JP4379779B2 - 映像配信方式 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は映像配信装置に関し、特にメディアデータをサーバから送信し、クライアントにおいてネットワーク経由で該メディアデータを受信し再生する映像配信方式に関する。また、本発明は、ネットワークでの伝送速度が変動する場合に好適な映像配信方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数のビットレートで作成した同一内容のコンテンツを予めサーバに蓄積しておき、サーバが、受信端末、例えば携帯電話からの指示に従ってビットレートを切り替えて配信する技術が知られている。この従来技術では、受信端末は、受信の最初からビットレートを指示することに加えて、受信の途中でビットレートを変更する指示をすることも可能であった。受信端末には、例えば受信するビットレートをサーバに指示するボタンが設けられており、ユーザが該ボタンを操作することにより、サーバに受信するビットレートを指示することが可能であった。そして、ユーザが例えば受信画像の一部に対して品質の良い画像を受信したいと思う場合には、該ボタンを操作して、ビットレートを大きくする指示をするのが可能であった。なお、上記の従来技術に関連する公知文献として、例えば、2002年8月発表の2002年映像情報メディア学会年次大会の11−6“携帯電話ビデオストリーミングシステム設計に関する一検討”や、同11−7“TCPビデオストリーミングにおける動的符号化レート制御の検討”がある。
【0003】
しかしながら、上記の従来技術は、受信端末で、手動でビットレートを選択する制御しかできなかったため、回線の通信の事情に適合した最適なビットレートを選択することができないという問題があった。このため、本発明者らは、自動的に最適なビットレートを選択するように制御できる動画像符号化ビットレート選択方式を発明し特許出願した(特願2002−335035号)。
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記の特許出願は、クライアントが、ネットワークのスループットの状況と自バッファの蓄積状況を勘案して、次に受信したいメディアデータのビットレートを選択し、時間単位に区切られたメディアデータ(フラグメント)の受信完了時に、前記ビットレートのフラグメントをサーバに要求するものである。
【0005】
しかし、前記の特許出願のものでは、メディアデータのビットレートを変更できるタイミングは、フラグメントの受信完了時だけである。ネットワークのスループットが想定したものとあっていれば問題はないが、例えば、無線通信においてトンネルに入るなど、急激にスループットが低下する場合には、クライアントの受信バッファがアンダーフローする。フラグメントの受信途中のスループットが低下した時点で、該アンダーフローが起きる可能性を予見できるに拘わらず、メディアデータのビットレートを変更するにはフラグメントの受信完了を待つしかないという問題があった。また、このため、受信バッファにアンダーフローが起きた後も、正常な受信を回復するのに時間がかかるという問題もあった。
【0006】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解消し、受信バッファがアンダーフローする可能性を予見し、効果的にその対策を講じることができる映像配信方式を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、複数種類の符号化ビットレートの連続メディアデータ間で切替可能なように同期ポイントをもった動画像データ群から、同期ポイントまでの受信が終了する度に単一の符号化ビットレートを選択し、動画像データの送受信をする映像配信方式であって、該動画像データを伝送する網の伝送スループットを測定する手段と、前記動画像データの受信中に、受信バッファがアンダーフローする可能性があり、かつ低ビットレートに切り替えた方が次の同期ポイントまでの受信が早く終わるか否かを、前記伝送スループットを用いて判断する手段と、該判断が肯定の場合、前記同期ポイント間のデータ(以下、フラグメントと呼ぶ)の受信途中で受信を中止し、低ビットレートのフラグメントを要求する手段と、該低ビットレートのフラグメントを受信する手段とを具備した点に特徴がある。
【0008】
この特徴によれば、受信バッファにアンダーフローが起きると予想されたときには、受信中のフラグメントの受信終了を待たずに、低ビットレートのデータの送信を要求でき、送信側ではこの要求に応じて即座に要求された低ビットレートのデータの送信を実行するので、受信バッファがアンダーフローを起こすのを極力防止できるようになる。また、アンダーフローを起こした場合でも、その回復を早期に行えるようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明が適用されるシステムの概略の構成図を示す。
【0010】
図示されているように、該システムは、動画像コンテンツの送信側であるサーバ1と、網(ネットワーク)2例えば携帯電話網と、携帯電話、PDA等の受信端末(クライアント)3とから構成されている。サーバ1は、周知のように図示されていない有線の情報ネットワークに接続されている。
【0011】
サーバ1の画像データ蓄積装置11には、同一内容の画像データあるいはメディアデータを複数のビットレートで作成した複数のファイルが蓄積されている。メディアデータは、図2に示されているように、同一内容を複数の離散的なビットレートc[n](n=0,1,2,・・・)、例えばビットレートc[0]のビットストリームAと、ビットレートc[1]のビットストリームBで形成されており、各ビットストリームには定期的に同期ポイントa1,a2,a3,・・・;b1,b2,b3,・・・が設定されている。このビットレートc[n]は、前記受信端末3に予め通知されている。
【0012】
前記同期ポイントは、T間隔、例えば10秒間隔で設定されている。該同期ポイントでは、この箇所において、異なるビットレート間でデータの切替が可能である。なお、以下では、該同期ポイント間のデータ単位を、“フラグメント”と呼ぶことにする。
【0013】
該画像データ蓄積装置11は、配信用のプログラムであるCGI(commom gateway interface)プログラム12によりアクセスされ、該CGIプログラム12から要求されたビットレートのファイルを提供する。
【0014】
一方、受信端末3は、受信データを一時的に蓄積する受信バッファ31と、最適なビットレートを決定し、該ビットレートを網2を介してサーバ1に通知するコントローラ32と、該バッファ31の蓄積量が所定量以上になった時点で受信バッファ31からデータを読み出しビデオ復号を開始するデコーダ33を備えている。
【0015】
次に、本発明の一実施形態を説明する。図3(a)、(b)、(c)は本実施形態の動作を説明するメディアデータのタイミングチャートであり、横軸は時間(t)を示す。
【0016】
図3(a)はこの実施形態の受信データと再生データの関係を示す。この実施形態では、受信端末3はメディアビットレートcでメディアデータ52を受信し、デコーダ33は受信中のフラグメントより1つ前のフラグメントのデータ51を再生する、すなわち、第nフラグメントのメディアデータ52を受信中に、第(n−1)フラグメントのメディアデータ51を再生するものとする。
【0017】
次に、本実施形態の前記コントローラ32の動作を、図4のフローチャートを参照して説明する。ステップS1では、第nフラグメントのメディアデータを受信する。ステップS2では、ネットワーク2のスループット(伝送スループット)vを推定する。ステップS3では、該スループットvを用いて、▲1▼受信バッファ31がアンダーフローする可能性があり、かつ▲2▼メディアビットレートを最低レートc0に切り替えた方が受信が早く終わるか否かの判断をする。この判断は具体的には、例えば下記の(1)、(2)式で行われる。
2×T−tp<c×(T−tr)/v ・・・(1)
c×(T−tr)/v>c0×T/v+TCP再接続時間 ・・・(2)
ここに、Tはフラグメント継続時間、tpは第(n−1)フラグメントの再生中の箇所(時間)、trは第nフラグメントの受信中の箇所(時間)(図3(a)参照)、cは第nフラグメントの受信中のメディアデータ52のビットレートである。
【0018】
前記(1)式は前記▲1▼を判定する式であり、(2)式は前記▲2▼を判定する式である。該(1)および(2)式が満足されると、前記ステップS3の判断は肯定になり、いずれか一方の式でも満足されないと該判断は否定になる。
【0019】
ステップS3の判断が否定の時には、ステップS6次いでステップS1に進み第nフラグメントのメディアデータの受信が続行される。一方、ステップS3の判断が肯定になると、ステップS4に進んで、即座にTCPコネクションを切断する。または、サーバへ中止コマンドを送出する。これにより、第nフラグメントのメディアデータの受信が、受信途中で停止する。
【0020】
ステップS5では、図3(b)に示されているように、第nフラグメントのデータ53を、最低のビットレートc0で送出することをサーバ1に要求する。サーバ1はこの要求があると、受信端末3が受信中止を認識しなくても、要求された新しいビットレートのフラグメントを送信開始する。次いで、ステップS1に戻り、第nフラグメントのデータをビットレートc0で最初から受信する。以下、前記と同じ動作が行われる。
【0021】
以上の動作の結果、ステップS6の判断が肯定になると、ステップS7に進んで最後のフラグメントを受信したか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはnが1インクリメントされてステップS1に戻り、第(n+1)フラグメントの受信が行われる。ステップS7の判断が肯定になると、前記した一連の動作は終了する。
【0022】
受信端末3のデコーダ33の再生動作は、前記のようにして第nフラグメントのデータが受信途中で中断され、該第nフラグメントのビットレートc0のデータがその最初から再受信されても、第(n−1)フラグメントの再生を続ける。該第nフラグメントのビットレートc0のデータは、第(n−1)フラグメントの再生中はバックグランドで再生しておき、該第(n−1)フラグメントの再生が終わると、新しく到着した第nフラグメントのビットレートc0のデータ53に切り替えられる(図3(b)参照)。これにより、メディアデータを連続して再生すると共に、受信バッファがアンダーフローするのを極力防止できるようになる。
【0023】
なお、該再生動作の変形例として、ビットレートcのデータ52を受信済みの箇所、すなわち第nフラグメントのtrまで再生し、それと並行してビットレートc0のメディアデータをバックグランドで復号しておき、該箇所trで再生を切り替えるようにしてもよい。
【0024】
以上のように、本実施形態によれば、第nフラグメントの受信途中で受信バッファにアンダーフローが起きる可能性が出た場合、該第nフラグメントの受信終了を待つことなく該可能性が発生した時点で受信を中断し、最低のビットレートc0で送信するようサーバに要求できるので、早期に対策を講じることができるようになり、該アンダーフローの発生を極力防止できるようになる。また、受信データの再生も、滞りなく行うことができる。
【0025】
前記コントローラ32の他の動作例を、図5を参照して説明する。図5において、図4と同じ動作には同じステップ番号が付されており、説明を省略する。ステップS3の判断が肯定になった場合には、ステップS4に進んで即座にTCPコネクションを切断、または中止コマンドを送出し、ステップS11に進んで、図3(c)に示されているように、第(n+1)フラグメントのデータ54を、最低のビットレートc0で送出するよう要求する。サーバ1はこの要求があると、受信端末3が受信中止を認識しなくても、要求された新しいビットレートのフラグメントを送信開始する。ステップS12では、第(n+1)フラグメントのデータ54をビットレートc0で受信する。ステップS13では、第(n+1)フラグメントの受信が終了したか否かの判断を行い、この判断が否定の時にはステップS1に戻って該ビットレートc0での受信を続行する。一方、前記ステップS3の判断が否定の時にはステップS14に進んで第nフラグメントの受信を続行する。
【0026】
以上のように、この動作例では、前記ステップS3の判断が肯定になった時には、第nフラグメントの受信を即座に中断し、第(n+1)フラグメントから、ビットレートc0で受信を再開する。
【0027】
この場合の前記デコーダ33の再生動作は、第nフラグメントのtrまで再生し、画像をフリーズさせ、第(n+1)フラグメントのデータを所定の量までバッファリングしてから、第(n+1)フラグメントの再生を開始する(図3(c)参照)。
【0028】
この実施形態によれば、受信バッファがアンダーフローする可能性が起きた場合は、画像表示を強制的にフリーズさせ、その後、第(n+1)フラグメントのビットレートc0の受信データが所定量まで受信バッファに蓄積された後に復号・再生を再開するようにしているので、復号・再生の制御が簡単になると共に、受信バッファがアンダーフローした後の回復が早くなる。
【0029】
なお、動画像データを伝送する網(ネットワーク)の伝送スループットvがフラグメントデータの最低ビットレートc0よりも大幅に(すなわち、予め定められた値以上)低いときには、前記ステップS3の判断をすることなく受信を中止し、最低ビットレートc0送信を要求するのが良い。
【0030】
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図6(a)、(b)、(c)は、該実施形態の動作を示すタイミングチャートを示す。図6(a)から明らかなように、この実施形態は、受信中の第nフラグメントのメディアデータ61を後追いしながら該データ61を再生する場合(再生データ62)の例である。
【0031】
該第2実施形態における前記コントローラ32の動作は、前記ステップS3の判定式を除き、図4または図5と同じである。すなわち、(ア)図4と同様に、ステップS4でTCPコネクションを切断または中止コマンドを送出すると、第nフラグメントをビットレートc0で要求する。あるいは、(イ)図5と同様に、ステップS4でTCPコネクションを切断または中止コマンドを送出すると、第(n+1)フラグメントをビットレートc0で要求する。
【0032】
前記(1)および(2)式に代わる判定式は、下記の判定式((3)式、(4)式)である。
T−tp<c×(T−tr)/v ・・・(3)
c×(T−tr)/v>c0×T/v+TCP再接続時間 ・・・(4)
該(3)および(4)式が共に満足されるとき、ステップS3の判断は肯定になり、いずれか一方の式でも満足されないときには、該判断は否定になる。
【0033】
次に、前記デコーダ33の再生動作を説明する。前記(ア)の場合は、デコーダ33は第nフラグメントの再生を続け、受信済みの所trまで再生する。それと並行してビットレートc0のメディアデータの復号を行っておき、trの所で、ビットレートcのメディアデータからc0のメディアデータに切り替える(図6(b)参照)。
【0034】
前記(イ)の場合は、第nフラグメントの再生をtrまで行い、画像をフリーズさせ、第(n+1)フラグメントのデータを所定の量までバッファリングしてから、第(n+1)フラグメントの再生を開始する(図6(c)参照)。
【0035】
以上のように、本実施形態によれば、第nフラグメントのデータを受信し、かつ同じフラグメントを後追いしながら再生する場合においても、第nフラグメントの受信途中で受信バッファにアンダーフローが起きる可能性が出た場合、該受信を即座に中断し、最低のビットレートc0で送信するようサーバに要求できるので、該アンダーフローの発生を極力防止できるようになる。また、受信データの再生も、滞りなく行うことができる。
【0036】
また、前記(イ)の場合は、受信バッファがアンダーフローする可能性が起きた場合は、画像を強制的にフリーズさせるものであるが、ビットレートcのデータの受信を速やかに中断し、その後ビットレートc0のデータを受信し、該受信データが所定量まで受信バッファに蓄積された所で復号・再生を再開するので、再生の回復が早くなる。
【0037】
次に、本発明の第3実施形態を説明する。この実施形態は、サーバ1が随時、すなわちフラグメントの途中からでも、ビットレートの異なるデータに切り替えて読み出せるようにされている場合の例である。
【0038】
この実施形態におけるコントローラ32の動作の要部を、図7のフローチャートを参照して説明する。図7において、図4と同じ動作には同じステップ番号を付して説明を省略する。ステップS4のTCPコネクションを切断または中止コマンドを送出する処理が終わると、ステップS21では、第nフラグメントの途中箇所(図3または図6のtr)を指定して、最低ビットレートc0で送信要求する。ステップS22では、受信端末3は該途中箇所trからビットレートc0で受信する。
【0039】
この実施形態の再生動作は、第nフラグメントの途中箇所trまではビットレートcで受信したデータを再生し、該箇所trからは最低ビットレートc0で受信したデータを再生する。
【0040】
この実施形態によれば、第nフラグメントの受信途中で受信バッファにアンダーフローが起きる可能性が出た場合、該受信を中断し、中断箇所から最低のビットレートc0で送信するようサーバに要求できるので、受信データに無駄が生じずまたアンダーフローの発生を極力防止できるようになる。また、受信データの再生も、中断したりフリーズしたりすることなく、連続的に行うことができるようになる。
【0041】
以上の各実施形態では、受信バッファがアンダーフローする可能性が生じた時には、最低のビットレートc0の要求をするようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、アンダーフローを起こさないビットレートであれば、どのビットレートを要求するようにしても良い。この場合のビットレートc’は、前記第1実施形態の場合は、前記(1)式に代えて下記の(5)式を、また第2実施形態の場合は、前記(3)式に代えて下記の(6)式を満たすものを選択すれば良い。
2×T−tp<c’×T/v ・・・(5)
T−tp<c’×T/v ・・・(6)
【0042】
この変形例によれば、受信バッファのアンダーフローするのを防止できると共に、最低のビットレートc0のデータより画質の良好なメディアデータを受信することができる。
【0043】
本発明は、携帯電話やPDA向けの映像配信、PC向けのインターネット映像配信等に適用することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1、2の発明によれば、受信バッファにアンダーフローが起きると予想されたときには、受信中のフラグメントの受信終了を待たずに、低ビットレートのデータの送信を要求できるので、受信バッファがアンダーフローを起こすのを極力防止できるようになる。また、アンダーフローを起こした場合でも、その回復を早期に行えるようになる。
【0045】
また、請求項3の発明によれば、映像フリーズを起こさないで、低ビットレートの再生画像に移行できるようになる。請求項4の発明によれば、映像フリーズを強制的に起こし次の受信フラグメントの先頭から受信するので、簡単な制御で低ビットレートの再生画像に移行できるようになる。また、アンダーフローを起こした場合でも、その回復を早期に行えるようになる。
【0046】
また、請求項5の発明によれば、フラグメントの途中からでもビットレートを低ビットレートに切り替えることができるようになる。請求項6の発明によれば、フラグメントの途中で、低ビットレートの受信に切り替え、かつ再生できるようになる。
【0047】
また、請求項7の発明によれば、受信バッファのアンダーフローを極力防止できるようになる。請求項8の発明によれば、できるだけ良好な画質を保持した状態で、受信バッファのアンダーフローを極力防止できるようになる。請求項9の発明によれば、網の伝送スループットが大幅に低下した場合に早期に対策を講じることができ、受信バッファのアンダーフローを防止、または該アンダーフローが起きた場合には早期に回復できるようになる。さらに、請求項10の発明によれば、送信側は早期に要求された低ビットレートのデータを伝送できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の映像配信方式に好適な送受信システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図2】 ビットストリームの構成を示す図である。
【図3】 フラグメントの受信および再生を示す第1の実施形態のタイミングチャートである。
【図4】 第1実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図5】 第1実施形態の他の動作例を示すフローチャートである。
【図6】 フラグメントの受信および再生を示す第2の実施形態のタイミングチャートである。
【図7】 第3実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1・・・サーバ、2・・・網、3・・・受信端末、11・・・画像データ蓄積装置、12・・・CGIプログラム、31・・・受信バッファ、32・・・コントローラ、33・・・デコーダ。
Claims (9)
- 複数種類の符号化ビットレートの連続メディアデータ間で切替可能なように同期ポイントをもった動画像データ群から、同期ポイントまでの受信が終了する度に単一の符号化ビットレートを選択し、動画像データの送受信をする映像配信方式であって、
該動画像データを伝送する網の伝送スループットを測定する手段と、
前記動画像データの受信中に、受信バッファがアンダーフローする可能性があり、かつ低ビットレートに切り替えた方が次の同期ポイントまでの受信が早く終わるか否かを、前記伝送スループットを用いて判断する手段と、
該判断が肯定の場合、前記同期ポイント間のデータ(以下、フラグメントと呼ぶ)の受信途中で受信を中止し、低ビットレートのフラグメントを要求する手段と、
該低ビットレートのフラグメントを受信する手段とを具備したことを特徴とする映像配信方式。 - 請求項1に記載の映像配信方式において、
前記低ビットレートのフラグメントを要求する手段は、受信中のフラグメントと同一のフラグメントまたは次のフラグメントの低ビットレートを要求することを特徴とする映像配信方式。 - 請求項2に記載の映像配信方式において、
前記低ビットレートのフラグメントを要求する手段が、受信中のフラグメントと同一のフラグメントを要求した場合には、受信済みのフラグメントまたは受信中のデータの再生を行うと同時に、新たに受信した低ビットレートのデータをバックグランドで再生を行い、前記受信済みのフラグメントまたは前記受信中止時点までの受信データの再生が終わった時点で、該新たに受信した低ビットレートのデータの再生に切り替えることを特徴とする映像配信方式。 - 請求項2に記載の映像配信方式において、
前記低ビットレートのフラグメントを要求する手段が、受信中のフラグメントの次のフラグメントの低ビットレートを要求した場合には、受信済の所まで再生を継続し、データがなくなった所でフリーズし、次のフラグメントのデータから再生を開始することを特徴とする映像配信方式。 - 複数種類の符号化ビットレートの連続メディアデータ間で切替可能なように同期ポイントをもった動画像データ群から、随時単一の符号化ビットレートを選択し、動画像データの送受信をする映像配信方式であって、
該動画像データを伝送する網の伝送スループットを測定する手段と、
前記動画像データの受信中に、受信バッファがアンダーフローする可能性があり、かつ低ビットレートに切り替えた方が次の同期ポイントまでの受信が早く終わるか否かを、前記伝送スループットを用いて判断する手段と、
該判断が肯定の場合、前記同期ポイント間のデータの受信途中で受信を中止し、該中止したデータに続く低ビットレートのデータを要求する手段と、
該低ビットレートのデータを受信する手段とを具備したことを特徴とする映像配信方式。 - 請求項5に記載の映像配信方式において、
前記受信中のデータを前記受信途中まで再生し、続いて受信した該中止したデータに続く低ビットレートのデータを再生することを特徴とする映像配信方式。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の映像配信方式において、
前記低ビットレートが最低ビットレートであることを特徴とする映像配信方式。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の映像配信方式において、
前記低ビットレートが、前記受信バッファがアンダーフローを起こさないと予想されるビットレートであることを特徴とする映像配信方式。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の映像配信方式において、
前記動画像の送信側は、前記受信中止を認識しない状態にあっても、要求された新しいビットレートのデータを送信開始することを特徴とする映像配信方式。
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