JP4585550B2 - Ｉｐｔｖの応答遅延減少方法及びその方法を具現するためのｉｐｔｖサービス提供サーバー - Google Patents

Description

本発明は、ＩＰＴＶサービス提供方法に関するもので、より具体的に、ＩＰＴＶサービス提供時にネットワーク効率性を高めながら、チャネル変更遅延時間を減少できるＩＰＴＶの応答遅延減少方法及びその方法を具現するためのＩＰＴＶサービス提供サーバーに関するものである。

通信及びインターネット技術の発達と伴い、一つの加入者回線上で放送、電話及びデータを同時に伝送できるＴＰＳ（Ｔｒｉｐｌｅ Ｐｌａｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ）が登場してきた。このＴＰＳは、多様なサービスを一つの回線を通してパッケージ形態で使用者に提供できる点で需要が急増しており、そのサービス提供企業も急増している。

上記のようなＴＰＳサービスの代表的なものがＩＰＴＶ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）サービスである。ＩＰＴＶサービスは、既存のインターネット通信網を通して放送サービスを提供するもので、既存の放送サービス（ケーブル、衛星、または地上波放送など）と比較したとき、ネットワーク資源の使用面で効率的である。具体的に説明すると、図１（Ａ）に示すように、既存の放送サービスにおいては、使用者の要請とは関係なしに常に全てのチャネルが使用者に伝送されるべきであって、帯域幅の浪費が発生するが、ＩＰＴＶサービスにおいては、図１（Ｂ）に示すように、ＩＰマルチキャスト技術を導入することで、使用者が要請したチャネルのみが伝送されるので、ネットワーク資源を効率的に使用できるとともに、不足した加入者回線の帯域幅問題も解消できる。

しかしながら、上記のようなＩＰＴＶサービスの場合、使用者によるチャネル要請が発生するとき、該当のチャネルが使用者に伝送される構造であるので、使用者が新しいチャネルを要請するとき、選択されたチャネルが使用者端末機に出力されるまでの遅延（以下、‘チャネル変更遅延’という。）が発生することになる。

上記のようなチャネル変更遅延は、命令語処理遅延、ネットワーク遅延、セットトップボックスジッターバッファ遅延、及びデコーディング（復号化）遅延などに区分される。詳しく説明すると、命令語処理遅延は、使用者がチャネル変更のためにリモートコントローラを通して該当のチャネルを選択した時点から、セットトップボックスがチャネル要請メッセージをネットワーク上に伝送するまでの遅延で、ネットワーク遅延は、要請されたチャネルの最初のパケットを受信するまでの遅延で、セットトップボックスジッターバッファ遅延は、ネットワーク上で付加されたジッターを除去するための初期バッファリング遅延で、デコーディング遅延は、圧縮されたビデオデータのデコーディング過程で発生する遅延である。ここで、デコーディング遅延は、ビデオデータがイントラフレームなしではデコーディングされないことに起因する。

上記のようなチャネル変更遅延のために、使用者が所望の時点に所望の映像データを直ちに受けられないので、チャネル変更遅延は、ＩＰＴＶサービス提供の効率性を阻害する重要な問題点として台頭している。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、その技術的課題は、各チャネルのチャネルタイプ及び各チャネルを通して伝送される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を調節することで、ネットワーク効率性を増加させながら、チャネル変更遅延時間を減少できるＩＰＴＶの応答遅延減少方法及びその方法を具現するためのＩＰＴＶサービス提供サーバーを提供することにある。

本発明の他の技術的課題は、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するとき、使用者のチャネルに対する選好度を反映できるＩＰＴＶの応答遅延減少方法及びその方法を具現するためのＩＰＴＶサービス提供サーバーを提供することにある。

本発明の更に他の技術的課題は、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するとき、計算複雑度を減少できるＩＰＴＶの応答遅延減少方法及びその方法を具現するためのＩＰＴＶサービス提供サーバーを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の一側面によるＩＰＴＶの応答遅延減少方法は、使用者に提供される各チャネルのチャネルタイプ、及び前記各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定する段階と、前記決定された個数だけの付加的なイントラフレームを前記映像データに挿入し、前記映像データをエンコーディング（符号化）する段階と、前記ユーザからチャネルの要求信号を受ける前に、前記決定された各チャネルタイプに応じて、前記エンコーディングされた映像データを第１ルータまたは第２ルータにまで伝送する段階と、を含むことを特徴とする。

ここで、前記チャネルタイプは、前記チャネルを通して伝送される前記映像データを第１ルータにまで伝送する第１タイプと、前記映像データを第２ルータにまで伝送する第２タイプとに分類され、前記第１ルータは、使用者端末機に隣接（近接）したルータで、前記第２ルータは、前記映像データを提供するＩＰＴＶサービス提供サーバーに隣接（近接）したルータであることを特徴とする。

このとき、前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数は、チャネル変更遅延時間を所定の臨界値（閾値）以下にしながら、前記映像データの提供に要請される前記各チャネルの全体帯域幅を最小化するように決定することができる。

一実施例において、前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数決定段階は、前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数を設定値として第１状態を設定し、前記第１状態でのチャネル変更遅延時間を算出する段階と、前記第１状態でのチャネル変更遅延時間が前記臨界値以下である場合、前記第１状態の最初設定値を基準にして前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数を決定する段階と、前記第１状態でのチャネル変更遅延時間が前記臨界値を超える場合、前記第１状態の最初設定値を変更させながら、変更された各設定値に対するチャネル変更遅延時間を算出する段階と、前記変更された各設定値のうち、前記変更された設定値に対するチャネル変更遅延時間を前記臨界値以下にする設定値が存在する場合、該当の各設定値のうち、前記チャネルの帯域幅を最小化する設定値を基準にして前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数を決定し、そうでない場合、前記第１状態を第２状態に更新する段階とを含み、前記チャネル変更遅延時間を前記臨界値にする設定値を有する状態が発見されるまで、前記変更された各設定値に対するチャネル変更遅延時間算出段階及び前記状態更新段階を繰り返すことを特徴とする。

このとき、前記第１状態から第２状態への更新は、前記第１状態での設定値変更によって発生するコストを最大化する設定値を前記第２状態の最初設定値に決定することで行われるが、ここで、前記コストは、前記第１状態での設定値に対するチャネル変更遅延時間と前記臨界値との差の変化量と、前記チャネルの帯域幅の変化量との比で算出される。

上述した目的を達成するための本発明の他の側面によるＩＰＴＶサービス提供サーバーは、使用者に提供される各チャネルのチャネルタイプ、及び前記各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定する演算部と、前記演算部によって決定された個数だけの前記付加的なイントラフレームを前記映像データに挿入し、前記映像データをエンコーディングするエンコーダーと、前記演算部によって決定された前記各チャネルタイプによって、前記エンコーディングされた映像データを、前記チャネルに対する使用者の要請以前に使用者端末機に隣接した第１ルータまたはＩＰＴＶ提供サーバーに隣接した第２ルータにまで伝送するデータ伝送部と、を含むことを特徴とする。

本発明は、各チャネルのチャネルタイプ及び各チャネルを通して伝送される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を調節することで、チャネル変更遅延時間を減少させてＩＰＴＶの応答遅延を最小化すると同時に、ネットワーク効率性を増加できるという効果を有する。

また、本発明は、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの挿入個数を決定するとき、使用者のチャネルに対する選好度を反映することで、使用者の選好度が高いチャネルを使用者端末機に隣接したルータにまで予め伝送し、多くのイントラフレームを挿入することで、ＩＰＴＶの応答遅延を最小化できるという効果を有する。

また、本発明は、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するとき、新しいアルゴリズムを適用することで、計算複雑度を減少できるという効果を有する。

以下、本発明の好適な実施例を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明を詳細に説明する前に、ＩＰＴＶサービス提供システムの一般的なネットワーク構成と、このＩＰＴＶサービス提供システム下でのチャネル変更過程を説明する。

図２は、一般的なＩＰＴＶサービス提供システムの概略的な構成図である。図２に示すように、ＩＰＴＶサービス提供システム１０は、ホームネットワーク１２、アクセスネットワーク１３、コアネットワーク１４、及びコアネットワーク１４の終端に連結されるＩＰＴＶサービス提供サーバー１８を含む。

ホームネットワーク１２は、ゲートウェイ１６、使用者端末機１９、及びセットトップボックス（Ｓｅｔ−ｔｏｐ Ｂｏｘ：ＳＴＢ）２０を含む。ゲートウェイ１６は、ホームネットワーク１２とアクセスネットワーク１３の中継役割を担うもので、ホームネットワーク１２のチャネルを管理する機能を行う。セットトップボックス２０は、使用者端末機１９とゲートウェイ１６に連結されて使用者端末機１９にＩＰＴＶサービスを提供する機能を行い、使用者端末機１９は、ＩＰＴＶをディスプレイする機能を行う。

アクセスネットワーク１３は、ホームネットワーク１２とコアネットワーク１４を媒介するネットワークで、ＬＨＲ（Ｌａｓｔ Ｈｏｏｐ Ｒｏｕｔｅｒ）２２及び各種のスイッチング素子（図示せず）を含む。ここで、ＬＨＲ２２は、使用者端末機１９に最も近く位置したルータを意味する。

コアネットワーク１４は、ＬＨＲ２２とＦＨＲ（Ｆｉｒｓｔ Ｈｏｏｐ Ｒｏｕｔｅｒ）２３を媒介するネットワークで、ＩＰＴＶサービス提供サーバー１８から伝達される放送サービスを使用者端末機１９に伝送するための複数個のマルチキャストルータ（図示せず）によって構成される。ここで、ＦＨＲ２３は、ＩＰＴＶサービス提供サーバー１８に最も近く位置したルータを意味する。

ＩＰＴＶサービス提供サーバー１８は、ヘッドエンド（Ｈｅａｄ−ｅｎｄ）として全てのチャネルを外部供給者から受信し、ネットワークの効率性を高めるために、ＩＰマルチキャスト技術を用いて放送チャネルを使用者に伝送する。

図２に示したＩＰＴＶ提供システムでのチャネル変更過程を、図３に基づいて具体的に説明する。

まず、１番チャネルを受信している使用者が、リモートコントローラを用いて２番チャネルへのチャネル変更を要請する場合、セットトップボックス２０は、使用者のチャネル変更要請に応じて１番チャネルに対するＩＧＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｇｒｏｕｐ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）脱退（Ｌｅａｖｅ）メッセージをゲートウェイ１６に伝送し、ゲートウェイ１６は、ＩＧＭＰ脱退メッセージをＬＨＲ２２に伝達する。ここで、ＩＧＭＰは、一つのルータと多数のホストからなるサブネット内で、一つのルータのホストがそれぞれどのマルチキャストグループに関心を持つかを定義することである。その後、ＩＧＭＰ脱退メッセージを受信したＬＨＲ２２は、ＩＧＭＰ Ｇｒｏｕｐ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕｅｒｙメッセージを自身が管理する全てのゲートウェイ（図示せず）に伝送し、所定時間の間に如何なる応答も受信されない場合、上位ルータにＰＩＭ Ｐｒｕｎｅメッセージを伝送しながら１番チャネルに対するグループ脱退を行う。

一方、２番チャネルに対する加入のために、セットトップボックス２０が２番チャネルに対するＩＧＭＰ加入（Ｊｏｉｎ）メッセージをゲートウェイ１６に伝送すると、ゲートウェイ１６は、ＩＧＭＰ加入メッセージをＬＨＲ２２に伝達する。ＩＧＭＰ加入メッセージを受信したＬＨＲ２２は、既に２番チャネルを受信している場合、該当のゲートウェイ１６に２番チャネルを伝送し、そうでない場合、上位ルータにＰＩＭ Ｊｏｉｎメッセージを伝送しながら２番チャネルに対するグループ加入を試みる。このような過程を通して、使用者のチャネル変更要請に応じたチャネルが使用者に受信され、受信されたチャネルのデコーディング過程を経て該当のチャネルが使用者にディスプレイされる。

上述したように、チャネルの変更過程で新しいチャネルが使用者に受信されるまで、以前のチャネルグループからの脱退及び新しいチャネルグループへの加入によってネットワーク遅延が発生し、該当のチャネルを受信した後、圧縮されたビデオデータのデコーディング過程でデコーディング遅延が発生するので、本発明では、このようなチャネル変更遅延を最小化できるＩＰＴＶサービス提供サーバー及び提供方法を提供しようとする。以下、Ｎ名の使用者にＭ個のチャネルからなるＩＰＴＶサービスを提供する場合を例に挙げて説明する。

図４は、本発明の一実施例に係るＩＰＴＶサービス提供サーバーの概略的なブロック図である。図４に示すように、ＩＰＴＶサービス提供サーバー１８は、演算部２４、エンコーダー２６及びデータ伝送部２８を含む。

演算部２４は、チャネルの帯域幅及びチャネル変更遅延を最小化できるように、各チャネルのチャネルタイプ及び各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレーム（Ｉｎｔｒａ Ｆｒａｍｅ）の個数を決定する。ここで、演算部２４によって決定されるチャネルタイプとは、所定チャネルが、使用者の要請以前に使用者端末機１９に隣接したルータにまで予め伝送されるべきチャネルタイプ（以下、‘静的チャネル’という。）であるか、または、ＩＰＴＶサービス提供サーバー１８に隣接したルータにまで伝送されるチャネルタイプ（以下、‘動的チャネル’という。）であるかを意味する。

演算部２４が各チャネルに対してチャネルタイプを決定する理由は、所定チャネルを静的チャネルに決定すると、ネットワーク遅延が相対的に減少するが、如何なる使用者も該当のチャネルを視聴しない場合、ネットワーク帯域幅の浪費をもたらし、所定チャネルを動的チャネルに決定すると、ネットワーク帯域幅を効率的に使用できるが、使用者が該当のチャネルを要請する場合、ネットワーク遅延が増加することから、チャネルの帯域幅及びチャネル遅延を最も効率的に調節するためである。

また、演算部２４が映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定する理由も、チャネル帯域幅及びチャネル遅延を効率的に調節するためで、具体的には、各チャネルに関するデコーディング遅延を効率的に調節するためである。ここで、映像データに付加的なイントラフレームを挿入することで、デコーディング時に映像データのイントラフレームを待つ必要なしに、付加的なイントラフレームを用いてデコーディングを行ってデコーディング遅延を減少できる。このとき、デコーディング遅延を減少させるために付加的なインフラフレームの個数を増加させると、チャネルの帯域幅が増加するので、演算部２４は、これを調節するために適切なイントラフレームの個数を決定する。

具体的に、演算部２４は、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するとき、チャネル変更遅延時間を所定の臨界値以下にしながら、映像データの提供に要求される各チャネルの全体帯域幅を最小化するようにチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する。このために、演算部２４は、図４に示すように、チャネル選好度算出部３０、遅延時間算出部３２、帯域幅算出部３４及びチャネル特性決定部３６を含む。

チャネル選好度算出部３０は、各使用者のチャネル選好度を算出するもので、チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの挿入個数を決定するとき、各使用者のチャネル選好度を反映するためのものである。これは、使用者の選好度が高いチャネルを静的チャネルに決定し、使用者の選好度が低いチャネルを動的チャネルに決定し、使用者の選好度が高いチャネルであるほど付加的なイントラフレームの個数を増加させることが、チャネルの帯域幅及びチャネル遅延を減少させるのに効率的であることに起因する。このとき、ｉ番目使用者のチャネル選好度は、以下の（１）に表記され、ｉ番目使用者の各チャネルに対する選好度は、式（２）に表記される。

さらに、Ｍ個のチャネルに対するＮ名の使用者間では、次の式（３）のような関係が成立する。

一実施例において、このような使用者のチャネル選好度は、各使用者のチャネル別視聴現況に対する統計資料を用いて算出されるが、具体的に、各使用者のチャネル選好度は、所定の時間間隔の間、各使用者が所定チャネルを視聴した時間を用いて推定することができる。各使用者のチャネル選好度は、次の式（４）により表現される。

上式中、p_i ^jは、ｊ番目チャネルに対するｉ番目使用者の選好度を意味し、t_i ^jは、ｉ番目使用者がｊ番目チャネルを視聴した時間を意味し、Ｔ_updateは、所定の時間間隔を意味し、Ｎは、全体使用者の数を意味する。

遅延時間算出部３２は、チャネル変更遅延時間を算出するもので、具体的に、チャネル変更遅延時間は、各チャネルに対するネットワーク遅延時間（各チャネルの受信に要される時間）と、各チャネルを通して提供される映像データのデコーディングに要される時間との和に、各チャネルに対する使用者の選好度を掛けることで算出される。これを全てのチャネルに対して拡張したものは、次式（５）により表現される。

上式中、以下の（６）で示されるチャネルに対するネットワーク遅延時間を示すベクトルは、式（７）で表現され、以下の（８）で示される付加的なイントラフレームが挿入された映像データのデコーディング遅延時間を示すベクトルは、式（９）で表現される。

したがって、上記式（５）は、チャネルのネットワーク遅延ベクトルとデコーディング遅延ベクトルとの和と、以下（１０）に示される各使用者のチャネル選好度値との内積を取ることで、各使用者に対する全体チャネルの遅延時間を算出するようになる。

このとき、ｊ番目チャネルに対するネットワーク遅延時間であるd_j及びデコーディング遅延時間であるd_j ^Iは、以下の式（１１）及び式（１２）のように定義される。

ここで、d_staticとd_dynamicは、それぞれインターネット上での静的チャネルと動的チャネルに対する平均ネットワーク遅延時間を意味し、d_dynamicは、d_staticに比べて相対的に非常に長い。

上式（１２）中、n_j ^Iは、ｊ番目チャネルを通して伝送される映像データに含まれた一つのＧＯＰ区間に挿入する付加的なイントラフレームの個数を示すもので、各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数は、ベクトルで式（１３）に表現される。一方、Ｎ_CCS ^Iは、一つのＧＯＰ区間内に挿入される付加的イントラフレームの最大個数を示し、Ｔ_gopは、一つのＧＯＰの大きさを示す。

帯域幅算出部３４は、映像データの提供に要求される各チャネルの全体帯域幅を算出するもので、各チャネルのチャネルタイプを示す所定値と、該当のチャネルを通して映像データを伝送するために要求される帯域幅との積を求めることで、各チャネルの帯域幅を算出する。これを全てのチャネルに対して拡張すると、次の式（１４）に示す通りである。

上式中、以下の（１５）に示される映像データの伝送時に要求されるチャネルの帯域幅を示すベクトルは、次式（１６）で表記され、以下の（１７）に示される付加的なイントラフレームの伝送時に要求されるチャネルの帯域幅を示すベクトルは、以下の式（１８）で表記され、以下の（１９）で示される各チャネルのチャネルタイプを示すベクトルは、以下の式（２０）で表記される。

上記の式（１４）によると、付加的なイントラフレームが挿入された映像データを伝送するための各チャネルの帯域幅ベクトルと、各チャネルのチャネルタイプを示すベクトルとの内積を取ることで、映像データの伝送に要求される全体チャネルの帯域幅を算出するようになる。このとき、上記（１７）で示される付加的なイントラフレームの伝送時に要求されるチャネルの帯域幅を示すベクトルと、上記（１９）で示される各チャネルのチャネルタイプを示すベクトルとは、次の式（２１）及び式（２２）によって定義される。

上式（２１）中、Ｒ_Ｉは、付加的なイントラフレームの固定ビットレートを意味する。

すなわち、該当のチャネルに対するチャネルタイプの値は、ｊ番目チャネルが静的チャネルである場合、１をチャネルタイプの値に決定し、ｊ番目チャネルが動的チャネルである場合、ｊ番目チャネルに対する各使用者の選好度の和をチャネルタイプの値に決定する。

チャネル特性決定部３６は、上述した遅延時間算出部３２及び帯域幅算出部３４によって算出された値を用いて、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する。具体的に、チャネル特性決定部３６は、下記の式（２３）に記載されたように、式（５）を用いて算出されたチャネル変更遅延時間を所定の臨界値Ｄ_ＭＡＸ以下にしながら、上記の式（１４）で算出されたチャネルの全体帯域幅の値を最小化する式（２４）で示されるベクトルと、式（２５）で示されるベクトルを求めることで、全てのチャネルに対するチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する。

一実施例において、チャネル特性決定部３６は、ビタビ（Ｖｉｔｅｒｂｉ）アルゴリズムを用いて式（２３）を満足させながら式（１４）を最小化する上記式（２４）で示されるベクトルと、上記式（２５）で示されるベクトルを求めることができる。これを、図５に示したトレリス（Ｔｒｅｌｌｉｓ）を参照して具体的に説明する。

図５に示すように、各チャネルは、一つのドメインを構成し、各ドメインは、2*(Ｎ_CCS ^I+1)個の状態で構成されている。ドメイン内のそれぞれの状態は、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を示し、各ドメイン上の状態組み合わせにおいて可能な組み合わせ数は、2*(Ｎ_CCS ^I+1)^M個である。Ｍ−１番目ドメインまでの累積状態組み合わせが式（２６）のように表現され、ドメイン上で選択された状態が(ｓ_m ,ｎ_m ^I)であるとき、ｍ番目ドメイン上の累積状態組み合わせは、以下の式（２７）に示す通りである。

一実施例において、最適の解を探すための検索範囲を狭めるために、図５に示したトレリス上に枝刈り（Ｐｒｕｎｉｎｇ）技法を適用する。すなわち、ｍ−１番目ドメインからｍ番目ドメインへの最適な転移を決定するとき、ｍ番目ドメインで選択された状態に対して式（２３）を満足するかどうかを判断し、式（２３）を満足しない転移を削除する。図５の点線部分は、ドメイン状態のうち式（２３）を満足しないもので削除されるべき転移を示す。

他の一つの実施例において、チャネル特性決定部３６は、計算複雑度を減少させるために、他のアルゴリズムを用いて式（２３）を満足させながら式（１４）を最小化する上記式（２４）で示されるベクトルと、上記式（２５）で示されるベクトルを求めることができる。

これを具体的に説明すると、まず、チャネル特性決定部３６は、初期状態で全てのチャネルのチャネルタイプを動的チャネルに設定し、映像データに挿入される付加的なイントラフレームの個数を０に設定する。すなわち、初期状態は、映像データを伝送するための帯域幅が最小化される状態に設定する。このような状態で、チャネル特性決定部３６は、式（５）によって算出されたチャネル変更遅延時間が臨界値を越える程度を示す以下の（２８）で示されるチャネル変更遅延時間評価値を算出する。

ここで、チャネル変更遅延時間評価値は、次の式（２９）によって算出される。

すなわち、式（２９）によると、遅延時間が臨界値より小さいかそれと同じ場合、チャネル変更遅延時間評価値は０になり、そうでない場合、チャネル変更遅延時間評価値は正数の値になる。

チャネル特性決定部３６は、初期状態で算出されたチャネル変更遅延時間評価値が０である場合、このような初期状態の設定値を基準にして、チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する。

また、チャネル特性決定部３６は、初期状態で算出されたチャネル変更遅延時間評価値が０でない場合、初期状態で各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を変更しながら式（２９）に示されるチャネル変更遅延時間評価値を計算し、計算されたチャネル変更遅延時間評価値を０にする設定値が存在するかどうかを判断する。

チャネル変更遅延時間評価値を０にする設定値が存在する場合、チャネル特性決定部３６は、チャネルの帯域幅を最小化する設定値を基準にしてチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定し、チャネル変更遅延時間評価値を０にする設定値が存在しない場合、最初設定値の変更によって発生するコスト（Ｃｏｓｔ）を算出した後、算出されたコスト値を用いて初期状態を更新し、次の状態を決定する。このとき、コストは、次の式（３０）によって算出することができ、初期状態を更新するときは、算出されたコスト値が最大である状態の設定値を用いて初期状態を更新する。

チャネル特性決定部３６は、チャネル変更遅延時間評価値が０になる状態が発見されるまで、上述した過程を繰り返すことで、チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する。

上式（３０）中、以下の（３１）で示される値は、状態変化によって発生するチャネル変更遅延時間評価値の減少量を意味し、以下の（３２）で示される値は、状態変化によって発生する帯域幅の増加量を意味する。

再び図４を参照すると、エンコーダー２６は、演算部２４によって決定された個数だけの付加的なイントラフレームを映像データに挿入し、映像データをエンコーディングする。一実施例において、映像データは、３０ｆｐｓ（Ｆｒａｍｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）でＩＢＢＰＢＢＰＢＢＰＢＢの構造でエンコーディングされる。

データ伝送部２８は、所定チャネルのチャネルタイプが静的チャネルに決定される場合、エンコーダー２６によってエンコーディングされた映像データを使用者の要請以前に使用者端末機１９に隣接したルータにまで伝送し、所定チャネルのチャネルタイプが動的チャネルに決定される場合、エンコーダー２６によってエンコーディングされた映像データを使用者の要請以前にＩＰＴＶ放送サーバー１８に隣接したルータにまで伝送する。

上述したＩＰＴＶサービス提供サーバーを用いたＩＰＴＶの応答遅延減少方法を、図６に基づいて説明する。

まず、使用者に提供される各チャネルのチャネルタイプ及び各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定する（Ｓ１００）。このとき、チャネルタイプは、使用者のチャネル要請以前に映像データを使用者端末機１９に隣接した第１ルータにまで伝送する静的チャネルと、映像データをＩＰＴＶサービス提供サーバー１８に隣接した第２ルータにまで伝送する動的チャネルとに分類される。一実施例において、チャネルタイプ及び各チャネルに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定するとき、使用者のチャネル選好度に基づいて各チャネルのチャネルタイプを決定することが好ましい。

ここで、各チャネルのチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数は、チャネル変更遅延時間を所定の臨界値以下にしながら、映像データの提供に要求される各チャネルの全体帯域幅を最小化するように決定する。このとき、チャネル変更遅延時間は、式（５）によって算出され、各チャネルの帯域幅は、式（１４）によって算出される。これに対する詳細な説明は、該当の数学式の説明部分で詳細に記述したので省略する。

一実施例において、式（５）によって算出されるチャネル変更遅延時間と、式（１４）によって算出されるチャネルの帯域幅を用いてチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するために、ビタビアルゴリズムを用いることができる。このビタビアルゴリズムは、図５に示したトレリスを用いて以前状態から現在状態への転移のうち式（２３）を満足させない転移を削除することで、最適のチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するようになる。

他の実施例において、図７に示したアルゴリズムを用いて最適のチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を算出することができる。図７に示すように、まず、各チャネルを初期状態に設定する（Ｓ２００）。ここで、初期状態とは、チャネルタイプが動的チャネルで、付加的なイントラフレームの個数が０である状態を意味し、以下、チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を初期状態の設定値と定義する。次に、式（２９）を用いて初期状態でのチャネル変更遅延時間評価値を計算する（Ｓ２１０）。計算されたチャネル変更遅延時間評価値が０であるかどうかを判断し（Ｓ２２０）、チャネル変更遅延時間評価値が０である場合、初期状態の設定値を基準にしてチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する（Ｓ２３０）。

Ｓ２２０において、チャネル変更遅延時間評価値が０でない場合、初期状態で設定値を変更させながらチャネル変更遅延時間評価値を計算した後（Ｓ２３５）、計算されたチャネル変更遅延時間評価値を０にする設定値が存在するかどうかを判断する（Ｓ２４０）。チャネル変更遅延時間評価値を０にする設定値が存在する場合、そのうち、チャネルの帯域幅を最小化する設定値を基準にしてチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定する（Ｓ２５０）。Ｓ２４０でチャネル変更遅延時間評価値を０にする設定値が存在しない場合、最初設定値の変更によって発生するコストを算出し（Ｓ２６０）、初期状態を、算出されたコストを最大化する設定値を用いて更新することで、次の状態を設定する（Ｓ２７０）。このとき、コストは、上述した式（３０）によって算出される。コストの算出過程に対する詳細な説明は、式（３０）の説明部分で記載したので省略する。

その後、チャネル変更遅延時間評価値が０になる設定値を有する状態が発見されるまで、Ｓ２３５〜Ｓ２７０を繰り返すことで、チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するようになる。

再び図６を参照すると、Ｓ１００で決定された個数だけの付加的なイントラフレームを映像データに挿入し、映像データをエンコーディングした後（Ｓ１１０）、Ｓ１００でチャネルタイプが静的チャネルに決定される場合、使用者のチャネル要請以前にエンコーディングされた映像データを使用者端末機１９に最も隣接したルータにまで伝送し、チャネルタイプが動的チャネルに決定される場合、使用者のチャネル要請以前にエンコーディングされた映像データをＩＰＴＶサービス提供サーバー１８に最も隣接したルータにまで伝送する（Ｓ１２０）。

図８及び図９は、上述した２個のアルゴリズムを用いてチャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を算出する実験を通して、各アルゴリズムの性能を分析して示した図である。まず、実験の前提条件を簡略に説明する。実験環境は、ＯＰＮＥＴを使用して具現し、チャネル変更によって発生する遅延時間及びコアネットワーク上の帯域幅使用量が二つのアルゴリズムの性能を比較する尺度として使われた。コアネットワーク及びアクセスネットワークのリンク帯域幅は、それぞれ１Ｇｂｐｓ、１００Ｍｂｐｓに設定し、ＩＰネットワーク上の単方向遅延時間は０．６ｓｅｃで、アクセスネットワーク内の使用者数は２０名に設定し、各チャネルを通して提供される映像データは、３０ｆｐｓ（Ｆｒａｍｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）でエンコーディングされ、エンコーディング構造はＩＢＢＰＢＢＰＢＢＰＢＢである。

各チャネルは、ＳＤＴＶチャネルグループとＨＤＴＶチャネルグループとに分類され、該当チャネルの帯域幅は、それぞれ４．１２Ｍｂｐｓ、１２．０６Ｍｂｐｓである。映像データに挿入される付加的なイントラフレームの大きさは２５０００ｂｙｔｅで、一つのＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）内に挿入される付加的なイントラフレームの最大個数は３に設定した。各使用者のチャネル要請間の時間間隔は、ポアソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）分布にしたがうもので、λ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｒａｔｅ）は、１／３０（Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｒｅｑｕｅｓｔｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）に設定した。各使用者のチャネル選好度は、一様（Ｕｎｉｆｏｒｍ）分布またはジップ（Ｚｉｐｆ）分布にしたがうもので、ジップ分布である場合、θ（Ｓｋｅｗ Ｆａｃｏｔｒ）は１．０に設定した。また、一般的に、ＨＤＴＶチャネルの選好度をＳＤＴＶチャネルの選好度よりやや高く設定し、各使用者が同一のチャネル選好度傾向を示す場合も、チャネル番号は多少異なり得る。

ビタビアルゴリズムは、チャネル数の増加によって計算複雑度が指数的に増加するので、実験の簡便さのために、使用者のチャネル選好度は一様分布にしたがうようにし、相対的に少ないチャネル数で実験を進行した。実験において、１番チャネルはＨＤＴＶチャネルで、２番チャネルから５番チャネルまではＳＤＴＶチャネルである。

図８及び図９に示した結果から分かるように、二つのアルゴリズム（ビタビアルゴリズム、図７に示したアルゴリズム）は、臨界値の減少によって、式（２３）を満足させるために静的チャネルの数及び付加的なイントラフレームの数が増加している。臨界値が０．４、１．４、１．５であるとき、多少の差を示すとしても、二つのアルゴリズムの性能は全般的に類似しているが、図７に示したアルゴリズムのＣＰＵ時間は、０．０６２ｓｅｃで、ビタビアルゴリズムのＣＰＵ時間である０．１０９ｓｅｃより短い。そのため、図７に示したアルゴリズムは、計算複雑度の側面で改善された性能を示すことが分かる。

図１０乃至図１２は、図７に示したアルゴリズムの性能を示す図である。提示されたアルゴリズムの性能を実験するために、全体チャネル３０個のうち１番チャネル、５番チャネル、１０番チャネル、２０番チャネル及び３０番チャネルをＨＤＴＶチャネルに設定し、残りのチャネルをＳＤＴＶチャネルに設定した。また、各使用者のチャネル選好度は、一様分布またはジップ分布にしたがうもので、臨界値は１．０ｓｅｃに設定した。

まず、使用者のチャネル選好度が一様分布にしたがうとき、図１０及び図１１に示すように、全てのチャネルが動的チャネルである場合、ネットワーク効率性は最も良いが、チャネル変更遅延が臨界値を越える使用者が存在することが分かる。一方、全てのチャネルが静的チャネルである場合、チャネル変更遅延は最も良い性能を示すが、ネットワーク効率性は減少したことが分かる。その反面、図７に示したアルゴリズムの場合、各使用者のチャネル選好度に基づいてチャネルタイプを決定し、各チャネルを通して伝送される映像データに付加的なイントラフレームを挿入することで、ネットワークの効率性を向上させながら、使用者のチャネル変更遅延も臨界値以下にすることができる。

一方、使用者のチャネル選好度がジップ分布にしたがう場合も、上記と類似した結果を示し、図１２に示すように、図７に示したアルゴリズムを用いることで、チャネル変更遅延を減少させると同時に、ネットワーク効率性を向上させることが分かる。

本発明の属する技術分野の当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を逸脱しない範囲で、他の具体的な形態で実施されることを理解できるだろう。

したがって、上述した各実施例は、全ての面で例示的なものに過ぎなく、限定的なものとして理解してはならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりも特許請求の範囲に示されるもので、特許請求の範囲の意味、範囲及びその等価概念から導出される全ての変更または変形形態は、本発明の範囲に含まれるものとして解析すべきである。

放送サービス提供メカニズム及びＩＰＴＶサービス提供メカニズムを示す図である。 一般的なＩＰＴＶサービス提供システムを示す網構成図である。 ＩＰＴＶのチャネル変更過程を示す図である。 本発明の一実施例に係るＩＰＴＶサービス提供サーバーのブロック図である。 ビタビアルゴリズムのトレリスを示す図である。 本発明の一実施例に係るＩＰＴＶの応答遅延減少方法を示すフローチャートである。 チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するアルゴリズムを示すフローチャートである。 チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するために用いられた各アルゴリズムの性能を比較した図である。 チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するために用いられた各アルゴリズムの性能を比較した図である。 図７に示したアルゴリズムの性能を示す図である。 図７に示したアルゴリズムの性能を示す図である。 図７に示したアルゴリズムの性能を示す図である。

符号の説明

１８ ＩＰＴＶサービス提供サーバー
２４ 演算部
２６ エンコーダー
２８ データ伝送部
３０ チャネル選好度算出部
３２ 遅延時間算出部
３４ 帯域幅算出部
３６ チャネル特性決定部

Claims (21)

1. 演算部が、使用者に提供される各チャネルのチャネルタイプ、及び前記各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定する段階と、
   エンコーダーが、前記決定された個数だけの付加的なイントラフレームを前記映像データに挿入し、前記映像データをエンコーディングする段階と、
   データ伝送部が、前記決定された各チャネルタイプによって、前記エンコーディングされた映像データを前記チャネルに対する使用者の要請以前に第１ルータまたは第２ルータにまで伝送する段階と、を含み、
   前記チャネルタイプは、前記チャネルを通して伝送される前記映像データを第１ルータにまで伝送する第１タイプと、前記映像データを第２ルータにまで伝送する第２タイプとに分類され、前記第１ルータは、使用者端末機に隣接したルータで、前記第２ルータは、ＩＰＴＶサービス提供サーバーに隣接したルータであることを特徴とするＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
2. 前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数は、チャネル変更遅延時間を所定の臨界値以下にしながら、前記映像データの提供に要求される前記各チャネルの全体帯域幅を最小化するように決定されることを特徴とする請求項１に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
3. 前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数は、前記各チャネルに対する使用者の選好度を反映して決定されることを特徴とする請求項２に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
4. 前記各チャネルに対する前記使用者の選好度は、所定時間間隔の間、前記使用者が該当チャネルを視聴した時間を用いて推定されることを特徴とする請求項３に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
5. 前記チャネル変更遅延時間は、前記各チャネルが受信されるのに要される時間と、前記各チャネルを通して提供される前記映像データのデコーディング遅延時間との和に、各チャネルに対する前記使用者の選好度を掛けることで算出されることを特徴とする請求項３に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
6. 前記各チャネルの帯域幅は、当該各チャネルのチャネルタイプを表す所定値と、当該各チャネルを通して前記映像データ提供のために要求される帯域幅との積を用いて算出されることを特徴とする請求項３に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
7. 前記チャネルタイプを表す前記所定値は、
   所定チャネルが第１タイプであると第１値に決定され、前記所定チャネルが第２タイプであると、前記チャネルに対する各使用者の選好度の和に決定されることを特徴とする請求項６に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
8. 前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数は、ビタビアルゴリズムを用いて決定されることを特徴とする請求項２に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
9. 前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数決定段階は、
   前記演算部が、前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数を設定値として第１状態を設定し、前記第１状態でのチャネル変更遅延時間を算出する段階と、
   前記演算部が、前記第１状態でのチャネル変更遅延時間が前記臨界値以下である場合、前記第１状態の最初設定値を基準にして前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数を決定する段階と、
   前記演算部が、前記第１状態でのチャネル変更遅延時間が前記臨界値を超える場合、前記第１状態の最初設定値を変更させながら、変更された各設定値に対するチャネル変更遅延時間を算出する段階と、
   前記演算部が、前記変更された各設定値のうち、前記変更された設定値に対するチャネル変更遅延時間を前記臨界値以下にする設定値が存在する場合、該当設定値のうち、前記チャネルの帯域幅を最小化する設定値を基準にして前記チャネルタイプ及び前記イントラフレームの個数を決定し、そうでない場合、前記第１状態を第２状態に更新する段階と、を含み、
   前記チャネル変更遅延時間を前記臨界値にする設定値を有する状態が発見されるまで、前記変更された各設定値に対するチャネル変更遅延時間算出段階及び前記状態更新段階を繰り返すことを特徴とする請求項２に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
10. 前記第１状態から第２状態への更新は、
    前記第１状態での設定値変更によって発生するコストを最大化する設定値を、前記第２状態の最初設定値に決定することで行われることを特徴とする請求項９に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
11. 前記コストは、前記第１状態での設定値に対するチャネル変更遅延時間と前記臨界値との差値の変化量と、前記チャネルの帯域幅の変化量との比で算出されることを特徴とする請求項１０に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
12. 前記第１状態の最初設定値は、全てのチャネルのチャネルタイプが第２タイプで、前記付加的なイントラフレームの個数が０であることを特徴とする請求項９に記載のＩＰＴＶの応答遅延減少方法。
13. 請求項１乃至請求項１２のうち何れか１項に記載の方法をコンピュータが行うためのプログラムが記録されたコンピュータ可読な記録媒体。
14. 使用者に提供される各チャネルのチャネルタイプ、及び前記各チャネルを通して提供される映像データに挿入する付加的なイントラフレームの個数を決定する演算部と、
    前記演算部によって決定された個数だけの前記付加的なイントラフレームを前記映像データに挿入し、前記映像データをエンコーディングするエンコーダーと、
    前記演算部によって決定された前記各チャネルタイプによって、前記エンコーディングされた映像データを、前記チャネルに対する使用者の要請以前に使用者端末機に隣接した第１ルータまたはＩＰＴＶ提供サーバーに隣接した第２ルータにまで伝送するデータ伝送部と、を含み、
    前記演算部によって決定される前記チャネルタイプは、前記映像データが前記チャネルを通して前記第１ルータにまで伝送される第１タイプと、前記映像データが前記チャネルを通して前記第２ルータにまで伝送される第２タイプとに分類されることを特徴とするＩＰＴＶサービス提供サーバー。
15. 前記演算部は、チャネル変更遅延時間を所定の臨界値以下にしながら、前記映像データの提供に要求される前記各チャネルの全体帯域幅を最小化するように前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数を決定することを特徴とする請求項１４に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。
16. 前記演算部は、
    所定チャネルに対する使用者の選好度を算出するチャネル選好度算出部と、
    前記各チャネルが受信されるのに要される時間と、前記各チャネルを通して提供される前記映像データのデコーディング遅延時間との和と、前記各チャネルに対する前記使用者のチャネル選好度との積を用いて前記チャネル変更遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
    前記チャネルタイプを表す所定値と、前記映像データ伝送に要される各チャネルの帯域幅との積を用いて、前記各チャネルの全体帯域幅を算出する帯域幅算出部と、
    前記遅延時間算出部によって算出される前記チャネル変更遅延時間を臨界値以下の値にしながら、前記帯域幅算出部によって算出されるチャネルの全体帯域幅を最小化する前記チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定するチャネル特性決定部と、
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。
17. 前記演算部は、前記チャネルタイプ及び前記付加的なイントラフレームの個数を設定値にして第１状態を設定し、前記チャネル変更遅延時間を前記臨界値以下にする設定値を有する状態が発見されるまで前記設定値を変更させながら、前記第１状態を反復的に更新させ、前記チャネル変更遅延時間を前記臨界値以下にする設定値を有する状態が発見される場合、該当状態の各設定値のうち前記各チャネルの帯域幅を最小化する設定値を基準にして前記チャネルタイプ及び付加的なイントラフレームの個数を決定することを特徴とする請求項１５に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。
18. 前記第１状態の反復的更新は、前記第１状態での変更された各設定値のうち、前記チャネル変更遅延時間を前記臨界値以下にする設定値が発見されないときに行われることを特徴とする請求項１７に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。
19. 前記第１状態の反復的更新は、前記第１状態の設定値変更によって発生するコストを最大化する設定値を用いて前記第１状態を第２状態に更新することを特徴とする請求項１８に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。
20. 前記コストは、前記第１状態での設定値に対するチャネル変更遅延時間と前記臨界値との差値の変化量と、前記チャネルの帯域幅の変化量との比で算出されることを特徴とする請求項１９に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。
21. 前記第１状態の最初設定値は、全てのチャネルのチャネルタイプが第２タイプで、前記付加的なイントラフレームの個数が０であることを特徴とする請求項１７に記載のＩＰＴＶサービス提供サーバー。