる。また、各ストリームに適切な帯域を割り当てることができる。また、グループ化の精度が低いときでも適切に帯域を割り当てることができる。
【０１０２】
また、伝送レートを保証する必要のあるストリームに優先的に帯域を割り当てることができる。また、データレートが変動するストリームに適切な帯域を割り当てることができる。また、グループ内の帯域の競合の発生する頻度を一定に保つことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】前記第１の実施の形態における共通の帯域を奪い合うストリームの検出処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図３】前記第１の実施の形態における共通の帯域を奪い合う各ストリームに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図５】前記第２の実施の形態における、グループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるグループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図７】本発明の第３の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの平均値に合わせる処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図８】本発明の第４の実施の形態における、グループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減する処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１０】前記第５の実施の形態における、グループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図１１】 本発明の第６の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図１２】前記第６の実施の形態におけるグループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１３】前記第６の実施の形態における割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図１４】本発明の第７の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図１５】前記第７の実施の形態におけるデータレートの変動に合わせてストリームに帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１６】前記第７の実施の形態における帯域割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図１７】本発明の第８の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図１８】前記第８の実施の形態における登録されているグループを一つ選択し、そのグループ内の要求レートを上げる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１９】従来のマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図２０】従来技術のレート増加アルゴリズムを説明するフロー図
【図２１】従来技術のレート制御アルゴリズムを説明するフロー図
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ伝送装置、特にデジタル映像や音声などのマルチメディアをネットワークに提供するマルチメディア情報提供システムの技術に関するもので、インターネットやＬＡＮなどのネットワークに、複数のメディアを効率的に提供するものである。本発明は、インターネットやＬＡＮのように、限られたネットワーク資源、ＣＰＵ資源を複数のメディアが共有するシステムにおいて、特に有効となる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットやＬＡＮにデジタル映像や音声などのデジタルメディアを伝送するシステムが急速に普及しつつある。これらのシステムは、例えば、圧縮したデジタル映像や音声を決まったレートで提供するものや、送出レートを調整し、インターネットのように帯域が変化するネットワーク上に映像や音声を送出するものがある。
【０００３】
インターネットに映像や音声を提供する従来技術としては情報処理学会、マルチメディア通信と分散処理８３−８”ＱｏＳを保証しないネットワークのための輻輳制御機能を有する連続メディア情報転送プロトコル”記載の方法がある。
【０００４】
この方法では、映像や音声のストリームの要求レート（一定時間に、ネットワークに送出しようとするデータ量）を、ネットワークの輻輳を検知するまで徐々に増加させていき、輻輳を検知したら、伝送レート（実際にネットワークに送出できたデータ量）を測定し、要求レートを測定した伝送レートの値まで下げている。輻輳時の伝送レートは、ネットワークの空き帯域と同じであるため、この方法により、常にネットワークの帯域に合わせた伝送レートでストリームを送出することができる。（ネットワークの帯域はネットワークの線速度や、そこに接続されるサーバや端末の性能などにより決まる）
【０００５】
この従来のデータ伝送装置は図１９に示すように、ストリームをネットワークに送出するサーバ１０１と、ストリームを伝送するネットワーク１０２と、ストリームを受信する数台の端末１０３−１〜１０３−Ｍから構成される。
【０００６】
サーバ１０１は、ストリームを生成するストリーム生成手段１０４と、ストリームをネットワーク１０２に伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎと、ネットワーク１０２の輻輳を検出してストリームの要求レートを下げるレート制御手段１９０１−１〜１９０１−Ｎを具備している。
【０００７】
以下に、この従来のデータ伝送装置の動作を説明する．まず、ストリーム生成手段１０４は、蓄積された映像や、カメラで撮影されたリアルタイム映像、音声などのデジタルデータを順次、ストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎに伝達する。伝達するストリームはストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎ毎に別々でもよいし、同じものを伝達してもよい。ストリーム伝達手段１０５−１〜１０５−Ｎはストリーム生成手段１０４から受け取ったストリームにどの端末に伝送するのか宛先を付加し、指定された要求レートで、ネットワーク１０２に送出する。
【０００８】
ネットワーク１０２はパケットに記載された宛先の端末１０３−１〜１０３−Ｍにパケットを伝達する。端末１０３−１〜１０３−Ｍではパケットを受信する。受信したパケットはメディアに再構成してから記録してもよいし、ディスプレイなどに表示してもよい。
【０００９】
次に要求レートを決定する動作を図２０と図２１を参照しながら説明する．レート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎは、２００１で、一定時間待機した後に、２００２で、それぞれ対応するストリーム伝送手段１０６−１〜１０６−Ｎの要求レートを増加させる。２００２終了後は再び２００１を繰り返し他のストリームの要求レートを増加させる。
【００１０】
レート制御手段１９０１−１〜１９０１−Ｎは、２１０１で、それぞれ、対応するストリーム伝送手段１０６−１〜１０６−Ｎの伝送レートを測定する。伝送レートの測定値は、伝送レートの細かい揺れを吸収するために、一定測定時間の平均値を用いるのが一般的である。次に、２１０２で、測定した伝送レートが要求レートよりも小さいかどうか判断する。もし小さいようであれば、２１０３で要求レートの値を測定した伝送レートの値に置き換えた後、２１０１を再び実行する。もし、小さくなければ、２１０１を再び実行する。
【００１１】
以上の動作を繰り返すことにより、一定時間毎に要求レートを増加させ、輻輳を検知した時に、要求レートを下げることができる。これにより、常にネットワークの帯域に合わせた伝送レートでストリームを伝送することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のデータ伝送装置にあっては、各ストリームが互いに帯域を奪い合うことのない状態を想定していた。これまでのインターネットでは、ストリームが通過するネットワーク上で、もっとも帯域が狭いのが端末とプロバイダーを接続する線であり、帯域を奪い合う状況は、あまり、発生しなかった。しかし、実際には、一つの端末に複数の映像を伝送するアプリケーションが開発されはじめ、また、インターネット利用ユーザの増加により、幹線でも輻輳が発生し始めているために以下の課題が生じている。
【００１３】
第１の課題は、複数のストリームが限られた帯域を共有する場合、送出レートの制御をストリーム毎に個別に行っていたため、ストリーム間で互いに限られた帯域を奪い合い、結果として、ストリーム間の伝送レートの不平等が生じていた。例えば、ネットワークの遅延が小さいストリームは、常に他のストリームよりも早く帯域の競合を検知することができるため、他のストリームよりも優先的に要求レートを下げてしまい伝送レートを確保することができなかった。
【００１４】
第２の課題は、伝送するストリームのデータ量が時間とともに変化する場合（このストリームを一般にＶＢＲストリームという）、ネットワークの帯域を有効に利用することができなかった。これは、同時に伝送するストリームのデータ量がもっとも多いときに帯域の競合が生じないように各ストリームの要求レートを決定していたため、通常のデータ量が少ない状態では、要求レートほど実際の伝送レートがでないため、確保した帯域を無駄にしてしまうからである。
【００１５】
第３の課題は、各ストリームの帯域を別々に増加させていたため、ネットワークの帯域を共有するストリームの数が多ければ多いほど、輻輳を発生させる頻度が高くなった。これは、連続的な輻輳の発生を引き起こし、ストリームの遅延や跡切れを生じさせていた。
【００１６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、帯域を共有する複数のストリームが互いに限られた帯域を奪い合う状況下においても、伝送レートの不平等が生じさせることなく、データ送出の効率化を図ることができるデータ伝送装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
複数のストリームが互いに帯域を奪い合う状況において、上記の課題を解決するためには、実際にどのストリームとどのストリームが帯域を奪い合っているのかを検出し、各ストリームに帯域を割り当てる（つまり、適切な要求レートを決定する）必要がある。以下に、その手段を示す。
【００１８】
本発明では、同時に伝送レートが下がったストリームを検出することによりネットワーク帯域を共有するストリームと、そのネットワークの帯域を測定し各、ストリームにその帯域を割り当てることにより、第１の課題を解決する。
【００１９】
また、グループ化されたストリームのデータレートに応じて、グループ内のストリームに帯域を割り当てる。帯域の割り当てはストリームのデータレートが低いときには、別のデータレートの高いストリームを空いた帯域で伝送できるように要求レートを決定することにより、第２の課題を解決する。
【００２０】
また、グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げることにより、第３の課題を解決する。そして、これらの課題を解決する措置により上記目的を達成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、複数のストリームをネットワークに伝送する場合に、どのストリームとどのストリームが共通のネットワーク帯域を奪い合っているのかを検出し、その結果に基づき各ストリームに帯域を割り当てるようにしたものであり、これにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、同時に伝送レートが低下するストリームを検出することにより、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームを検出することにより、帯域を奪い合うストリームを検出するようにしたものであり、これにより、ストリーム検出が容易にでき、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、同時に伝送レートが上昇するストリームを検出することにより、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームを検出することにより、帯域を奪い合うストリームを検出するようにしたものであり、これにより、ストリーム検出が容易にでき、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項４記載の発明は、共通のネットワーク帯域を奪い合っているストリームを同じグループにグループ化することにより、帯域を奪い合うストリームを記憶するようにしたものであり、これにより、ストリームをグループ化して各グループに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項４記載のデータ伝送装置において、グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定し、グループ内の一定割合以上のストリームが同時に帯域の奪い合いを検知した場合に限り、帯域の奪い合いが発生したと判断するようにしたものであり、グループ化の精度を上げて適切な帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項４記載のデータ伝送装置において、グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定し、グループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差の合計が一定以上になった場合に限り、帯域の奪い合いが発生したと判断することにより、グループ化の精度を上げて適切な帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項７記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの伝送レートを平均化することにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項８記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの伝送レートを、伝送レートの大きなストリームほど大幅に削減するようにしたものであり、各ストリームに適切な帯域を割り当てることができる。
【００２９】
本発明の請求項９記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの中から初めに、保証レートが指定されているストリームに帯域を割り当て、その後、残りの帯域を保証レートが指定されていないストリームに割り当てるようにしたものであり、帯域保証の必要なストリームに帯域を割り当て、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３０】
本発明の請求項１０記載の発明は、請求項４記載のデータ伝送装置において、グループ化されたストリームのデータレートが変化する度に、各ストリームにデータレートに合わせた帯域の割り当てを行うことにより、データレートの変動するストリームを効率的に伝送することができる。
【００３１】
本発明の請求項１１記載の発明は、請求項１記載のデータ伝送装置において、グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げるようにしたものであり、グループ内の帯域競合の発生頻度を一定にして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３２】
本発明の請求項１２記載の発明は、ストリームをネットワークに送出するサーバと、ストリームを伝送するネットワークと、ストリームを受信する数台の端末とから成るシステムにおいて、サーバが、ストリームを生成するストリーム生成手段と、ストリームをネットワークに伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段と、ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマーと、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段を具備したものであり、これにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３３】
本発明の請求項１３記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、ネットワークの帯域の競合を同時に検知するストリームを検出することにより、適切なグループ化を行うことができる。
【００３４】
本発明の請求項１４記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出するようにしたものであり、適切なグループ化を行うことにより、各グループに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３５】
本発明の請求項１５記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、適切なグループ化を行うようにしたものであり、適切なグループ化を行うことにより、各グループに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３６】
本発明の請求項１６記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、グループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせることにより、各ストリームに適切な帯域を割り当てるようにしたものであり、適切な帯域を割り当てることにより、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３７】
本発明の請求項１７記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、連携制御手段が、グループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減することにより、各ストリームに適切な帯域を割り当てるようにしたものであり、各グループに適切な帯域を割り当てることにより、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有する。
【００３８】
本発明の請求項１８記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、サーバが、保証すべきストリームの伝送レートを記憶している保証レート記憶手段を具備し、連携制御手段が、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てることにより、帯域保証の必要なストリームに帯域を割り当てるようにしたものであり、帯域保証の必要なストリームに適切な帯域を割り当てることにより、効率的なデータ伝送を行なうことができるという作用を有することができる。
【００３９】
本発明の請求項１９記載の発明は、請求項１２記載のデータ伝送装置において、サーバが、グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てるデータレート検出制御手段を具備したものであり、データレートの変動するストリームを効率的に伝送するという作用を有する。
【００４０】
本発明の請求項２０記載の発明は、サーバが、ストリームを生成するストリーム生成手段と、ストリームをネットワークに伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段と、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段と、ストリームの要求レートをグループ毎に上げるレート増加手段を具備したものであり、これにより、各ストリームに適切な帯域を割り当て、伝送レートの不平等をなくして効率的なデータ伝送を行なうとともに、グループ内の帯域競合の発生頻度を一定にできるという作用を有する。
【００４１】
以下、本発明の各実施の形態について、図１から図１８を用いて説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何等限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００４２】
（実施の形態１）
本発明では、共通の帯域を奪い合う複数のストリームを検出して、それぞれのストリームに適切な帯域を割り当てるようにしている。第１の実施の形態では、まず、同じ帯域を奪い合うストリームを検出する方法について述べる．
【００４３】
インターネットやＬＡＮでストリームを伝送する場合、どのストリームと、どのストリームがお互いに帯域を奪い合うかを予め予測することは事実上不可能である。これは、一つのストリームがサーバから端末に到着するまでには、様々な帯域をもつネットワークを通過し、そのネットワークを、様々な伝送レート、種類のストリームが共有しているからである。これらのストリームの接続状況は時々刻々と変化しているので、システムが利用できるネットワーク帯域も時々刻々と変化することになる。
【００４４】
そこで、本実施の形態では時々刻々と変化するネットワークの状況を、ストリーム間の競合を検出することにより把握する。ストリーム間の競合は、複数のストリームの伝送レートを同時に測定し、伝送レートが同時に減少したストリームを競合するストリームとして検出する。これは、インターネットやＬＡＮなどの一つの帯域を複数のストリームで共有するネットワークでは、帯域の競合が発生すると、競合するストリーム全ての伝送レートが下がることを利用している。
また、この競合の検出を連続的に繰り返すことにより、時々刻々と変化するストリームの競合関係を常に把握することが可能となる。
【００４５】
図１は本発明の第１の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。このシステムは、図１に示すように、ストリームをネットワークに送出するサーバ１０１と、ストリームを伝送するネットワーク１０２と、ストリームを受信する数台の端末１０３−１〜１０３−Ｍから構成される。サーバ１０１は、ストリームを生成するストリーム生成手段１０４と、ストリームをネットワーク１０２に伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎと、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段１０７を具備している。
【００４６】
サーバ１０１の１０４〜１０６と、ネットワーク１０２、端末１０３−１〜１０３−Ｍは従来の技術と同様に動作している。ただし、レート増加タイマー１０６は複数のストリームで同時にレートを上げないように動作することが望ましい。これは、違う帯域を共有する複数のストリームが同時に輻輳状態を引き起こすことにより、間違ったグループ化が行われるのを避けるためである。ネットワーク１０２は限られた伝送帯域をもち、時分割や周波数、位相多重などにより複数のストリームを多重し伝送することができる。サーバ１０１の連携制御手段１０７は、各ストリームの伝送レートを測定し、伝送レートの変化より、共通の帯域を奪い合うストリームを検出する。
【００４７】
以下に、そのストリーム検出処理の手順を説明する。図２はこの第１の実施の形態における共通の帯域を奪い合うストリームの検出処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図３は上記共通の帯域を奪い合う各ストリームに対する帯域割り当ての一例を示す図である。図２において、まず、２０１では、サーバ１０１が送出しているストリーム全ての伝送レートを測定する。伝送レートの測定方法は、一定時間に送出されたパケット量とパケット長を測定してもよいし、ＴＣＰなどのコネクション型ネットワークでは、送信バッファ量のデータ残量から伝送レートを測定してもよい。ここでは、図３に示す、ストリーム１とストリーム２とストリーム３の測定を行ったものとする。また、ストリーム１から３までの要求レートがそれぞれ１０ｋｂｐｓ、５ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓ、また、測定の結果がそれぞれ、９ｋｂｐｓ、３ｋｂｐｓ、２ｋｂｐｓであったとする。
【００４８】
２０２では、測定の結果、伝送レートが要求レートを下回るストリームかどうかを判別する（つまり帯域の競合を起こしているストリームかどうかを判別する）。伝送レートが要求レートよりも小さいストリームは２０３の処理を行い、そうでないストリームはグループの処理を終了する。ここでは、ストリーム１とストリーム２の伝送レートがそれぞれ要求レートを下回っているのでストリーム１とストリーム２に対して処理２０３を行う。 ２０３では、２０３を実行するストリーム、すなわち、伝送レートが要求レートを下回るストリーム全てを同じグループとして登録しグループ化の処理を終了する。ここでは、ストリーム１とストリーム２が同じグループとして登録される。
【００４９】
以上の動作により、同じ帯域を奪い合うストリームを検出し、グループ化を行うことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化が図ることができ、その実用的効果は大きい。
【００５０】
（実施の形態２）
第２の実施の形態は、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行う方法について述べる。この方法は、複数のストリームが帯域の競合を起こしているときに、ネットワーク帯域に空きを作り、同時に伝送レートが上昇したストリームを検出し同じグループに登録する。ネットワークの空きはストリームを一つ選択し、その要求レートを引き下げることにより作ることができる。これは、インターネットやＬＡＮなどの一つの帯域を複数のストリームで共有するネットワークでは、帯域の競合の解除は、競合している全てのストリームで同時に起こることを利用している。
【００５１】
第２の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行うことを特徴とする。また、レート増加タイマー１０６は複数のストリームで同時にレートを上げてもよい。これは、本発明では、帯域の競合を起こしているストリームしかグループ化の対象にならないためである。
【００５２】
以下に、そのグループ化の手順について説明する。図４はこの第２の実施の形態におけるネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図５は上記グループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。図４において、まず、２０１、２０２は第１の実施例と同様に動作し、伝送レートが要求レートを下回るストリームのみ４０１を実行する。
【００５３】
ここでは、図５のストリーム１とストリーム２、ストリーム３の伝送レートが要求レートを下回ったものとする。４０１では、ストリームを一つ、または、複数選択し、その要求レートを下げる。要求レートの下げ幅は、任意の値でかまわない。ここでは、ストリーム１のレートを下げたものとする。次に、４０２では、ストリームの伝送レートを再び測定する。次に、４０３では、要求レートと伝送レートの等しいストリーム（すなわち競合の解除されたストリーム）のみ２０３を実行し、その他のストリームは再び４０１から処理を繰り返す。この処理は、全てのストリームが競合を検知しなくなるまで繰り返されることになる（４０１で要求レートを削減しているのでいつかは全ての競合が解除される）。ここでは、ストリーム１とストリーム２で要求レートと伝送レートが等しくなったものとする。ストリーム３は、まだ、伝送レートが要求レートを下回っているものとし、４０１の処理を行い、要求レートを下げることになる。
【００５４】
２０３では、第１の実施の形態と同様に２０３を実行するストリームを全て同じグループとして登録する。２０３を実行するストリームは同時に競合の解除を検知したストリームとなる。ここでは、ストリーム１とストリーム２が同じグループに登録される。
【００５５】
以上の動作により、同じ帯域を奪い合うストリームを検出し、グループ化を行うことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化が図ることができ、その実用的効果は大きい。
【００５６】
（実施の形態３）
第３の実施の形態は、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、ネットワークのジッタ（遅延の揺らぎ）が大きい場合でも、グループ化を確実に行う方法について述べる。
【００５７】
インターネットやＬＡＮでは、通信速度と比較して線やネットワーク機器の性能が低い場合にジッタが生じることが知られている。また、サーバや端末が、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）やＵＮＩＸ（登録商標）のようなＯＳ上で動作しているときは、ＯＳの負荷が高くなるとタスク割り当てのばらつきが生じジッタが発生する。ネットワークのジッタが発生すると伝送レートのばらつきが生じ、ジッタなのか帯域の競合なのか判別が難しくなる。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定することにより、帯域の競合を検知する。帯域の競合の検知方法としては、グループ内の一定割合以上のストリームが同時に競合を検知した場合に、競合と判断する方法や、グループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差の合計が一定以上になったら競合と判断する方法がある。これらの方法は、ジッタは各ストリームでランダムに発生し、複数のストリームで同時に発生する確率が低いことを利用している。
【００５９】
第３の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行うことを特徴としている。
【００６０】
以下に、そのグループ化の手順について説明する。図６はこの第３の実施の形態におけるグループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図である。図６において、まず、２０１、２０２は第１の実施例と同様に動作し、伝送レートが要求レートを下回るストリームのみ６０１を実行する。
【００６１】
６０１では、グループにすでに登録されているストリームのみ６０２を実行し、そうでないストリームは２０３を実行する。６０２の動作は次の２種類が考えられる。一つ目は、グループにすでに登録されているストリームに対して、そのストリームと同じグループのストリームが一定以上の割合で帯域の競合を検出している場合に帯域の競合を検出したと判断する。二つ目は、グループにすでに登録されているストリームに対して、同じグループのストリームの伝送レートと要求レートの差を計算し、その合計が一定値以上になる場合に帯域の競合を検出したと判断する。前記のどちらかの方法で、帯域の競合を検出したときは処理２０３を行い、帯域の競合を検出しなかった場合はグループ化処理を終了する。
【００６２】
２０３では、同時に帯域の競合を検出したストリームを同じグループとして登録する。
【００６３】
以上の動作により、ネットワークのジッタが大きい場合でも、グループ化を確実に行うことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化を図ることが確実なため、その実用的効果は大きい。
【００６４】
（実施の形態４）
第４の実施の形態は、グループ化されたストリームにネットワーク帯域を適切に割り当てる方法について述べる。
【００６５】
この方法は、前記、第１から第３の実施の形態で、グループに登録されたストリームに対して、グループ内のストリームの伝送レートの合計値を、各ストリームの新たな要求レートに割り振る。これは、グループ内のストリームの合計値が、そのストリームが通過するネットワークの実質的な帯域（つまり、システムで利用できる帯域）となることを利用している。
【００６６】
グループ化されたストリーム、すなわち同じ帯域を共有するストリームに、どのように帯域を割り当てるかは、幾つかの方法が考えられる。例えば、一定の数のストリームだけ帯域を割り当て、残りのストリームには帯域を割り当てないようにしたり、ストリームの発生した順番で高い帯域を割り当てるなどの方法がある。ここでは、グループ内の伝送レートの平均を求め、各ストリームの要求レートを平均レートにあわせる方法を例に帯域の割り当て方法を説明する。
【００６７】
第４の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、グループ化処理が発生した場合に、グループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせることを特徴としている。
【００６８】
以下に、そのストリームの要求レートの変更手順を説明する。図７はこの第４の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせる処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図８は上記グループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００６９】
まず、７０１では、上記、第１の実施の形態〜第３の実施の形態のどれかを用いてストリームのグループ化を行う。次に、７０２では、７０１で新たにグループ化されたグループが存在する場合、つまり、帯域の競合を検出した場合に７０３を実行し、そうでなければ７０１の処理を繰り返す。ここでは、図８のストリーム１とストリーム２が新たにグループ化されたものとする。
【００７０】
７０３では、新たにグループ化されたグループ内のストリームの平均伝送レートを計算し、グループ内の全てのストリームの要求レートを平均伝送レートとする。このとき、各ストリームの要求レートを、伝送レートの測定の誤差を考慮し少し小さ目に設定してもよい。ここでは、ストリーム１の伝送レートが８ｋｂｐｓ、ストリーム２の伝送レートが４ｋｂｐｓであったとする。したがって、平均値は６ｋｂｐｓになり、ストリーム１とストリーム２の要求レートは共に６ｋｂｐｓとなる。７０３で、各ストリームの要求レートを設定した後は再び７０１から処理を繰り返す。
【００７１】
以上の動作により、各ストリームに適切な帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００７２】
（実施の形態５）
第５の実施の形態は、グループ化されたストリームの伝送レートを徐々にそろえていくことにより、グループ化の精度が低いときでも適切に帯域を割り当てる方法についてついて述べる。
【００７３】
この方法は、グループ内の要求レートの大きなストリームほど、要求レートの削減幅を大きくする。この動作とストリームの要求レートを定期的に上げる動作により、各ストリームの要求レートを徐々にそろえていくことができる。レートを徐々にそろえていくのは、間違ったグループ化がされたときの影響を最低限に押さえるためである。また、要求レートを下げるだけで、上げないのは、間違ったグループ化により、要求レートが上げられ、帯域競合を誘発することを防ぐためである。本方法では、たとえ、間違ったグループが希に行われても、大部分のグループ化が上手く行えれば適切な帯域の割り当てが可能である。
【００７４】
第５の実施の形態のシステムは、第１の実施の形態のシステムの連携制御手段１０７が、グループ化処理が発生した場合に、グループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減することを特徴としている。
【００７５】
以下に、その要求レートの削減手順を図９のアルゴリズムと図１０を参照しながら説明する。図９はこの第５の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減する処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図１０は上記グループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００７６】
図９の７０１と７０２は第４の実施の形態と同様に動作し、新たに登録されたグループがあるときは９０１を実行する。ここでは、図１０のストリーム１とストリーム２が新たにグループ化されたものとする。９０１では、新たにグループ化されたグループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差を求め、その合計を求める。これは、グループ内のストリームの伝送レートが合計で、どのくらい要求レートを下回るかを求めている。９０１の計算が終了したら９０２を実行する。ここでは、ストリーム１の要求レート１０ｋｂｐｓ、伝送レートが７ｋｂｐｓ、ストリーム２の要求レートが５ｋｂｐｓ、伝送レートが４ｋｂｐｓとする。それぞれの要求レートと伝送レートの差が３ｋｂｐｓと１ｋｂｐｓなので、合計で差は４ｋｂｐｓとなる。
【００７７】
９０２では、グループ内のストリームの要求レートを、要求レートの大きいストリームほど大きく削減する。この時、グループ全体の要求レートの合計が伝送レートの合計と等しくか小さくすることにより、帯域の競合を回避することができる。この様な要求レートは、例えば式１、”要求レート＝要求レート−９０１で計算したレート差の合計×要求レート／グループ内の要求レートの合計”や式２”要求レート＝要求レート−９０１で求めたレート差の合計×（要求レート−伝送レート）／（要求レート−伝送レート）のグループ内の合計”により、求めることができる。ここでは、式１を用いてストリーム１とストリーム２の要求レートを決定する。ストリーム１の要求レートは１０−４×１０／１５＝７．３ｋｂｐｓとなり、ストリーム２の要求レートは５−４×５／１５＝３．７ｋｂｐｓとなる。これは、ストリーム１とストリーム２の要求レートの差が前よりも小さくなったことを示している。
【００７８】
以上の動作により、グループ化の精度が低いときでも適切に帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００７９】
（実施の形態６）
第６の実施の形態は、伝送レートを保証する必要のあるストリームに優先的に帯域を割り当てる方法について述べる。
【００８０】
映像や音声のデジタルデータには、圧縮率や映像のフレームレート、解像度などを変換してデータレート（映像や音声などにおいて一定時間に送らなければならないデータ量）を変更できるものと、常に固定の帯域を確保しなければならないものがある。これは、データの圧縮率やフレームレートをリアルタイムに変化させることができるかどうかによって決まる。
【００８１】
本実施例では、グループ化されたストリームの中から初めに、保証レートが指定されているストリームに帯域を割り当て、その後、残りの帯域を保証レートが指定されていないストリームに割り当てる。これにより、伝送レートの保証が必要なストリームと、必要でないストリームが混在する環境で、伝送レートの保証が必要なストリームを伝送することができる。
【００８２】
図１１は本発明の第６の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。第６の実施の形態のシステムは、図１１に示すように、第１の実施の形態のシステムのサーバ１０１が、保証すべきストリームの伝送レートを記憶している保証レート記憶手段１１０１を具備し、連携制御手段１０７が、グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てることを特徴としている。
【００８３】
以下に、その帯域を割り当て手順を図１２のアルゴリズムと図１３を参照しながら説明する。図１２はこの第６の実施の形態におけるグループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図１３は上記割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００８４】
図１２の７０１と７０２は第４の実施の形態と同様に動作し、新たに登録されたグループがあるときは１２０１を実行する。ここでは、ストリーム１とストリーム２が新たに同じグループに登録されたものとする。１２０１では、グループ内の帯域保証の必要なストリームの保証レートを保証レート記憶手段１１０１から取り出し、要求レートを取り出した保証レートとする。ここでは、ストリーム１が帯域保証の必要なストリームであり、保証レートが１０ｋｂｐｓであったとする。従ってストリーム１の要求レートは１０ｋｂｐｓとなる。次に、１２０２では、グループ内のストリームの伝送レートの合計から、帯域保証の必要なストリームに割り振った帯域の残りを、保証の必要のないストリームに割り当てる。この帯域の割り当ては、例えば次の式により要求レートを決定することにより実現できる。式”要求レート＝（グループ内の伝送レートの合計−グループ内の保証レートの合計）／グループ内のレート保証ストリーム以外のストリームの数”。ここでは、ストリーム１とストリーム２の伝送レートが、それぞれ、８ｋｂｐｓ、５ｋｂｐｓであったとする。したがって、ストリーム２の要求レートは、（１３−１０）／１＝３ｋｂｐｓとなる。
【００８５】
以上の動作により、伝送レートを保証する必要のあるストリームに優先的に帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００８６】
（実施の形態７）
第７の実施の形態は、データレートが変動するストリームに適切な帯域を割り当てる方法について述べる。映像や音声のデジタルデータには、被写体の動きやシーンの変化、音量などによりデータ量が変化するものがある。これらのストリームはＶＢＲと呼ばれ、通常のデータレートとピーク時のデータレートには大きな違いが生じる。
【００８７】
本実施の形態では、グループ化されたストリームのデータレートに応じて、グループ内のストリームに帯域を割り当てる。帯域の割り当てはストリームのデータレートが低いときには、別のデータレートの高いストリームを空いた帯域で伝送できるように要求レートを決定することにより行う。これにより、帯域を有効に利用する確率を高くすることができる。
【００８８】
図１４は本発明の第７の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。第７の実施の形態のシステムは、図１４に示すように、第１の実施の形態のシステムに加え、グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てるデータレート検出制御手段１４０１を備えることを特徴としている。また、ストリーム生成手段１０４と、ストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、レート増加タイマー１０６−１〜１０６−Ｎ、連携制御手段１０７は、第１の実施の形態〜第６の実施の形態と同様に動作している。データレート検出制御手段１４０１はデータレートの変動に合わせてストリームに帯域を割り当てる。
【００８９】
以下に、その帯域の割り当て手順を図１５のアルゴリズムと図１６を参照しながら説明する。図１５はこの第７の実施の形態におけるデータレートの変動に合わせてストリームに帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図、図１６は上記帯域割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図である。
【００９０】
図１５において、まず１５０１では、ストリーム生成手段１０４の生成するストリームのデータレートを常に検出し、データレートの変化するストリームを検出したら１５０２を実行する。ここでは、ストリーム１のデータレートが１０ｋｂｐｓ、ストリーム２のデータレートが５ｋｂｐｓであったときに、ストリーム１のデータレートが７ｋｂｐｓに変化したとする。１５０２では、データレートの変化したストリームがグループに登録されているかどうかどうか判別し、登録されていないのであれば再び１５０１を実行し、データレートの変化するストリームを検出する。これは、グループ化されていないストリームは、他のストリームと帯域を共有していないので、他のストリームに帯域を割り振ったり、他のストリームから帯域をもらうことができないためである。もし、グループ化されているのであれば、１５０３を実行し、帯域の再割り当てを行う。ここでは、ストリーム１とストリーム２が同じグループに登録されているものとする。
【００９１】
１５０３では、データレートの変化したストリームと同じグループのストリームの要求レートを決定し直す。要求レートの決定の方法としては、例えば式”要求レート＝グループ内の伝送レートの合計×データレート／グループ内のデータレートの合計”を用いることができる。この式は、データレートの大きさに応じてネットワークの帯域を割り当てることを意味している。ここでは、ストリーム１とストリーム２の伝送レートがそれぞれ８ｋｂｐｓと４ｋｂｐｓであったものとする。従ってストリーム１の要求レートは１２×７／１２＝７ｋｂｐｓ、ストリーム２の要求レートは、１２×５／１２＝５ｋｂｐｓとなる。
【００９２】
以上の動作により、データレートが変動するストリームに適切な帯域を割り当てることができ、その実用的効果は大きい。
【００９３】
（実施の形態８）
第８の実施の形態は、グループ毎に一定の間隔でストリームの要求レートを上げることにより、帯域の競合の発生する頻度を一定に保つ方法について述べる。この方法は、グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げる動作を繰り返すことにより、同じグループ内のストリームの要求レートを連続的に上げるのを防ぐことができる。
【００９４】
図１７は本発明の第８の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図である。第８の実施の形態のシステムは、図１７に示すように、第１の実施の形態のシステムのサーバ１０１が、ストリームを生成するストリーム生成手段１０４と、ストリームをネットワーク１０２に伝送する一つまたは、複数のストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段１０７と、ストリームの要求レートをグループ毎に上げるレート増加手段１７０１を具備している。
【００９５】
また、ストリーム生成手段１０４と、ストリーム伝送手段１０５−１〜１０５−Ｎと、連携制御手段１０７は、第１の実施の形態〜第７の実施の形態と同様に動作している。レート増加手段１７０１は、登録されているグループを一つ選択し、そのグループ内の要求レートを上げる。
【００９６】
以下にそのグループ内の要求レートを上げる手順を図１８のアルゴリズムを参照しながら説明する。図１８はこの第８の実施の形態における登録されているグループを一つ選択し、そのグループ内の要求レートを上げる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図である。
【００９７】
図１８において、まず２３０１では一定時間待機した後に１８０１を実行する。待機時間はネットワーク状況の変化する速度などにより、適切な時間を選ぶことが望ましい。１８０１では、登録されているグループを一つ選択する。この時、グループに登録されていないストリームを、グループとして扱ってもよい（つまり、登録されているのが一つのストリームだけのグループ）。
【００９８】
次に、１８０２では、グループに登録されているストリームを一つまたは、複数選択する。選択するストリームの数は、グループ化が確実でないときや、ネットワークの状態変化が早いときは、少ないほうが望ましい。これは、複数のストリームを選択し、その要求レートを上げると、例え、帯域を奪い合っていなくとも、そのストリーム同士は再び同じグループにグループ化されるためである。次に、２３０２では、選択したストリームの要求レートを上げる。この動作は従来の技術と同様である。
【００９９】
以上の動作により、グループ内の帯域の競合の発生する頻度を一定に保つことができるので、輻輳除去等に伴うデータ送出における効率化が図ることができ、その実用的効果は大きい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明は、上記の実施の形態より明らかなように、同じ帯域を奪い合うストリームを検出し、グループ化を行うことができる。
【０１０１】
また、ネットワークのジッタが大きい場合でも、グループ化を確実に行うことができる。また、各ストリームに適切な帯域を割り当てることができる。また、グループ化の精度が低いときでも適切に帯域を割り当てることができる。
【０１０２】
また、伝送レートを保証する必要のあるストリームに優先的に帯域を割り当てることができる。また、データレートが変動するストリームに適切な帯域を割り当てることができる。また、グループ内の帯域の競合の発生する頻度を一定に保つことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図２】前記第１の実施の形態における共通の帯域を奪い合うストリームの検出処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図３】前記第１の実施の形態における共通の帯域を奪い合う各ストリームに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図５】前記第２の実施の形態における、グループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるグループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行う処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図７】本発明の第３の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの平均値に合わせる処理の手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図８】本発明の第４の実施の形態における、グループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるグループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減する処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１０】前記第５の実施の形態における、グループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図１１】 本発明の第６の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図１２】前記第６の実施の形態におけるグループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１３】前記第６の実施の形態における割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図１４】本発明の第７の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図１５】前記第７の実施の形態におけるデータレートの変動に合わせてストリームに帯域を割り当てる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１６】前記第７の実施の形態における帯域割り当て処理に基づくグループに対する帯域割り当ての一例を示す図
【図１７】本発明の第８の実施の形態のデータ伝送装置が組み込まれるマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図１８】前記第８の実施の形態における登録されているグループを一つ選択し、そのグループ内の要求レートを上げる処理手順のアルゴリズムを説明するフロー図
【図１９】従来のマルチメディア伝送システムの構成を示すブロック図
【図２０】従来技術のレート増加アルゴリズムを説明するフロー図
【図２１】従来技術のレート制御アルゴリズムを説明するフロー図
Claims (20)
- 複数のストリームをネットワークに伝送する場合に、どのストリームとどのストリームが共通のネットワーク帯域を奪い合っているのかを検出し、その結果に基づき各ストリームに帯域を割り当てることを特徴とするデータ伝送装置。
- 同時に伝送レートが低下するストリームを検出することにより、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームを検出することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
- 同時に伝送レートが上昇するストリームを検出することにより、共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームを検出することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
- 共通のネットワーク帯域を奪い合っているストリームを同じグループにグループ化することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
- グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定し、グループ内の一定割合以上のストリームが同時に帯域の奪い合いを検知した場合に限り、帯域の奪い合いが発生したと判断することを特徴とする請求項４記載のデータ伝送装置。
- グループ化された複数のストリームで同時に伝送レートを測定し、グループ内のストリームの要求レートと伝送レートの差の合計が一定以上になった場合に限り、帯域の奪い合いが発生したと判断することを特徴とする請求項４記載のデータ伝送装置。
- 共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの伝送レートを平均化することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
- 共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの伝送レートを、伝送レートの大きなストリームほど大幅に削減することを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
- 共通のネットワーク帯域を奪い合うストリームの中から初めに、保証レートが指定されているストリームに帯域を割り当て、その後、残りの帯域を保証レートが指定されていないストリームに割り当てることを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
- グループ化されたストリームのデータレートが変化する度に、各ストリームにデータレートに合わせた帯域の割り当てを行うことを特徴とする請求項４記載のデータ伝送装置。
- グループを決められた時間毎に選択し、そのグループに登録されている一つ、または複数のストリームの要求レートを上げることを特徴とする請求項４記載のデータ伝送装置。
- ストリームを生成するストリーム生成手段と、
ストリームをネットワークに伝送するストリーム伝送手段と、
ストリームの要求レートを一定時間毎に増加させるレート増加タイマーと、
複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段と
を具備するデータ伝送装置。 - 連携制御手段が、ネットワークの帯域の競合を同時に検知するストリームを検出することにより、グループ化を行うことを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- 連携制御手段が、ネットワークの帯域の競合を同時に解除するストリームを検出することにより、グループ化を行うことを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- 連携制御手段が、グループ化されたストリームで同時に帯域の競合を検出することにより、グループ化を行うことを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- 連携制御手段が、グループ内の各ストリームの要求レートを、伝送レートの平均値に合わせることを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- 連携制御手段が、グループ内の各ストリームの要求レートを、要求レートの大きさに応じて削減することを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- 保証すべきストリームの伝送レートを記憶している保証レート記憶手段を具備し、連携制御手段が、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てることを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- グループ化処理が発生した場合に、グループ内のレート保証ストリームが使用する以外の帯域を割り当てるデータレート検出制御手段を具備することを特徴とする請求項１２記載のデータ伝送装置。
- ストリームを生成するストリーム生成手段と、
ストリームをネットワークに伝送するストリーム伝送手段と、
複数のストリームの伝送レートを測定し、それにもとづき要求レートを決定する連携制御手段と、
ストリームの要求レートをグループ毎に上げるレート増加手段と
を具備するデータ伝送装置。
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