JP5235800B2 - Ipストリーム送受信システム、ipストリーム送受信方法、ipストリーム送受信プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Ipストリーム送受信システム、ipストリーム送受信方法、ipストリーム送受信プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、映像・音声等のコンテンツをIP伝送にて送受信を行うIPストリーム送信装置、受信装置に関するものである。
映像・音声等をIP伝送にて送受信する方法がある。例えば、非特許文献1にて規定される、デジタル放送をIP伝送にて再送信するサービスがある。このデジタル放送IP再送信サービスでは、放送事業者が運営する放送設備から放送波によって送出されたデジタル放送信号を、IP再送信サービス事業者が運営する送信設備を介し、番組の構成要素をMPEG−2 TS形式で多重化された上で、TTS(Time Stamped TS)化され、RTP/UDP(Real−time Transport Protocol/User Datagram Protocol)を用いてIP再送信サービスとしてマルチキャストでストリーミング伝送される形態が想定されている。
また、非特許文献1で規定されるIP再送信サービスでは、パケットロスを補償する為に、FECによるエラー訂正手段が想定されており、FEC方式としては、ProMPEGがデフォルト方式として規定されている。
「地上デジタルテレビジョン放送IP再送信運用規定」、IPTVFJ STD−0005 1.1版、2008年11月28日、第零編 5.1 サービス提供形態、pp.10〜11、第零編 8.4.2 ストリーミング伝送と受信、p.34、第六編 5.2.2.3 RTPヘッダ送受信運用規定、p.43
非特許文献1で規定されているデジタル放送IP再送信サービスのように、広帯域の映像・音声信号を高品質でIP伝送する場合は、コンテンツ及び各種情報を配信するネットワークである「コンテンツデリバリーネットワーク(CDN)」として、コンテンツ配信に用途を特化し、通信経路の制御、及びペイロード種別による通信パケットの優先制御等により、サービス品質をある程度確保することを目的としたネットワークを用いることが一般的であるが、このようなネットワークでも、あくまでもベストエフォート型であることが多いため、パケットロスや通信経路の瞬断が起こる可能性がある。
通常、RTPにて音声や映像をストリーミング伝送する場合は、RTCP(RTP Control Protocol)によって実効帯域幅や遅延時間などをサーバに送出し、サーバは報告された通信状態に合わせてRTPで送信するデータの品質を調整して送信するという形を取るが、RTCPによる送信データの品質調整では、受信側での再生のリアルタイム性はある程度確保できるが、パケットロスや通信経路の瞬断によるパケットの破損には対応できない。
また、非特許文献1では、パケットロスへの対処として、FECによるパケットの復元も可能であるとされているが、FECにて復元できるパケット数は限られている。また、復元できるパケット数を増やそうとすると、その分誤り訂正符号を多く付加する必要があるため、送信するデータ量が多くなってしまい、通信経路が逼迫し、データ伝送が遅延する恐れがある。
本発明の目的は、上記課題を解決し、映像・音声等のコンテンツをIPにてストリーミング伝送を行う場合において、送信装置から受信装置の間のコンテンツ配信ネットワークにて、パケットロスや通信経路の瞬断が起こるような場合でも、失われたパケットを補完することにより、通信品質を高めることにある。
本発明のIPストリーム送受信システムは、パケットの順序を示すシーケンス番号を有し、1つのコンテンツを伝送するための複数のパケットが入力され、複数の各々異なる通信経路(ネットワーク)に各々接続された3以上の複数の送信ポートと、前記入力されたパケットを、複製後の合計パケット数が前記送信ポート数よりも少なくなる範囲で複製するパケット複製処理と、前記複製前のパケットおよび複製されたパケットを含む複数のパケットを前記複数の送信ポートに振り分ける処理とを実行する複製手段とを有し、前記複製手段により振り分けられた複数のパケットを、前記複数の送信ポートから前記複数の通信経路を介してマルチキャストにて各々配信する送信装置と、
前記各通信経路に各々接続され、前記マルチキャストデータを受信する3以上の複数の受信ポートと、前記複数の受信ポートから受信されたマルチキャストデータのパケットを、前記シーケンス番号順に並べ替えて元の1つのコンテンツを復元する復元手段を備えた受信装置とから構成される。
上記構成によれば、パケットロスや通信経路の瞬断が起こるような場合でも、失われたパケット補完し通信品質を高めることができる。また、通信経路毎の送信データ容量を圧縮して通信速度を上げることができる。
(1)請求項1〜4に記載の発明によれば、映像・音声等のコンテンツをIPにてストリーミング伝送する場合において、送信装置から受信装置の間のコンテンツ配信ネットワークにて、パケットロスや通信経路の瞬断が起こるような場合でも、失われたパケットを補完して、通信品質を高めることができる。
また、各通信経路の信頼性がある程度高い場合に、失われたパケットを補完しつつ、通信経路毎の送信データ容量を圧縮することにより、通信速度を上げる事が可能となる。
本発明のIPストリーム送受信システムの実施形態例を示す構成図。 本発明の実施形態例におけるパケット複製とパケット復元の方法の一例を示す説明図。 本発明の実施形態例において入力されるパケットのRTPヘッダの構成図。 本発明の実施形態例におけるパケット複製とパケット復元の方法の他の例を示す説明図。 本発明の実施例を示す全体構成図。 本発明の実施例における複製機能の処理の流れを示すフローチャート。 本発明の実施例におけるバッファ格納処理の流れを示すフローチャート。 本発明の実施例におけるパケット出力処理の流れを示すフローチャート。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1は本発明のIPストリーム送受信システムの実施形態例を示しており、100は送信装置であり、200は受信装置である。
送信装置100は、複製手段を実行する複製機能110と、複数の送信ポート120a〜120c(送信ポート1〜3)を具備している。ここで、送信装置100に入力されるパケットは、映像・音声等のコンテンツを伝送するためのRTPパケットとする。
送信装置100に入力されたパケットは、複製機能110により、パケット単位で複製され、複数の送信ポート120a〜120cに振り分けられる。各送信ポート120a〜120cは、それぞれ別の通信経路300a〜300c(通信経路1〜3)に接続されており、入力されたパケットを、それぞれ別のマルチキャストにて送信する。
各通信経路300a〜300cは、送信装置100から受信装置200の間を接続する通信経路とし、共通部分を持たない、全く別々の通信経路であることが望ましい。
受信装置200は、複数の受信ポート210a〜210c(受信ポート1〜3)を具備しており、各受信ポート210a〜210cは、前記複数の通信経路300a〜300cに各々接続されている。
受信装置200は、各通信経路300a〜300cから送信されてきたマルチキャストに対して、それぞれJoinを行い、各マルチキャストのデータを受信する。受信装置200では、復元手段を実行する復元機能220にて、受信したデータから、送信装置100から送信されたRTPパケットを復元し、出力する。
尚、前記複製機能110および復元機能220の後述する各機能は、例えばコンピュータにより達成される。
ここで、図1における複製機能110でのパケット複製と、復元機能220でのパケット復元の方法を図2に示す。図2において、図1と同一部分は同一符号をもって示している。複製機能110への入力として、RTPシーケンス番号(SN)がSN=1、2、3、4、5、6のパケットが入力されたとする。ここでいうRTPシーケンス番号とは、図3に示すRTPヘッダのシーケンス番号(sequence number)のことであり、初期値がランダムでRTPデータパケットの配送毎に1つずつ増え、パケットの順序を表す。
入力されたパケットは、複製機能110にて、パケット毎に複製され、各送信ポート1、2、3(図1の120a〜120c)に出力され、マルチキャストストリームとして出力される。ここで、送信ポート1、2、3から出力されるマルチキャストストリームを、マルチキャスト1、2、3とする。図2の例では、マルチキャスト1では、SN=1、3、マルチキャスト2では、SN=2、3、マルチキャスト3では、SN=4、6のパケットが破損し、失われている。
復元機能220は、各受信ポート1、2、3(図1の210a〜210c)から受信したマルチキャストストリームから、パケットのシーケンス番号の順序逆転が起こらないようにするため、復元手段が具備しているバッファ221に、シーケンス番号順にてパケットの並べ替えを行い、格納する。
既に受信済みのシーケンス番号のパケットを受信したら、後から受信したパケットを破棄する。バッファ221に格納されたパケットは、シーケンス番号順を確認し、パケットが失われていなければ、出力する。失われているパケットを検知した場合は、当該シーケンス番号のパケットが到着するまで待ち、当該パケットが到着したら、シーケンス番号順に並べ替えて、バッファ221に格納し、出力する。
ただし、ある一定時間(設定時間)を経過しても、当該パケットが到着しない場合は、リアルタイム性を重視するため、当該パケットを待つのをやめ、受信済みのパケットの出力処理を続ける。当該パケットを待つのをやめた後に、当該パケットを受信した場合は、当該パケットを破棄する。
上記方法により、ある程度のリアルタイム性を確保しつつ、失われたパケットを補完することにより、通信品質を高める事ができる。
さらに、各通信経路の信頼性がある程度高い場合には、別の方法により、失われたパケットを補完しつつ、通信経路毎の送信データ容量を圧縮することにより、通信速度を上げる事ができる。以下、その方法を図4を用いて説明する。図4において図1、図2と同一部分は同一符号をもって示している。
図4において、複製機能110への入力として、RTPシーケンス番号(SN)がSN=1、2、3、4、5、6のパケットが入力されたとする。ここでいうRTPシーケンス番号とは、図3に示すRTPヘッダのシーケンス番号(sequence number)のことであり、初期値がランダムでRTPデータパケットの配送毎に1つずつ増え、パケットの順序を表す。入力されたパケットは、複製機能110にて、パケット毎に複製され、各送信ポート1、2、3に出力され、マルチキャストストリームとして出力される。
ここで、パケット複製の方法として、全てのパケットを全ての送信ポート1、2、3向けに複製するのではなく、送信ポート数>複製数(≧2)とする。図4の例では、送信ポート数=3、複製数=2としている。複製されたパケットは、各送信ポート向けに順番に出力する。送信ポート1、2、3から出力されるマルチキャストストリームを、マルチキャスト1、2、3とすると、図4の例では、マルチキャスト1では、SN=1、2、4、5、マルチキャスト2では、SN=1、3、4、6、マルチキャスト3では、SN=2、3、5、6のパケットを出力しており、入力されたパケット数に比べて、各通信経路毎の出力パケット数は2/3に圧縮されている。
また、図4の例では、マルチキャスト1では、SN=1、4、マルチキャスト2では、SN=3、マルチキャスト3では、SN=5、6のパケットが破損し、失われている。復元機能220は、各受信ポートから受信したマルチキャストストリームから、パケットのシーケンス番号の順序逆転が起こらないようにするため、具備しているバッファ221に、シーケンス番号順にてパケットの並べ替えを行い、格納する。既に受信済みのシーケンス番号のパケットを受信したら、後から受信したパケットを破棄する。
バッファ221に格納されたパケットは、シーケンス番号順を確認し、パケットが失われていなければ、出力する。失われているパケットを検知した場合は、当該シーケンス番号のパケットが到着するまで待ち、当該パケットが到着したら、シーケンス番号順に並べ替えて、バッファ221に格納し、出力する。ただし、ある一定時間を経過しても、当該パケットが到着しない場合は、リアルタイム性を重視するため、当該パケットを待つのをやめ、受信済みのパケットの出力処理を続ける。当該パケットを待つのをやめた後に、当該パケットを受信した場合は、当該パケットを破棄する。
上記方法により、ある程度のリアルタイム性を確保しつつ、失われたパケットを補完することにより、通信品質を高める事ができ、さらに通信経路毎の送信データ容量を圧縮することにより、通信速度を上げる事ができる。
デジタル放送IP再送信サービスにおいて、送信装置から受信装置の間のコンテンツ配信ネットワークにて、パケットロスや通信経路の瞬断が起こるような場合でも、失われたパケットを補完することにより、通信品質を高め、さらに通信経路毎の送信データ容量を圧縮することにより、通信速度を上げる事ができる、本発明の実施例を図5とともに説明する。図5において図1、図2と同一部分は同一符号をもって示している。
まず本実施例の全体構成を説明する。本実施例のIPストリーム送受信システムは、IP再送信サービス送出サーバ400、通信経路300a〜300c(通信経路1〜3)、IP再送信サービス送出サーバ400側に通信経路300a〜300cに各々対応して設けられたルータ500a〜500c(ルータ1〜3)、受信装置200側に通信経路300a〜300cに各々対応して設けられたルータ510a〜510c(ルータ4〜6)、受信装置200および受信機230から構成される。
本実施例において、入力されるデータは、デジタル放送波にて伝送される、映像、音声、字幕、データ放送、PCR、PSI/SIなどから構成されるTS(トランスポートストリーム)を、RTP/UDPパケット化したデータである。
図5の実施例では、図1で説明した本発明の送信装置100を、IP再送信サービス送出サーバ400に組み込んでいる。すなわち、IP再送信サービス送出サーバ400は、複製機能110、送信ポート120a〜120c(送信ポート1〜3)を備えており、各送信ポートは、それぞれルータ500a〜500c(ルータ1〜3)に接続されている。
複製機能110に入力された入力データは、複製機能110により、パケット単位で複製され、送信ポート1、送信ポート2、送信ポート3に振り分けられる。ここで、パケット複製の方法として、全てのパケットを全ての送信ポート向けに複製するのではなく、送信ポート数>複製数(≧2)とする。例えば、図4の例のように、送信ポート数=3、複製数=2とする。複製されたパケットは、各送信ポート向けに順番に出力する。各送信ポート120a〜120cは、それぞれ別の通信経路300a〜300c(通信経路1〜3)に接続されており、入力されたパケットを、それぞれ別のマルチキャストにて送信する。
送信ポート1、2、3から出力されるマルチキャストストリームを、マルチキャスト1、2、3とすると、図4の例では、マルチキャスト1では、SN=1、2、4、5、マルチキャスト2では、SN=1、3、4、6、マルチキャスト3では、SN=2、3、5、6のパケットを出力しており、入力されたパケット数に比べて、各通信経路毎の出力パケット数は2/3に圧縮されている。
各通信経路300a〜300cは、ルータ500a〜500c(ルータ1〜3)からルータ510a〜510c(ルータ4〜6)の間を接続する通信経路とし、共通部分を持たない、全く別々の通信経路であることが望ましい。
ここで、図4の例では、マルチキャスト1では、SN=1、4、マルチキャスト2では、SN=3、マルチキャスト3では、SN=5、6のパケットが破損し、失われている。受信装置200は、図5の例では、受信機230と別になっているが、受信機230に、受信装置200を組み込むこともできる。受信装置200は、複数の受信ポート210a〜210cを具備しており、各受信ポートは、それぞれルータ510a〜510c(ルータ4〜6)に接続されている。
受信装置200は、ルータ510a〜510c(ルータ4〜6)に対して、各通信経路300a〜300cから送信されてきたマルチキャストにそれぞれJoinを行い、各マルチキャストのデータを受信する。受信装置200の復元機能220は、各受信ポート210a〜210cから受信したマルチキャストストリームから、パケットのシーケンス番号の順序逆転が起こらないようにするため、具備しているバッファ221に、シーケンス番号順にてパケットの並べ替えを行い、格納する。
既に受信済みのシーケンス番号のパケットを受信したら、後から受信したパケットを破棄する。バッファ221に格納されたパケットは、シーケンス番号順を確認し、パケットが失われていなければ、出力する。失われているパケットを検知した場合は、同じシーケンス番号のパケットが到着するまで待ち、当該パケットが到着したら、シーケンス番号順に並べ替えて、バッファ221に格納し、出力する。
ただし、ある一定時間(設定時間)を経過しても、当該パケットが到着しない場合は、リアルタイム性を重視するため、当該パケットを待つのをやめ、受信済みのパケットの出力処理を続ける。当該パケットを待つのをやめた後に、当該パケットを受信した場合は、当該パケットを破棄する。復元機能220から出力されるRTPパケットは、受信機230に向けて出力する。
次に、本実施例におけるシステム動作について記述する。
(1)入力データはIP再送信サービス送出サーバ400の複製機能110に入力される。
(2)IP再送信サービス送出サーバ400の複製機能110での処理の流れを、以下、図6を用いて説明する。まず、ステップS1にて、入力データからパケットを1個受信する。次に、ステップS2にて、あらかじめ設定された複製数分パケットを複製する。次に、ステップS3にて、あらかじめ設定された送信ポート番号の送信ポート(120a〜120c)へ、複製されたパケットを出力する。送信ポート番号が設定されていないときは、最若番の送信ポート番号の送信ポートへ、複製されたパケットを出力する。次に、ステップS4にて、送信ポート番号のインクリメントを行う。送信ポート番号が最老番のときは、最若番に戻る。なお、ステップS3とS4は複製数分繰り返す。次に、ステップS5では、処理を終了するか否かの判定を行い、YESの場合は処理を終了する。NOの場合は、ステップS1に戻る。
(3)IP再送信サービス送出サーバ400の各送信ポート120a〜120cから出力されたパケットは、それぞれ別のマルチキャストストリームとして各ルータ500a〜500cおよび各通信経路300a〜300cを通して出力される。
(4)受信装置200は、各受信ポート210a〜210cから各ルータ510a〜510cに対し、各マルチキャストにJoinすることにより、マルチキャストストリームのデータを受信する。
(5)受信装置200の復元機能220での処理の流れを、以下、図7、図8を用いて説明する。復元機能220は、バッファ格納処理とパケット出力処理に分けることができる。バッファ格納処理の流れを以下、図7を用いて説明する。
まず、復元機能220は、ステップS11にて、各受信ポート210a〜210cから受信した各マルチキャストストリームのパケットのうち、最初に受信したパケットを1個取得する。次に、ステップS12にて、復元機能220が具備するバッファ221にパケットが既に格納されているかどうか確認し、何も格納されていなければ、ステップS13に進み、バッファ221にパケットが格納されていれば、ステップS14に進む。
ステップS13は、ステップS11にて取得したパケットを、バッファ221の先頭に格納する。ステップS14は、バッファ221に格納されている各パケットのシーケンス番号と、ステップS11にて取得したパケットのシーケンス番号を比較し、バッファ221に格納されている各パケットのシーケンス番号と、ステップS11にて取得したパケットのシーケンス番号が異なる場合は、ステップS15に進む。
ステップS11にて取得したパケットのシーケンス番号と等しいシーケンス番号を持つパケットがバッファ221に格納されている場合は、ステップS16に進む。
ステップS15では、ステップS11にて取得したパケットとバッファ221に格納されているパケットのシーケンス番号を比較し、シーケンス番号の順になるようにバッファ221に格納する。なお、シーケンス番号は、最大値が65534であり、65534の次は0となる(非特許文献1の第六編5.2.2.3を参照)ため、シーケンス番号の差がある一定数以上になる場合は、ステップS11にて取得したパケットは、バッファ221に格納されているパケットよりも順番が後になるようにバッファ221に格納する。
ステップS16では、ステップS11にて取得したパケットを破棄する。ステップS17では、処理を終了するか否かの判定を行い、YESの場合は処理を終了する。NOの場合は、ステップS11に戻る。
次に、パケット出力処理の流れを、以下、図8を用いて説明する。まず、ステップS21にて、バッファ221の先頭に格納されているパケットのシーケンス番号を確認し、あらかじめ定められている出力シーケンス番号と比較し、等しいか、出力シーケンス番号が定められていない場合には、ステップS22に進む。バッファ221の先頭に格納されているパケットのシーケンス番号が出力シーケンス番号と異なる場合は、ステップS24に進む。
ステップS22では、復元機能220は、バッファ221の先頭パケットを出力し、ステップS23に進む。ステップS23では、出力シーケンス番号と、ステップS22にて出力したパケットのシーケンス番号を比較し、異なる場合は、出力シーケンス番号を、ステップS22にて出力したパケットのシーケンス番号に更新する。等しい場合は、何もしない。いずれの場合も、ステップS25に進む。
ステップS24では、ある一定時間、出力シーケンス番号と同じシーケンス番号を持つパケットが格納されるのを待ち、格納された場合は、ステップS21に戻る。格納されない場合は、ステップS25に進む。ステップS25では、出力シーケンス番号をインクリメントし、ステップS26へと進む。なお、出力シーケンス番号の最大値は65534とし、65534の次は0とする。ステップS26では、処理を終了するか否かの判定を行い、YESの場合は処理を終了する。NOの場合は、ステップS21に戻る。
(6)復元機能220から出力されたパケットは、受信機230向けに出力される。
以上のように本実施例によれば、受信装置200から送信装置100又はIP再送信サービス送出サーバ400へ、欠損パケット再送要求を出すことなく欠損パケットを補完することができる。
尚、本発明のIPストリーム受信装置は、例えば図1、図5で述べた受信装置200で実現され、本発明のIPストリーム受信方法は、例えば図1、図5で述べた受信装置200が行なう各処理を実行するものである。
また、本実施形態のIPストリーム受信装置、IPストリーム送受信システムにおける各手段の一部もしくは全部の機能をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータを用いて実行して本発明を実現することができること、本実施形態のIPストリーム受信方法、IPストリーム送受信方法における手順をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータに実行させることができることは言うまでもなく、コンピュータでその機能を実現するためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばFD(Floppy(登録商標) Disk)や、MO(Magneto−Optical disk)、ROM(Read Only Memory)、メモリカード、CD(Compact Disk)−ROM、DVD(Digital Versatile Disk)−ROM、CD−R、CD−RW、HDD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記のプログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
100…送信装置
110…複製機能
120a〜120c…送信ポート
200…受信装置
210a〜210c…受信ポート
220…復元機能
221…バッファ
230…受信機
300a〜300c…通信経路
400…IP再送信サービス送出サーバ
500a〜500c、510a〜510c…ルータ

Claims (4)

  1. パケットの順序を示すシーケンス番号を有し、1つのコンテンツを伝送するための複数のパケットが入力され、複数の各々異なる通信経路に各々接続された3以上の複数の送信ポートと、
    前記入力されたパケットを、複製後の合計パケット数が前記送信ポート数よりも少なくなる範囲で複製するパケット複製処理と、前記複製前のパケットおよび複製されたパケットを含む複数のパケットを前記複数の送信ポートに振り分ける処理とを実行する複製手段とを有し、
    前記複製手段により振り分けられた複数のパケットを、前記複数の送信ポートから前記複数の通信経路を介してマルチキャストにて各々配信する送信装置と、
    前記各通信経路に各々接続され、前記マルチキャストデータを受信する3以上の複数の受信ポートと、前記複数の受信ポートから受信されたマルチキャストデータのパケットを、前記シーケンス番号順に並べ替えて元の1つのコンテンツを復元する復元手段と、を有する受信装置と、
    を備えたことを特徴とするIPストリーム送受信システム。
  2. パケットの順序を示すシーケンス番号を有し、1つのコンテンツを伝送するための複数のパケットが入力され、複数の各々異なる通信経路に各々接続された3以上の複数の送信ポートを備えた送信装置の複製手段が、
    前記入力されたパケットを、複製後の合計パケット数が前記送信ポート数よりも少なくなる範囲で複製するパケット複製ステップと、
    前記複製前のパケットおよび複製されたパケットを含む複数のパケットを前記複数の送信ポートに振り分けるステップと、
    前記送信装置が、前記複製手段により振り分けられた複数のパケットを、前記複数の送信ポートから前記複数の通信経路を介してマルチキャストにて各々配信するステップと、
    前記各通信経路に各々接続された3以上の複数の受信ポートを有した受信装置の復元手段が、前記複数の受信ポートから受信されたマルチキャストデータのパケットを、前記シーケンス番号順に並べ替えて元の1つのコンテンツを復元する復元ステップと、を備えたことを特徴とするIPストリーム送受信方法。
  3. コンピュータを請求項1に記載のIPストリーム送受信システムの各手段として機能させるIPストリーム送受信プログラム。
  4. 請求項3に記載のIPストリーム送受信プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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