JP4299275B2 - マルチメディアデータ転送率の適応的推定方法 - Google Patents

マルチメディアデータ転送率の適応的推定方法 Download PDF

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Description

本発明は、有線IP(Internet Protocol)網におけるリアルタイム転送プロトコル(以下、「RTP」と称す)/リアルタイム転送制御プロトコル(以下、「RTCP」と称す)ベースのマルチメディアデータ転送システムに関し、特に、RTCP網の状態をモニタリングする機能を使用してマルチメディアデータ転送率を適応的に推定するための方法に関する。
一般に、インターネットなどの有線IP網でマルチメディアデータを転送するためには、チャネルの十分な帯域幅、少ない遅延、及び少ないパケット損失などの条件が保障されなければならない。しかしながら、現在の有線IP網におけるネットワーク層は、ビデオ転送に必要なサービス品質(Quality of Service;以下、QoSと称す)を満たすための適切な機能を提供することができない。従って、QoSの保障は、ネットワーク層の上位層により行われなければならない。このために提案されたのが、トランスポート層上で動作するRTPとRTCPである。
前記RTPは、リアルタイムに生成されるオーディオ及びビデオのようなリアルタイムマルチメディアデータを転送するためのインターネットプロトコルである。RTP自体がデータのリアルタイム転送を保障することはないが、RTPを使用すると、リアルタイムマルチメディアデータ転送システムにおける送受信のための応用プログラムがストリーミングデータを支援することができる。一般に、RTPは、UDP(User Datagram Protocol)上で実行される。また、前記RTCPは、RTPのQoSを維持するために共に使用されるプロトコルである。RTPはデータ転送のみに関わるが、RTCPはデータ転送の監視及びセッション関連情報の転送に関わる。各RTPノードは、ネットワークの状態を分析し、周期的にネットワークの渋滞の有無を報告するためにRTCPパケットを互いに送受信する。RTPとRTCPの使用により、マルチメディアデータ転送時、時間の制約による特性が考慮され、ネットワーク内で発生する損失に対処することができる。
一般的なリアルタイムマルチメディアデータ転送システムにおいて、マルチメディアアプリケーションプログラム(アプリケーション層)は、前記RTCPによりネットワークの状態を感知して、転送するリアルタイムマルチメディアデータの符号化率を制御する。前記リアルタイムマルチメディアデータの符号化率の制御は転送率の制御によりなされ、RTCPによるネットワークの状態情報を使用して有効転送率を推定する一般的な方法は次の数式1による。
Figure 0004299275
式中、R(t)は有効転送率を示し、p(t)はパケット損失率を示すもので受信側から受信されたRTCPにより得られる値である。RTT(t)は往復遅延時間を示し、sはパケットサイズを示す。
前記数式1によれば、往復遅延時間(RTT(t))とパケット損失率(p(t))が与えられると、一般的な有効転送率(R(t))が推定される。即ち、数式1を用いる一般的な転送率の推定方法によれば、パケットサイズ(s)が固定されている場合、往復遅延時間(RTT(t))とパケット損失率(p(t))によって推定転送率が変化する。
図4は、パケット損失率(p(t))とパケットサイズ(s)を固定し、往復遅延時間(RTT(t))を線形的に変化させた場合、数式1により推定された有効転送率の変化を示す。パケット損失率(p(t))≡0.015、パケットサイズ(s)≡625に固定し、往復遅延時間(RTT(t))を80ms〜380msの範囲内で線形的に増加させ、このとき、使用者の最小転送率は50kbpsであり、最大転送率は500kbpsである。図4に示すように、往復遅延時間(RTT(t))が増加するにつれて推定される有効転送率が適当に減少する。
図5は、往復遅延時間(RTT(t))とパケットサイズ(s)を固定し、パケット損失率(p(t))を線形的に変化させた場合、数式1により推定された有効転送率の変化を示す。往復遅延時間(RTT(t))≡100ms、パケットサイズ(s)≡625に固定し、パケット損失率(p(t))を0.1%〜20%の範囲内で線形的に増加させ、このとき、使用者の最小転送率は50kbpsであり、最大転送率は500kbpsである。
図5に示すように、数式1による一般的な有効転送率の推定方法においては、パケット損失が多いためタイムアウトのような現象が発生することは考慮されていなかった。従って、パケット損失率が低い場合は有効転送率が適切な値に推定されるが、パケット損失率が高い場合は有効転送率が過大評価されて推定される。即ち、一般的な転送率の推定方法においては、例えば、パケット損失率が10%のように相当高い値である場合も、有効転送率が200kbpsくらいの高い値に推定されるという問題があった。
また、このような一般的な転送率の推定方法においては、パケット損失率が高いとき有効転送率が高く推定されるため、ネットワークの渋滞を速やかに解消することができず、マルチメディアデータの受信品質が低下するという問題があった。
韓国特許出願公開第2004−0020639号 日本国公開特許公報2002−204278号 米国特許出願公開第20020136162号 国際公開第WO03/098884号
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、受信側から受信されたRTCP RR(Receiver Report)パケットからパケット損失率を検出し、前記パケット損失率によって有効転送率の推定方法を変化させることにより、有効転送率における推定値の正確性を高めることができるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明によるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法は、マルチメディアデータ受信部からRTCP RRパケットを受信する過程と、前記RTCP RRパケットからパケット損失率を検出する過程と、前記パケット損失率が属する範囲によって有効転送率を適応的に推定する過程とを含むことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明は、例えば、以下の手段を提供する。
(項目1)
マルチメディアデータ受信部からRTCP RRパケットを受信する過程と、
前記RTCP RRパケットからパケット損失率を検出する過程と、
前記パケット損失率が属する範囲によって有効転送率を適応的に推定する過程と、
を含むことを特徴とするマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目2)
前記有効転送率を推定する過程は、
前記パケット損失率が属する範囲によって異なる演算方法で有効転送率を推定することを特徴とする項目1に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目3)
前記有効転送率を推定する過程は、
前記パケット損失率が第1の範囲に属する場合、第1の数式により有効転送率を推定する過程と、
前記パケット損失率が第2の範囲に属する場合、第2の数式により有効転送率を推定する過程と、
前記パケット損失率が第3の範囲に属する場合、第3の数式により有効転送率を推定する過程と、
を含むことを特徴とする項目1に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目4)
前記第1の数式は、
Figure 0004299275
を含むことを特徴とする項目3に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
s:パケットサイズ
RTT(t):往復遅延時間
p(t):n番目のRTCP RRパケットから検出されたパケット損失率
(項目5)
前記第2の数式は、
(p(t))=
Figure 0004299275
を含むことを特徴とする項目3に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
s:パケットサイズ
p(t):n番目のRTCPRRパケットから検出されたパケット損失率
LSR(t):n番目のRTCPSRパケットの送信時間
α、β:加重値
(項目6)
前記第3の数式は、
使用者により設定された最小転送率を含むことを特徴とする項目3に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目7)
前記第1の範囲、前記第2の範囲、及び前記第3の範囲は、
それぞれ5%以下、5%超過10%未満、及び10%以上の範囲を示すことを特徴とする項目3に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目8)
RTPパケットが所定の個数送信されるごとに、RTCP SRパケットが1つ送信され、前記RTCP RRパケットが1つ受信されることを特徴とする項目1に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目9)
前記所定の個数が20を含むことを特徴とする項目8に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
(項目10)
前記RTCP RRパケットは、マルチメディアデータ送信部から受信されたRTPパケットの統計情報を該マルチメディアデータ送信部にフィードバックするための受信報告ブロックを含み、
前記受信報告ブロックは、パケット損失率と、最後のRTCP SRパケットの送信時間(LSR)とを含むことを特徴とする項目8に記載のマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法。
本発明によるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法においては、受信部から受信されたRTCP RRパケットからパケット損失率を検出し、検出されたパケット損失率が属する範囲によって有効転送率の推定方法を適応的に選択することにより、パケット損失が大きい場合は有効転送率をさらに低い値に推定してネットワークの渋滞を速やかに解消することができ、パケット損失を減らしてマルチメディアデータの受信品質を向上させることができるという効果がある。
以下、本発明によるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法の好ましい実施形態を説明する。
図1は、RTPとRTCPが適用された、一般的なリアルタイムマルチメディアデータ転送システムの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、一般的なリアルタイムマルチメディアデータ転送システムの送信部及び受信部は、それぞれ転送ドメイン(transport domain)と圧縮ドメイン(compression domain;アプリケーション層に含まれる)とに分けられる。
前記送信部の圧縮ドメインは、マルチメディアデータを推定された転送率によって符号化するビデオエンコーダと、前記符号化されたマルチメディアデータを圧縮するビデオ圧縮部とを含む。
前記送信部の転送ドメインは、前記ビデオ圧縮部から転送されたマルチメディアデータを転送制御するRTP層と、前記RTP層から転送されたマルチメディアデータを受信部に送信するためのUDP層及びIP層と、前記RTP層と連結され、前記受信部から受信されたRTCP RRパケットからパケット損失率を検出し、前記RTCP RRパケットを用いて往復遅延時間(RTT)を測定し、前記パケット損失率及び前記往復遅延時間を用いて転送率を推定し、前記推定された転送率を前記ビデオエンコーダに提供する転送率制御部とを含む。
前記受信部の転送ドメインは、IP層及びUDP層と、前記UDP層から受信されたマルチメディアデータを転送制御するRTP層と、前記RTP層のRTPパケットのヘッダーに含まれている情報によって、マルチメディアデータのQoSをモニタリングするQoSモニタリング部と、前記モニタリングされたQoSに基づいたチャネル情報を前記送信部に報告するためのチャネル報告部とを含む。前記チャネル報告部は、前記チャネル情報をRTCP RRパケットにより前記送信部に送信する。
前記RTCP RRパケットは、前記送信部から受信されたRTPパケットの統計情報を前記送信部にフィードバックするための受信報告ブロックを含む。前記受信報告ブロックは、パケット損失率、LSR(Last Sender Report timestamp)を含む。前記LSRは、最後のRTCP SR(Sender Report)パケットの送信時間を示す。
前記受信部の圧縮ドメインは、前記RTP層から受信されたマルチメディアデータを復号化するビデオデコーダを含む。
このように構成された一般的なマルチメディアデータ転送システムの送信部により送信されるマルチメディアデータパケットは、インターネットにおいて損失するか、又は時間遅延の超過が原因で受信部により廃棄することができ、その他、時間内に受信部に受信されたパケットは、受信部のIP/UDP/RTP層を経てビデオデコーダに転送された後に復号化される。
前記受信部は、前記マルチメディアデータパケットを受信した後、前記マルチメディアデータパケットのRTPヘッダーに含まれている各種情報によって、パケット損失率と遅延などネットワークの状態に関する情報を計算して、QoSをモニタリングする。前記モニタリングされた情報は、チャネル報告部のRTCPにより送信部にフィードバックされる。前記送信部は、前記フィードバックされた情報を用いて現在のチャネルの可用帯域幅を予測し、前記予測された可用帯域幅、即ち、有効転送率は、ビデオエンコーダに転送される。前記予測された有効転送率を受信したビデオエンコーダは、前記予測された転送率に合わせて、マルチメディアデータビットストリームの出力符号化率を調節する。
本発明は、マルチメディアデータ転送システムにおいて、送信部が受信部からRTCP RRパケットを受信したとき、RRパケットに含まれている情報から転送率を推定し、TCP(Transmission Control Protocol)の親和的な転送率の推定に関する基本理念に反しない新しい転送率の推定方法を提案する。
本発明が適用されるマルチメディアデータ転送システムは、RTPパケット形態のマルチメディアデータパケットを所定の個数転送するごとに、RTCPパケットを1個送信する。前記所定の個数とは、例えば20個であり得る。
図2は、本発明によるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法を示すフローチャートである。
図2に示すように、マルチメディアデータ転送システムにおいて、送信部がRTPパケット形態のマルチメディアデータを受信部に送信する(S11)。このとき、RTPパケットが所定の個数、例えば、20個送信されるごとにRTCPパケットが1個送信される。従って、送信部は、RTPパケットを20個送信するごとに、RTCP SRパケットを1個受信部に送信する。前記RTCP SRパケットは、SRパケットの送信時間に関連した情報、即ち、SRパケットが送信される際のNTP(Network Time Protocol)タイムスタンプの値を含む。
受信部は、RTCP SRパケットが受信されると、RTCP SRパケットのNTPタイムスタンプの値に基づいて、前記SRパケットの送信時間を得て、前記得られたSRパケットの送信時間をRTCP RRパケットのLSRフィールドに記録してRTCP RRパケットを生成した後、前記生成されたRTCP RRパケットを送信部に送信する(S13)。前記RTCP RRパケットは、パケット損失率を含む。
前記RTCP RRパケットを受信した送信部は、前記RTCP RRパケットからパケット損失率を検出し(S15)、数式2に示すように、前記検出されたパケット損失率によってそれぞれ異なる演算方法で有効転送率(R(t))を推定する(S17)。
Figure 0004299275
即ち、送信部は、前記検出されたパケット損失率が5%以下(p(t)≦0.05)である場合、有効転送率(R(p(t)))を推定し、前記パケット損失率が5%超過10%未満(0.05<p(t)<0.1)である場合、有効転送率(R(p(t)))を推定し、前記パケット損失率が10%以上(p(t)≧0.1)である場合、有効転送率(R(p(t)))を推定する。
より詳しくは、前記検出されたパケット損失率が5%以下(p(t)≦0.05)であると、送信部は、数式1による一般的な推定方法により有効転送率(R(p(t)))を推定する。
また、前記検出されたパケット損失率が5%超過10%未満(0.05<p(t)<0.1)である場合、送信部は、20個のRTPパケットのうち正常に受信部に受信された総データサイズを、20個のRTPパケットの転送に要する時間で除算して、有効転送率(R(p(t)))を推定する。
前記の転送に要する時間は、RTCP RRパケットに含まれているLSR値を用いて計算される。即ち、送信部は、現在受信されたRTCP RRパケットのLSR値(LSR(t))から、以前に受信されたRTCP RRパケットのLSR値(LSR(tn−1))を減算して、20個のRTPパケットの転送に要する時間を得る。言い換えれば、送信部は、n番目にフィードバックされたRRパケット(RR(t))のLSR値(LSR(t))をもってn番目に送信されたSRパケット(SR(t))の送信時間を得、n番目のSRパケット(SR(t))の送信時間からn−1番目のSRパケット(SR(tn−1))の送信時間を減算して、20個のRTPパケットの転送に要する時間(LSR(t)−LSR(tn−1))を得る。
また、前記受信部に正常に受信された総データサイズは次のように計算される。即ち、送信部は、n−1番目のSRパケット(SR(tn−1))の送信時間とn番目のSRパケット(SR(t))の送信時間の間に正常に転送されたRTPパケットの個数をチェックし、前記チェックされた正常に転送されたRTPパケットの個数を用いて正常に受信されたデータサイズを計算する。前記n−1番目のSRパケット(SR(tn−1))とn番目のSRパケット(SR(t))の間に正常に転送されたRTPパケットの個数は、s・20・(1−p(t))となる。前記p(t)は、n番目のRTCP RRパケットから検出されたパケット損失率を示し、前記sはパケットサイズを示す。
前記αとβは、パケット損失率が5%と10%の場合、異なる数式により推定された各転送率が急激な差異なく連続した値を有するように与えられた加重値(weighting factor)である。受信部から受信されたRTCP RRパケットのパケット損失率が5%の場合と、RTCP RRパケットのパケット損失率が10%の場合、数式2に示す3つの式によりαとβの値を計算することができる。
ここで、前記データの転送に要する時間を一定の値とすると、結局、有効転送率(R(p(t)))を推定する数式はパケット損失率pについての一次式で定義される。
一方、前記段階S15で検出されたパケット損失率が10%以上(p(t)≧0.1)であると、送信部は、使用者により設定された最小転送率の値で有効転送率(R(p(t)))を推定する。
図3は、本発明によりパケット損失率によって異なる演算方法で推定された転送率値を示すグラフである。
特に、図3は、パケットサイズ(s)≡625、往復遅延時間(RTT)≡100ms、LSR(t)−LSR(tn−1)≡RTT/2*20の場合、パケット損失率pの増加によって推定された有効転送率の値を示す。ここで、α=44、β=395600となる。
図3に示すように、数式2により推定された有効転送率は、パケット損失率が5%以下では数式1の結果値(一般的な転送率の推定方法による結果値)と同一であり、パケット損失率が5%超過10%未満では数式1による結果値より低く、パケット損失率が10%以上では使用者により入力される最小転送率値となる。
従って、本発明による転送率の推定方法においては、パケット損失率が高い場合、有効転送率を一般的な転送率の推定方法による推定値より低く推定する。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
受信側から受信されたRTCP RR(Receiver Report)パケットからパケット損失率を検出し、検出されたパケット損失率が属する範囲によって異なる演算方法で有効転送率を推定することにより、パケット損失率が高い場合、ネットワークの渋滞を速やかに解消することができるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法を提供する。
マルチメディアデータ転送率の適応的推定方法は、マルチメディアデータ受信部からRTCP RRパケットを受信する過程と、前記RTCP RRパケットからパケット損失率を検出する過程と、前記パケット損失率が属する範囲によって有効転送率を適応的に推定する過程とを含む。
RTPとRTCPが適用された、一般的なリアルタイムマルチメディアデータ転送システムの構成を示すブロック図である。 本発明によるマルチメディアデータ転送率の適応的推定方法を示すフローチャートである。 本発明によりパケット損失率によって異なる演算方法で推定された転送率値を示すグラフである。 パケット損失率を固定し、往復遅延時間を線形的に変化させた場合、一般的な推定方法により推定された有効転送率の変化を示すグラフである。 往復遅延時間を固定し、パケット損失率を線形的に変化させた場合、一般的な推定方法により推定された有効転送率の変化を示す図である。

Claims (6)

  1. マルチメディアデータ受信部からRTCP RRパケットを受信することと、
    前記RTCP RRパケットからパケット損失率を検出することと、
    前記パケット損失率が属する範囲によって有効転送率を適応的に推定することであって、
    前記パケット損失率が、第1の所定値以下の第1の範囲に属する場合には、第1の数式により前記有効転送率を推定することと、
    前記パケット損失率が、前記第1の所定値超過第2の所定値未満の第2の範囲であって、前記第2の所定値は前記第1の所定値よりも大きい、第2の範囲に属する場合には、第2の数式により前記有効転送率を推定することと、
    前記パケット損失率が、前記第2の所定値以上の第3の範囲に属する場合には、第3の数式により前記有効転送率を推定することと
    を包含する、ことと
    を含む、マルチメディアデータ転送率の適応的推定方法であって、
    前記第1の数式は、
    Figure 0004299275
    を含み、
    前記第2の数式は、
    (p(t ))=
    Figure 0004299275
    を含み、
    s:パケットサイズ
    RTT(t ):往復遅延時間
    p(t ):n番目のRTCP RRパケットから検出されたパケット損失率
    LSR(t ):n番目のRTCP SRパケットの送信時間
    α、β:加重値
    である、方法
  2. 前記第3の数式は、
    使用者により設定された最小転送率を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1の所定値は5%であり、前記第2の所定値は10%である、請求項1に記載の方法。
  4. RTPパケットが所定の個数送信されるごとに、RTCP SRパケットが1つ送信され、前記RTCP RRパケットが1つ受信される、請求項1に記載の方法。
  5. 前記所定の個数が20である、請求項に記載の方法。
  6. 前記RTCP RRパケットは、マルチメディアデータ送信部から受信されたRTPパケットの統計情報を前記マルチメディアデータ送信部にフィードバックするための受信報告ブロックを含み、
    前記受信報告ブロックは、パケット損失率と、最後のRTCP SRパケットの送信時間(LSR)とを含む、請求項に記載の方法。
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