JP5600774B1 - Data transmission apparatus and method - Google Patents
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Abstract
【課題】 実時間での復号処理時間を推定し、任意の符号化率、パケット消失率、符号長等の最適なパラメタを求め、復号時間を求める。
【解決手段】本発明は、検査行列を用いて伝送データを符号化し、所定のレートで伝送パケットを送出する送信器と、ネットワークと接続され、伝送パケットを受信し、消失パケットの回復処理を行う復号手段を含む受信器と、入力された検査行列に基づいて、受信器の伝送データの復号時間を最小にするためのパラメタ設計を行い、最適なパケット消失率を出力する符号パラメタ設計器と、ネットワークと接続され、符号パラメタ設計器から与えられた最適なパケット消失率と自然発生するパケット消失率との差に基づいて送信器から受信した伝送パケットを意図的確率的に消失させ、該ネットワークを介して受信器に送出する符号化率制御器と、を有する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a decoding time by estimating a decoding processing time in real time, obtaining optimum parameters such as an arbitrary coding rate, a packet loss rate, and a code length.
The present invention encodes transmission data using a check matrix and transmits a transmission packet at a predetermined rate and is connected to a network, receives the transmission packet, and performs lost packet recovery processing. A receiver including a decoding unit, a parameter design for minimizing a decoding time of transmission data of the receiver based on an input check matrix, and a code parameter designer for outputting an optimal packet loss rate; The transmission packet received from the transmitter is intentionally lost based on the difference between the optimum packet loss rate given from the code parameter design unit and the naturally occurring packet loss rate. And a coding rate controller for sending to the receiver.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、データ伝送装置及び方法に係り、特に、誤り訂正符号を用いたネットワークのパケットロス率に最適な伝送レートを達成するデータ伝送装置及び方法に関する。 The present invention relates to a data transmission apparatus and method, and more particularly, to a data transmission apparatus and method for achieving a transmission rate optimum for a packet loss rate of a network using an error correction code.
IP(インターネットプロトコル)を用いたネットワークでは、従来の電話網とは異なり、基本的にコネクションレス指向を前提にし、コネクション確立が必要な場合にはTCP(Transmission Control Protocol)など上位層の機能として提供される。このTCPでは、ネットワーク上でパケット消失が発生検知をフィードバック通知(Ack通知)で、消失の補償を再送制御によって実現する。しかし、リアルタイム性が重要視されるような映像伝送等では、再送制御等を行う時間がない。またマルチキャストのような同報配信の場合には、送信機に対する受信機の個数が多いため再送制御が実質的に不可能である。 Unlike conventional telephone networks, IP (Internet Protocol) networks are basically premised on connectionless orientation, and are provided as upper layer functions such as TCP (Transmission Control Protocol) when connection establishment is required. Is done. In TCP, detection of occurrence of packet loss on a network is realized by feedback notification (Ack notification), and loss compensation is realized by retransmission control. However, in video transmission and the like where real-time performance is important, there is no time for performing retransmission control or the like. In the case of broadcast delivery such as multicast, retransmission control is substantially impossible because of the large number of receivers for the transmitter.
このような場合には、TCPのような再送制御に基づくパケット消失の補償方式ではなく、コネクションレス方式であるUDP(User Datagram Protocol)と前方誤り訂正(Forward Error Correction: FEC)符号を用いた伝送が用いられる。UDP通信の通信路は2元消失通信路(Binary Erasure Channel: BEC)とみなすことができる。 In such cases, transmission using UDP (User Datagram Protocol) and Forward Error Correction (FEC) code, which is a connectionless method, is not a packet loss compensation method based on retransmission control such as TCP. Is used. A UDP communication channel can be regarded as a binary erasure channel (BEC).
実際にUDPと共に用いられるFECとして、近年LDPC(Low-density Parity-check)符号が幅広く使用されている。LDPC符号は、符号処理、復号処理共に大きな符号長に対して線型時間で処理ができること、実装が容易であること、符号化率を柔軟に設定できることなどの特徴を持ち合わせる。ここで、符号化率(r)とは、送信される全てのパケット数(n)に対するもとの情報パケット(k)の割合であり、r=k/nである。送信されるパケット全てのパケット数は、元の情報パケット数(=k)とパリティパケット数(=m)の合計となる。定義よりrの範囲は0<r<1であり、符号化率が1に近いとパリティビットが殆どなく、逆に0に近づくにつれてパリティパケットの割合が大きくなり、冗長度が高い。 In recent years, LDPC (Low-density Parity-check) codes have been widely used as FECs that are actually used with UDP. The LDPC code has features such that both code processing and decoding processing can be processed in a linear time for a large code length, is easy to implement, and the coding rate can be set flexibly. Here, the coding rate (r) is the ratio of the original information packet (k) to the total number of packets (n) to be transmitted, and r = k / n. The total number of packets to be transmitted is the sum of the original number of information packets (= k) and the number of parity packets (= m). From the definition, the range of r is 0 <r <1, and when the coding rate is close to 1, there are almost no parity bits, and conversely as the value approaches 0, the percentage of parity packets increases and the redundancy is high.
FECをUDP伝送で用いる場合にはネットワーク上のパケット消失確率によって最適な符号化率を決定する必要がある。実際には、パケットがネットワーク上で消失する割合や転送遅延時間が時間毎に変化するため、再符号化せずに符号化率を変化させることが必要になる(例えば、特許文献1参照)。そのための手法としては、LDPC符号をベースにしたパンクチャ符号方式などが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
When FEC is used for UDP transmission, it is necessary to determine the optimum coding rate according to the packet loss probability on the network. Actually, since the rate at which packets are lost on the network and the transfer delay time change with time, it is necessary to change the encoding rate without re-encoding (see
パンクチャとは、意図的にいくつかの送信パケットを送らないことで、誤り訂正符号で符号レート(冗長度)を制御するための手法である。誤り訂正符号は、パリティシンボル(本明細書ではパケットがシンボルに相当するので、以下「パケット」と記す)を生成し、元の情報パケットに加えてこのパリティパケットを送信することで、ネットワーク上でいくらかのパケット消失が発生した場合でも、元の情報パケットを復元できる技術である。どのくらいの量のパリティパケットを付加するかが符号化率という指標で表される。この符号化率は、符号化する前に決定することが必要であるため、符号化後にこの符号化率を変更することはできない。符号化率が低い、つまり、元の情報パケットに対してパリティパケットの割合が大きい場合には、多くのパケット消失に対する耐久性を持つが、その一方で、伝送するパケット量は大きくなる。もし、ネットワーク上でそれほどパケット消失が起こらない場合には、符号化率が低い(パリティ量が多い)場合は、無駄なパケットを送っていることになるので、伝送効率は悪くなる。そこで、一度符号化した後に、送信すべきパケットを意図的に送らなくすることで、伝送されるパケット量を抑えることができる。これをパンクチャと言う。誤り訂正符号の観点からすると、符号化率を大きくする(つまり、パリティパケット数を少なくする)ことに相当する。 Puncturing is a technique for controlling the code rate (redundancy) with an error correction code by intentionally not sending some transmission packets. An error correction code generates a parity symbol (in this specification, a packet corresponds to a symbol, and is referred to as a “packet” hereinafter), and transmits this parity packet in addition to the original information packet. This technique can restore the original information packet even if some packet loss occurs. How much parity packets are added is represented by an index called a coding rate. Since this encoding rate needs to be determined before encoding, the encoding rate cannot be changed after encoding. When the coding rate is low, that is, when the ratio of the parity packet is large with respect to the original information packet, it has durability against many packet losses, but on the other hand, the amount of packets to be transmitted becomes large. If packet loss does not occur so much on the network, if the coding rate is low (the amount of parity is large), it means that useless packets are being sent, and transmission efficiency deteriorates. Therefore, the amount of transmitted packets can be reduced by intentionally not sending packets to be transmitted after encoding once. This is called puncture. From the viewpoint of error correction codes, this corresponds to increasing the coding rate (that is, reducing the number of parity packets).
上記のようなパンクチャを用いて符号化率を変化させるLDPC符号の場合、ネットワーク上のパケット消失数によってLDPC符号の復号処理時間が異なる。これは、誤り訂正符号は、消失したパケット数だけ回復処理を行うためである。映像伝送のような高ビットレートかつリアルタイム性が求められる場合には、一定の遅延時間以内にLDPC復号を終える必要がある。よって、ネットワークの利用可能帯域が決まっている場合、その帯域においてLDPC復号を最短時間で完了させることが望まれる。 In the case of an LDPC code in which the coding rate is changed using the puncture as described above, the decoding processing time of the LDPC code varies depending on the number of packet loss on the network. This is because the error correction code performs recovery processing for the number of lost packets. When high bit rate and real-time performance are required as in video transmission, it is necessary to finish LDPC decoding within a certain delay time. Therefore, when the available bandwidth of the network is determined, it is desirable to complete LDPC decoding in the shortest time in that bandwidth.
しかしながら、このようなパンクチャによる符号化率が制御可能なLDPC符号を用いてリアルタイム伝送システムを構築する場合、想定されるネットワーク上のパケット消失率の範囲を見極めた上で、前述の要件を満たすようにLDPC符号および伝送のパラメタを決定しなければならない。 However, when constructing a real-time transmission system using an LDPC code that can control the coding rate by such puncturing, it is necessary to determine the range of the packet loss rate on the assumed network and satisfy the above requirements. The LDPC code and transmission parameters must be determined.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、実時間での復号処理時間を推定し、任意の符号化率、パケット消失率、符号長等のパラメタを求め、復号時間を求めることが可能なデータ伝送装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to estimate the decoding time in real time, obtain parameters such as an arbitrary coding rate, packet loss rate, and code length, and obtain the decoding time. An object is to provide a data transmission apparatus and method.
本発明の一態様によれば、誤り訂正符号を用いたネットワークのパケットロス率に最適な伝送レートを求めるデータ伝送システムであって、
検査行列を用いて伝送データを符号化し、所定のレートで伝送パケットを送出する送信器と、
ネットワークと接続され、伝送パケットを受信し、消失パケットの回復処理を行う復号手段を含む受信器と、
入力された検査行列に基づいて、前記受信器の伝送データの復号時間を最小にするためのパラメタ設計を行い、最適なパケット消失率を出力する符号パラメタ設計器と、
前記ネットワークと接続され、前記符号パラメタ設計器から与えられた前記最適なパケット消失率と自然発生するパケット消失率との差に基づいて前記送信器から受信した伝送パケットを意図的確率的に消失させ、該ネットワークを介して前記受信器に送出する符号化率制御器と、
を有し、
前記符号パラメタ設計器は、
行列の非ゼロの位置のみをリストして保持することで疎である検査行列の行と列を生成する検査行列生成手段と、
前記検査行列に基づいて符号長、符号化率、パケット消失率を求め、符号特性として出力する復号処理計測手段と、
与えられたシステムでカバーできるパケット消失率の範囲と前記符号特性に基づいて、符号化率の範囲を求め、前記符号長、前記パケット消失率と共に出力する復号性能評価手段と、
前記符号化率の範囲、前記符号長、前記パケット消失率から回復処理時間のモデルを用いて復号処理時間の推定を行い、前記最適なパケット消失率、前記符号長、前記符号化率を符号パラメタとして出力する復号処理時間モデル手段と、を含むことを特徴とするデータ伝送システムが提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a data transmission system for obtaining an optimum transmission rate for a packet loss rate of a network using an error correction code,
A transmitter that encodes transmission data using a check matrix and transmits transmission packets at a predetermined rate;
A receiver connected to a network, including a decoding means for receiving a transmission packet and performing recovery processing of a lost packet;
Based on the input check matrix, a parameter design for minimizing the decoding time of the transmission data of the receiver, and a code parameter design unit for outputting an optimal packet loss rate,
The transmission packet received from the transmitter is intentionally lost based on the difference between the optimal packet loss rate given from the code parameter design unit and the naturally occurring packet loss rate, connected to the network. A coding rate controller for sending to the receiver via the network;
Have
The code parameter designer is
Check matrix generation means for generating a sparse check matrix row and column by listing and holding only non-zero positions of the matrix;
Decoding processing measurement means for obtaining a code length, a coding rate, a packet loss rate based on the check matrix, and outputting as a code characteristic;
Decoding performance evaluation means for determining a coding rate range based on the range of packet loss rates that can be covered by a given system and the code characteristics, and outputting the code length, together with the packet loss rate,
Estimating the decoding processing time from the coding rate range, the code length, and the packet loss rate using a model of the recovery processing time, and determining the optimum packet loss rate, the code length, and the coding rate as a code parameter And a decoding processing time model means for outputting as a data transmission system.
一態様によれば、ダイナミックに変化するネットワークの状態に応じて、伝送遅延のリアルタイム性を保証したうえで最適な符号化率での伝送が可能になる。また、複数のネットワーク伝送経路を持つ伝送システムの場合にも、各ネットワークの特性に最適になるように伝送することが可能になる。 According to one aspect, it is possible to perform transmission at an optimum coding rate while guaranteeing real-time transmission delay according to a dynamically changing network state. Also in the case of a transmission system having a plurality of network transmission paths, transmission can be performed so as to be optimal for the characteristics of each network.
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明では、以下の課題を解決する。 The present invention solves the following problems.
(1)ネットワーク上のパケット消失率の想定範囲が定まり、かつ、許容される伝送時間もしくはネットワークの帯域上限が定まった場合(制約条件)に、LDPC符号の符号長、符号化率を設計すること。 (1) Design the code length and coding rate of the LDPC code when the assumed range of packet loss rate on the network is determined and the allowable transmission time or the upper bandwidth limit of the network is determined (constraint conditions). .
(2)ネットワーク上のパケット消失率がわかった場合(制約条件)に、伝送効率が最大になるパンクチャ(意図的なパケット消失)量を決定すること。ここで、制約条件とは、予め設定された一定のネットワークの利用可能帯域でLDPC復号を最短で終了する、または、予め設定された一定の遅延時間でネットワーク利用帯域を最小にする条件を指す。 (2) Determining the amount of puncture (intentional packet loss) that maximizes the transmission efficiency when the packet loss rate on the network is known (constraint condition). Here, the constraint condition refers to a condition in which LDPC decoding is completed in the shortest time with a preset network available bandwidth or the network usage bandwidth is minimized with a preset fixed delay time.
(3)ネットワーク上のパケット消失率に応じたパンクチャ機能などを備えた従来のLDPC符号を用いる送信器、受信器系でも目的を達成すること。 (3) To achieve the object even in a transmitter / receiver system using a conventional LDPC code having a puncturing function according to a packet loss rate on the network.
(4)ネットワーク上のパケット消失率に応じたパンクチャ機能などを備えない従来のLDPC符号を用いるマルチキャスト伝送系でも目的を達成すること。 (4) To achieve the object even in a multicast transmission system using a conventional LDPC code that does not have a puncturing function according to the packet loss rate on the network.
(5)上記の(4)の構成とは逆に、LDPC符号を備える分散保存及び分散配置された送信器から単一の受信器へ伝送する系(送信器:受信器=N:1の系)で、目的を達成させること。ここで、伝送路はN通りあり、それぞれでネットワークパケット消失率が異なり、パンクチャ量の制御もそれぞれ独立に行う必要がある場合を含む。 (5) Contrary to the configuration of (4) above, a system for transmitting from a distributed storage and distributed transmitter having an LDPC code to a single receiver (transmitter: receiver = N: 1 system) ) To achieve the purpose. Here, there are N transmission paths, each of which has a different network packet loss rate, and includes the case where the puncture amount needs to be controlled independently.
[第1の実施の形態]
本実施の形態では、LDPC符号をパンクチャによってネットワーク伝送の符号化率を制御する伝送方式について説明する。
[First Embodiment]
In this embodiment, a transmission method for controlling the coding rate of network transmission by puncturing LDPC codes will be described.
図1は、本発明の第1の実施の形態における伝送システムの構成例である。 FIG. 1 is a configuration example of a transmission system according to the first embodiment of the present invention.
同図に示す伝送システムは、送信器30、ネットワーク40、受信器50、LDPC符号パラメタ設計器10、符号化率制御器20を有する。
The transmission system shown in the figure includes a
LDPC符号パラメタ設計器10は、入力された検査行列に基づいて、LDPC復号時間を最小にするためにパラメタ設計を行う。LDPC符号は、符号長、符号化率、消失パケット数に依存するので、これらのパラメタを最短時間で回復処理が完了するように設定する。
The LDPC code
LDPC符号は検査行列Hによって符号が定義される。図2に検査行列の例を示す。この例では、符号長N=10、伝送情報量K=5、符号パリティ数M=5、符号化率R=K/N=0.5、列重みDcol=2のレギュラーLDPC符号である。また、LDPC符号は、図3のように2部グラフとしても表現される。受信されるシンボル(本発明ではパケットと呼ぶ)は変数ノードとして下部に、各パリティ検査方程式は上部のチェックノードとして表現される。図2の行列表現と図3のグラフ表現は同一のものを示している。チェックノードはパリティ検査方程式に相当しており、例えば、図3のチェックノードC1は、検査方程式「ROW1によってCOL1が回復できる』ことを示している。同様に、図3下部の変数ノードは各送信パケットに相当する。したがって、伝送システムにおいて伝送過程が終了した状態では、各パケットの受信状況が変数ノードに対して割り当てられる。受信状態は「受信した」もしくは「受信していない(消失)」のどちらかになる。実際の過程では、受信器がある受信時間を決めて、その時間内で受け取ったパケットに関しては「受信」、そうでない場合は「消失」として割り当てる。実際のLDPC符号では、列重みDcolが3程度に対して符号長Nが非常に大きく設定される。すなわち、行列の非ゼロ要素が非常に疎であり、ほとんどの要素はゼロになる。 The LDPC code is defined by a check matrix H. FIG. 2 shows an example of a parity check matrix. In this example, a regular LDPC code having a code length N = 10, a transmission information amount K = 5, a code parity number M = 5, a coding rate R = K / N = 0.5, and a column weight Dcol = 2. The LDPC code is also expressed as a bipartite graph as shown in FIG. Received symbols (referred to as packets in the present invention) are represented as variable nodes at the bottom, and each parity check equation is represented as an upper check node. The matrix representation of FIG. 2 and the graph representation of FIG. 3 show the same thing. The check node corresponds to a parity check equation. For example, the check node C1 in FIG. 3 indicates that the check equation “COL1 can be recovered by ROW1”. Similarly, the variable node at the bottom of FIG. Therefore, when the transmission process is completed in the transmission system, the reception status of each packet is assigned to the variable node.The reception status is “received” or “not received (erasure)”. Become either. In the actual process, the receiver determines a certain reception time, and assigns it as “reception” for a packet received within that time, and “disappears” otherwise. In an actual LDPC code, the code length N is set to be very large for a column weight Dcol of about 3. That is, the non-zero elements of the matrix are very sparse and most elements are zero.
LDPC符号の復号処理を実装するにあたっては、上記の疎である行列をメモリ効率よく表現することが求められる。そこで、従来のような単純な2次元配列で示すのではなく、非ゼロの位置のみをリストとしてLDPC符号器(図示せず)及び後述する受信器50内のLDPC復号器に保持することで効率よく疎行列を表現することが可能である。図4にこの方式で表現した図2の検査行列の例を示す。
In implementing the decoding process of the LDPC code, it is required to efficiently express the sparse matrix described above. Therefore, instead of using a simple two-dimensional array as in the prior art, only non-zero positions are stored as a list in an LDPC encoder (not shown) and an LDPC decoder in the
この表現は、疎である検査行列の行と列の集合(集合ROWおよび集合COL)からなり、それぞれがひとつの行、列の非ゼロの位置を示すリストになっている。なお、集合ROWの要素は、検査行列Hのそれぞれの行毎に、その行の中で"1"が立っている列番号のベクトルとなる。例えば、図4では、集合ROWの要素はROW1からROW5まであり、ROW1は検査行列H(図2)の1行目を表しており、1列目、4列目、7列目、10列目に"1"が立っているので、ROW1=(1,4,5,10)というベクトルとなる。また、集合COLはひとつの受信パケットに相当するため、各要素はその受信状況を示す変数も保持する。具体的にはグラフ変数を用意して、その変数に記録しておく。例えば、C言語などでは、
struct COL{
int col_list[ ];//COLのベクトル
int flag_recv://COLの受信状況
}
などとする。上記の検査行列Hは、後述するLDPC符号パラメタ設計器10のLDPC検査行列生成部で生成され、受信器50に渡され、以下に示す受信器50のLDPC復号器100で保持される。
This representation consists of a set of sparse check matrix rows and columns (set ROW and set COL), each of which is a list indicating a non-zero position in one row and column. The element of the set ROW is a vector of column numbers where “1” stands in each row of the check matrix H. For example, in FIG. 4, the elements of the set ROW are ROW1 to ROW5, and ROW1 represents the first row of the check matrix H (FIG. 2), and the first, fourth, seventh, and tenth columns. Since “1” is set to, the vector becomes ROW1 = (1,4,5,10). Since the set COL corresponds to one received packet, each element also holds a variable indicating the reception status. Specifically, a graph variable is prepared and recorded in the variable. For example, in C language,
struct COL {
int col_list []; // COL vector
int flag_recv: // COL reception status}
And so on. The above check matrix H is generated by an LDPC check matrix generation unit of the LDPC
次に、受信器50において消失を含むパケットを受信した後のLDPC復号処理について説明する。図5および図6に本発明のLDPC復号過程を示す。
Next, an LDPC decoding process after receiving a packet including an erasure at the
受信器50は、図5に示すようなLDPC復号器100を有する。
The
LDPC復号器100は、初期化処理部110、回復走査処理部120、回復COLキュー130、回復計算処理部140、受信パケットデータメモリ150、LDPC検査行列リスト表現記憶部160を有する。LDPC検査行列リスト表現記憶部160は、LDPC符号パラメタ設計器10で生成された検査行列Hをリスト形式で保持する。
The
LDPC復号は、図6に示すように、初期化処理、回復走査処理、回復計算処理の3部に分解して処理される。 As shown in FIG. 6, the LDPC decoding is processed by being divided into three parts: an initialization process, a recovery scanning process, and a recovery calculation process.
まず、初期化処理部110は、LDPC検査行列リスト表現記憶部169の初期化を行い、上記で説明した疎行列のLDPC検査行列リスト表現記憶部160への配置、および受信されたパケットの受信状況の検査を行う(ステップ101)。続く回復走査処理部120は、LDPC検査行列リスト表現記憶部160からパリティ検査方程式の集合に相当する集合ROWから回復処理可能な行要素(検査方程式)を見つけ、それを回復COLキュー130に登録する(ステップ103,Yes、104)。ここで、回復処理可能な行要素とは、一つの行内(つまり、パリティ検査方程式内)に「消失」状態にあるパケットがただ一つだけ含まれる行を指す。回復計算処理部140は、回復COLキュー130から行要素を取得し、回復可能なCOL要素の状態を「消失」から「受信」に変更する(ステップ105)。集合ROWから回復処理可能な行要素がなくなった時点で回復走査処理を終了する(ステップ103,No)。最後の回復計算処理では、回復計算処理部140が、回復COLキュー130に基づいて、受信パケットデータの加法処理を行い、受信パケットデータを受信パケットデータメモリ150に格納する(ステップ106)。なお、受信パケットデータの加法処理は、XOR計算(GF(2)上の加法)になるため、加法と減法が同一となる。
First, the
受信状況が図4の場合に上記のLDPC復号処理を具体的な処理を説明する。集合ROWを上部から走査すると、回復COLキュー130には下記のように登録される。
・ROW1によってCOL1が回復できる:
・ROW2によってCOL3が回復できる:
・ROW3によってCOL5が回復できる:
・ROW4によってCOL9が回復できる:
続いて、回復計算処理部140が、この回復COLキュー130に基づいて、下記のような加法計算によってそれぞれの消失したパケットを回復する。
・ROW1: COL1 = COL4 + COL7 + COL10:
・ROW2: COL3 = COL2 + COL6 + COL7:
・ROW3: COL5 = COL1 + COL6 + COL8:
・ROW4: COL9 = COL2 + COL5 + COL10:
以上で、すべての消失したパケットがLDPC復号により回復される。
A specific process of the LDPC decoding process will be described when the reception status is FIG. When the set ROW is scanned from the top, it is registered in the
・ COL1 can be recovered by ROW1:
・ COL3 can be recovered by ROW2:
・ COL5 can be recovered by ROW3:
・ COL9 can be recovered by ROW4:
Subsequently, the recovery
・ ROW1: COL1 = COL4 + COL7 + COL10:
・ ROW2: COL3 = COL2 + COL6 + COL7:
・ ROW3: COL5 = COL1 + COL6 + COL8:
・ ROW4: COL9 = COL2 + COL5 + COL10:
Thus, all lost packets are recovered by LDPC decoding.
このように、LDPC復号をはじめとするFECでは、すべてのパケットを受信しなくても伝送されたパケットを復元することが可能になるため、ネットワーク上でのパケット消失率がわかれば送信器30付近において意図的なパケット消失を発生させることでネットワーク伝送レートを変化させることができる。
In this way, in FEC including LDPC decoding, it is possible to restore transmitted packets without receiving all packets. Therefore, if the packet loss rate on the network is known, the vicinity of the
ただし、LDPC復号処理にかかる時間はLDPCの符号長N、符号化率R、列重みDcol、消失パケット数に依存して変化する。このため、リアルタイム性が重要である伝送システムにおいては、与えられたネットワーク伝送帯域において、LDPC復号時間を最小にするためのパラメタ設計が必要になる。また別の状況では、予め設定されたLDPC復号時間に対して、最小となるネットワーク伝送帯域を求める必要もある。これを求めるために、本発明では、図6に示すようにLDPC符号パラメタ設計部10を用いた伝送システムによってこれを実現する。
However, the time required for the LDPC decoding process varies depending on the LDPC code length N, coding rate R, column weight Dcol, and number of lost packets. For this reason, in a transmission system where real-time performance is important, parameter design is required to minimize the LDPC decoding time in a given network transmission band. In another situation, it is necessary to obtain a minimum network transmission band for a preset LDPC decoding time. In order to obtain this, in the present invention, this is realized by a transmission system using the LDPC code
LDPC符号パラメタ設計部10の構成を図7に示す。
The configuration of the LDPC code
LDPC符号パラメタ設計部10は、LDPC検査行列生成部11、LDPC復号処理計測部12、LDPC復号性能評価部13、LDPC復号処理時間モデル部14、LDPC符号パラメタ最適化部15を有する。
The LDPC code
LDPC検査行列生成部11は、上記の方法により行列の非ゼロの位置のみをリストして保持することで疎である図2に示すような検査行列を生成し、LDPC復号処理計測部12に入力する。
The LDPC check
LDPC復号処理計測部12は、LDPC検査行列生成部によって与えられたLDPC検査行列に対して、前述したLDPC復号処理方式を用いてパケット消失率Peを変化させた場合のLDPC復号処理を実行する。
The LDPC decoding
LDPC復号性能評価部13は、LDPC復号処理計測部12から取得したその符号特性の評価を行う。具体的に、符号長N=3000において符号化率Rを変化させた場合の符号特性を図8に示す。これにより、符号長Nおよびその符号化率Rにおけるパケット消失率対回復成功確率の特性が実験的に得られる。本実施の形態では、ランダムパケット消失を発生させ、10万回の試行による計算実験において回復成功確率が1である領域をパラメタとして採用する。なお、ここでは試行回数を10万回としているが、符号特性を調べる上で十分な反復回数であればよく、10万回に限定されるものではない。図8の例では、ネットワークパケット消失率の範囲が0.43である場合には符号化率R=0.5以上を採用する。このように、LDPC復号性能評価部13は、システムでカバーするパケット消失率の範囲が外部(例えば、ユーザまたはネットワーク上の計測装置)から与えられると、対応する符号化率Rの範囲をLDPC復号処理時間モデル部14に出力する。
The LDPC decoding
続いて、LDPC復号処理モデル部14は、LDPC符号長N、符号化率R、パケット消失率Peが与えられるとLDPC復号処理時間の推定を行う。まず、LDPC復号処理時間Tdecは、図6に示した通り初期化処理時間Tinit、回復走査処理時間Tscan、回復計算処理時間Txorに分解できる。
Subsequently, when the LDPC code length N, coding rate R, and packet loss rate Pe are given, the LDPC decoding
これよってLDPC符号パラメタ設計器10で決定されたLDPC符号のパラメタおよび検査行列を用いて図1に示すような伝送システムを構成する。
Thus, a transmission system as shown in FIG. 1 is configured using the LDPC code parameters and the check matrix determined by the LDPC code
図9に示すように、送信器30はLDPC符号部31、保存部32、送信部33によって構成される。送信器30のLDPC符号部31は、入力された伝送データを前記LDPC符号パラメタ設計器10から与えられたLDPC検査行列を用いてLDPC符号化を行い保存部32に一時蓄積を行う。その後、送信部33が、一定の送信レートで後段の符号化率制御器20に送出する。
As illustrated in FIG. 9, the
符号化率制御装器20は、図9に示すように、パケット消失制御部21を有し、パケット消失制御部21は、LDPC符号パラメタ設計器から与えられた最適なパケット消失率と実際のネットワーク上で自然発生するパケット消失率との差を考慮して、送信器30から送出される伝送パケットを意図的確率的に消失させる。
As shown in FIG. 9, the coding
受信器50は、図9に示すように、受信部51とLDPC復号部52を有し、受信部51は、伝送パケットを受信し、LDPC復号部52は、消失パケットの回復処理を行う。
As shown in FIG. 9, the
上記により、従来困難であった実時間での復号処理時間を推定し、LDPC符号復号処理の処理過程を初期化処理、回復走査処理、回復計算処理に分離して、それぞれの処理過程で復号処理時間に寄与する符号率、パケット消失率、符号長の関係性を定式化することによって、計算機上で計測して処理時間の係数を一度求めて、任意の符号化率、パケット消失率、符号長での復号時間を求めることを可能にする。 Based on the above, the real-time decoding processing time, which was difficult in the past, is estimated, and the LDPC code decoding process is separated into initialization processing, recovery scanning processing, and recovery calculation processing. By formulating the relationship between the code rate, packet loss rate, and code length that contributes to time, the coefficient of the processing time is obtained once by measuring on the computer, and the arbitrary code rate, packet loss rate, code length It is possible to obtain the decoding time at.
[第2の実施の形態]
本実施の形態では、第1の実施の形態を映像伝送システムに適用した例を説明する。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, an example in which the first embodiment is applied to a video transmission system will be described.
図10は、従来の映像伝送システムの構成図を示す。 FIG. 10 shows a configuration diagram of a conventional video transmission system.
同図に示す映像伝送システムは、圧縮映像データ、LDPC符号器110を具備する映像送信器100、パケット消失を有するネットワーク300、ネットワーク上のパケット消失率を測定可能なネットワーク計測器210、LDPC復号器220、LDPC符号受信メモリ230を具備する映像受信器200から構成される。
The video transmission system shown in the figure includes a compressed video data, a
このうち、圧縮映像データ、LDPC符号器110を具備する映像送信器100、および、LDPC復号器220を具備する映像受信器200は図10に示す通り、従来の伝送系で用いられるものである。従来の映像伝送系では、ネットワークのパケット消失状態の最大値を決定し、それをカバーするだけのLDPCを用いた誤り訂正符号の符号化率を静的に設定してLDPC符号化を行うことで、ネットワーク上のパケット消失を補償する。そのため、ネットワーク上のパケット消失率が時間的に変化し、ほとんど消失しない場合でも符号化率が一定であるため、余分なパリティパケットの伝送が発生しネットワーク効率を悪化させる。
Among these, the compressed video data, the
図11に示す構成にすることで、従来の映像伝送系をそのまま用いて、かつ、ネットワーク上のパケット消失率に基づき符号化率を変化させて、ネットワーク効率を落とさずに伝送することが可能になる。これにより、前述の(3)の課題が解決できる。 With the configuration shown in FIG. 11, the conventional video transmission system can be used as it is, and the coding rate can be changed based on the packet loss rate on the network, and transmission can be performed without reducing the network efficiency. Become. Thereby, the above-mentioned problem (3) can be solved.
図11に示す映像伝送システムの符号化率制御器20およびネットワーク計測器310は、LDPC符号器110を具備する映像送信器100およびLDPC復号器220を具備する映像受信器200とは完全に独立して動作する。
The
従来の映像伝送システムで実施されるLDPC符号化処理を図12に示す。伝送対象の映像圧縮データを一定の小さいパケット(1280バイト)に分割する。これら1パケットがLDPC符号の1シンボルに相当する。その後、第1の実施の形態で示したLDPC符号の設計手法に基づいて算出された符号長、符号化率を用いてLDPC符号化を行い、パリティパケットを生成する。単位パリティパケットのサイズは、先にパケット化した映像データパケットと同等である。次に、映像パケット、パリティパケットに対して、LDPC復号に必要になるLDPCヘッダ(16バイト)を付加し、これらのパケットをUDP/IP方式で映像受信器200へ伝送する。
FIG. 12 shows LDPC encoding processing performed in a conventional video transmission system. The compressed video data to be transmitted is divided into fixed small packets (1280 bytes). One packet corresponds to one symbol of the LDPC code. After that, LDPC coding is performed using the code length and coding rate calculated based on the LDPC code design method described in the first embodiment, and a parity packet is generated. The size of the unit parity packet is equivalent to the video data packet packetized earlier. Next, an LDPC header (16 bytes) necessary for LDPC decoding is added to the video packet and the parity packet, and these packets are transmitted to the
ここで用いるLDPCヘッダを含む伝送されるパケット構造を図13に示す。LDPCヘッダは、LDPCブロック番号(4バイト)、LDPC内パケット番号(4バイト)、LDPC符号長(4バイト)、LDPCブロック内の映像データパケット数(4バイト)で構成される。LDPCブロック番号はそのパケットが所属するLDPCブロックを識別するために用いられる。これは、例えばネットワーク伝送遅延やジッタが大きい場合に、別のLDPCブロックに属するパケットが届くことがあり、これを混同せずに処理するために必要である。LDPCブロック内パケット番号は、パケット到着およびその順序を保証しないUDP/IP通信において、パケットの位置を識別するのに必要である。LDPC符号長およびLDPCブロック内の映像データパケット数は、単一パケットを見た場合に、そのパケットが映像データを含むパケットであるのか、もしくは、パリティデータを含むパケットであるかの識別をするために必要である。 FIG. 13 shows a transmitted packet structure including the LDPC header used here. The LDPC header is composed of an LDPC block number (4 bytes), an LDPC packet number (4 bytes), an LDPC code length (4 bytes), and the number of video data packets in the LDPC block (4 bytes). The LDPC block number is used to identify the LDPC block to which the packet belongs. For example, when network transmission delay and jitter are large, a packet belonging to another LDPC block may arrive, and this is necessary for processing without confusion. The packet number in the LDPC block is necessary for identifying the position of the packet in UDP / IP communication that does not guarantee the arrival and the order of the packet. LDPC code length and the number of video data packets in an LDPC block are used to identify whether the packet is a packet containing video data or a packet containing parity data when a single packet is viewed. Is necessary.
本実施の形態において、符号化率制御器20で実施される意図的なパケット棄却の方式を図14に示す。はじめに、符号化率制御器20は、ネットワーク計測器310から現在のネットワーク上で発生しているパケット消失率Perrを取得する(ステップ201)。続いて、ユーザ操作により想定範囲のネットワークパケット消失率Peを取得する(ステップ202)。これらの情報から、符号化率制御器20で発生させる意図的なパケット消失率Pdを求める(ステップ203)。Pdは映像受信器200に届く時点でのパケット消失率がPeになるように意図的なパケット消失を発生されるため、以下の通り求められる。
FIG. 14 shows an intentional packet discarding method implemented by the
(1-Pe) = (1-Pd)(1-Perr)
Pd = 1 - (1-Pe)/(1-Perr)
続いて、UDPパケット受信を待機した後(ステップ204)、UDP受信を行い(ステップ205)、対象となるパケットであるならば(ステップ206、Yes)、乱数を発生させ、当該乱数に応じて先に求めた確率Pdで到着パケットを棄却する(ステップ207)。
(1-P e ) = (1-P d ) (1-P err )
P d = 1-(1-P e ) / (1-P err )
Subsequently, after waiting for reception of a UDP packet (step 204), UDP reception is performed (step 205). If the packet is a target packet (step 206, Yes), a random number is generated, and the destination is determined according to the random number. to reject the incoming packet with a probability P d determined (step 207).
映像受信器200でのLDPC符号パケット受信メモリ230の構成を図15に示す。受信LDPC符号パケットメモリ230は、映像データパケットおよびパリティパケットがすべて格納できるサイズ分のデータ領域、および、各パケットの受信状況を記録する領域から構成される。初期化処理では、すべての受信状況を「未受信」に設定し、データ領域をすべてゼロ値にする。映像データパケットもしくはパリティパケットが到着した場合、IPヘッダ、UDPヘッダ、LDPCヘッダを除去し、LDPCヘッダにあるLDPCブロック内パケット番号に相当するLDPC符号パケット受信メモリ230の場所に格納される。その後、受信状態を「未受信」から「受信」に変更する。
FIG. 15 shows the configuration of the LDPC code
映像受信器200での受信処理を図16に示す。
FIG. 16 shows a reception process in the
映像受信器200は、LDPC符号パケット受信メモリ230を確保して初期化を行う(ステップ301)。次に受信時間に関する時限タイマを開始する。この時限タイマは時限になると割り込みを発生させる(ステップ302)。時限タイマ値には、第1の実施の形態で算出したLDPC復号時間が実際の復号処理にかかるとみなし、映像再生時刻までに復号処理が完了するような時刻が設定される。上記の時限タイマに割り込みが発生するまで以下の処理を繰り返す。
The
映像受信器200はUDPパケット受信待機を経て(ステップ303)、UDPパケットを受信する(ステップ304)。受信したパケットのLDPCヘッダのLDPCブロック番号を参照し、それが現在受信中のものかを確認する(ステップ305)。もし、現在受信中のものでない場合は(ステップ305、No)、そのパケットを無視し、再びUDPパケット受信待機に戻る(ステップ303に移行する)。もし現在受信中のものであれば(ステップ305、Yes)、LDPCブロック内パケット番号を参照し、その番号に相当するLDPC符号パケット受信メモリ230の領域にパケットのペイロード部分のみを格納する(ステップ306)。続いて、同位置の受信状況を「未受信」から「受信」に変更する(ステップ307)。
The
受信時限タイマによる割り込みが発生した場合は、LDPC符号受信メモリ230の受信状況で「未受信」であるところを「消失」と変更する(ステップ308)。その後、LDPC復号処理を開始する(ステップ309)。
When an interruption by the reception timed timer occurs, the place of “not received” in the reception status of the LDPC
以上により、LDPC復号器220を具備する映像受信器200においてLDPC復号処理が施され、元の映像データが完全に再現される。LDPC復号器220を具備する映像受信器200においては、本実施の形態のように映像送信器と映像受信器の中間に符号化率制御器が挿入されている場合においても、従来の系と同様のLDPC復号処理で対応可能である。
As described above, the LDPC decoding process is performed in the
[第3の実施の形態]
図17は、本発明の第3の実施の形態における伝送システムの構成例を示す。
[Third embodiment]
FIG. 17 shows a configuration example of a transmission system in the third embodiment of the present invention.
本実施の形態では、N個(Nは1以上)の分散保存データ、送信器301〜30N、符号化率制御器201〜20N、ネットワーク計測器3101〜310N、および、LDPC復号器220を具備する受信器200から構成される。
In the present embodiment, N (N is 1 or more) distributed storage data,
本実施の形態では、分散保存データおよびその送信器301〜30Nを分散配置することで、各送信器301〜30Nの処理負荷を軽減するとともに、受信器200へのネットワークも独立になるため、ネットワーク負荷も軽減することが可能になる。
In the present embodiment, distributed storage data and its
ひとつの映像データから分散保存データを生成する手段を図18に示す。ここでは例として分散保存数N=3の場合を示している。各第2の実施の形態と同様にして、各送信器301〜30Nは、映像データをパケット分割した後、LDPC符号化しパリティパケットを生成する。映像データパケットおよびここで得られたパリティパケットにLDPCヘッダを付加する。ここで用いるLDPCヘッダは第2の実施の形態で用いたものと同様のものを用いる。続いて、映像データパケットおよびパリティパケットを先頭から順に分散保存ホストに割り当てていく。同様にパリティパケットに関しても先頭から順に分散保存ホストに割り当てていく。これにより、すべての映像データパケットおよびパリティパケットが割り振られたときに、各保存ホストにある映像データパケットおよびパリティパケットが均等になる。以上により送信する映像データが分散的に保存・配置される。
A means for generating distributed storage data from one video data is shown in FIG. Here, as an example, the case where the distributed storage number N = 3 is shown. Similarly to each second embodiment, each of the
本実施の形態の伝送処理過程および受信処理を説明する。 The transmission process and reception process of this embodiment will be described.
LDPC復号器220を具備する受信器200から映像データの送信要求がすべての送信器30に送信されると、各送信器301〜30Nは受信器200に向けて自分の保持する分散保存された映像データの送信を開始する。各送信器301〜30Nと受信器200の中間に挿入配置された符号化率制御器201〜20Nおよびネットワーク計測器3101〜310Nは、第2の実施の形態と同様の動作でネットワークで発生するパケット消失率に応じた意図的なパケット棄却を行い、符号化率の制御を行う。LDPC復号器220を具備する受信器200では、第2の実施の形態と同様の手段で受信される映像データパケットおよびパリティパケットの受信処理およびLDPC復号処理を施す。
When a transmission request for video data is transmitted from the
以上により、分散的に配置された複数の送信器301〜30Nから、それぞれのネットワークのパケット消失率の状況に合わせた符号化率で伝送された映像データを受信し、LDPC復号することが可能になる。
As described above, it is possible to receive video data transmitted from a plurality of
本実施の形態によれば、前述の(5)の課題が解決できる。 According to the present embodiment, the above-mentioned problem (5) can be solved.
[第4の実施の形態]
図19は、本発明の第4の実施の形態における伝送システムの構成例を示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 19 shows a configuration example of a transmission system in the fourth embodiment of the present invention.
同図に示す伝送システムは、映像データ、LDPC符号器110を具備する送信器100、マルチキャストルータ400、複数の符号化制御器201〜20N、複数のネットワーク計測器3101〜310N、および複数のLDPC復号器220を具備する受信器2001〜200Nから構成される。マルチキャストを用いて同一の映像データを複数の受信器2001〜200Nに伝送する場合に、各ネットワーク(各マルチキャスト径路)のネットワークパケット消失率に応じた符号化率で伝送するシステムである。
The transmission system shown in the figure includes video data, a
LDPC符号器110を具備する送信器100において、第2の実施の形態と同様の手段を用いて、映像データのパケット化、LDPC符号化によるパリティパケットの生成、LDPCヘッダの付加を行う。その後、LDPC符号器110を具備する送信器100は、これらの映像データパケットおよびパリティパケットをマルチキャストルータ400へ伝送する。
In the
マルチキャストルータ400では、受信器200もしくは下位ルータからのマルチキャストジョインの要求を受け取ると、その受信器200もしくは下位ルータに向けてパケットのコピーを行う。図19ではマルチキャストルータ400配下に直接受信器200が所属する構成である。コピーされたパケットは、それぞれのネットワーク径路を介して最終的にLDPC復号器220を具備する受信器200に到達する。本実施の形態では、マルチキャストルータ400と受信器200の中間に符号化率制御器20およびネットワーク計測器310が挿入さる構成をとる。これにより、第2の実施の形態と同様の処理を行い、各符号化率制御器201〜20Nにおいてネットワークパケット消失率に応じた符号化率の制御が施され、LDPC復号器220を具備する受信器2001〜200Nへマルチキャストパケットが伝送される。
When receiving the multicast join request from the
それぞれのLDPC復号器220を具備する受信器2001〜200Nでは、第2の実施の形態と同様の手段によりLDPC復号処理が実施され、送信された映像データが復元される。本実施の形態では、送信器100とすべての受信器2001〜200Nは単一のLDPC符号を用いればよいため、実装および管理が簡易になる。また、ネットワークごとにパケット消失率が変化した場合においても、送信器、受信器の操作を一切変えることなく高効率なネットワーク伝送が実現される。
In
本実施の形態によれば、前述の課題の(4)が解決できる。 According to the present embodiment, the above problem (4) can be solved.
なお、上記の第1〜第4の実施の形態では、LDPC符号を用いて説明しているが、LDPC符号に限定されることなく、誤り訂正符号に適用可能である。 Although the first to fourth embodiments have been described using the LDPC code, the present invention is not limited to the LDPC code and can be applied to an error correction code.
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made within the scope of the claims.
10 LDPC符号パラメタ設計器
11 LDPC検査行列生成部
12 LDPC復号処理計測部
13 LDPC復号性能評価部
14 LDPC復号処理時間モデル部
15 LDPC符号パラメタ最適化部
20 符号化率制御器
21 パケット消失制御部
30 送信器
31 LDPC符号部
32 保存部
33 送信部
40 ネットワーク
50 受信器
51 受信部
52 LDPC復号部
100 LDPC復号器
110 初期化処理部
120 回復走査処理部
130 回復COLキュー
140 回復計算処理部
150 受信パケットデータメモリ
160 LDPC検査行列リスト表現記憶部
200 映像受信器
210 ネットワーク計測器
220 LDPC復号器
230 LDPC符号パケット受信メモリ
300 ネットワーク(パケット消失あり)
310 ネットワーク計測器
400 マルチキャストルータ
10 LDPC code
310 Network Instrument 400 Multicast Router
Claims (7)
検査行列を用いて伝送データを符号化し、所定のレートで伝送パケットを送出する送信器と、
ネットワークと接続され、伝送パケットを受信し、消失パケットの回復処理を行う復号手段を含む受信器と、
入力された検査行列に基づいて、前記受信器の伝送データの復号時間を最小にするためのパラメタ設計を行い、最適なパケット消失率を出力する符号パラメタ設計器と、
前記ネットワークと接続され、前記符号パラメタ設計器から与えられた前記最適なパケット消失率と自然発生するパケット消失率との差に基づいて前記送信器から受信した伝送パケットを意図的確率的に消失させ、該ネットワークを介して前記受信器に送出する符号化率制御器と、
を有し、
前記符号パラメタ設計器は、
行列の非ゼロの位置のみをリストして保持することで疎である検査行列の行と列を生成する検査行列生成手段と、
前記検査行列に基づいて符号長、符号化率、パケット消失率を求め、符号特性として出力する復号処理計測手段と、
与えられたシステムでカバーできるパケット消失率の範囲と前記符号特性に基づいて、符号化率の範囲を求め、前記符号長、前記パケット消失率と共に出力する復号性能評価手段と、
前記符号化率の範囲、前記符号長、前記パケット消失率から回復処理時間のモデルを用いて復号処理時間の推定を行い、前記最適なパケット消失率、前記符号長、前記符号化率を符号パラメタとして出力する復号処理時間モデル手段と、
を含むことを特徴とするデータ伝送システム。 A data transmission system for obtaining an optimum transmission rate for a network packet loss rate using an error correction code,
A transmitter that encodes transmission data using a check matrix and transmits transmission packets at a predetermined rate;
A receiver connected to a network, including a decoding means for receiving a transmission packet and performing recovery processing of a lost packet;
Based on the input check matrix, a parameter design for minimizing the decoding time of the transmission data of the receiver, and a code parameter design unit for outputting an optimal packet loss rate,
The transmission packet received from the transmitter is intentionally lost based on the difference between the optimal packet loss rate given from the code parameter design unit and the naturally occurring packet loss rate, connected to the network. A coding rate controller for sending to the receiver via the network;
Have
The code parameter designer is
Check matrix generation means for generating a sparse check matrix row and column by listing and holding only non-zero positions of the matrix;
Decoding processing measurement means for obtaining a code length, a coding rate, a packet loss rate based on the check matrix, and outputting as a code characteristic;
Decoding performance evaluation means for determining a coding rate range based on the range of packet loss rates that can be covered by a given system and the code characteristics, and outputting the code length, together with the packet loss rate,
Estimating the decoding processing time from the coding rate range, the code length, and the packet loss rate using a model of the recovery processing time, and determining the optimum packet loss rate, the code length, and the coding rate as a code parameter Decoding processing time model means for outputting as:
A data transmission system comprising:
前記送信器内、または、ネットワーク上に具備される
請求項1記載のデータ伝送システム。 The code parameter designer is
The data transmission system according to claim 1, wherein the data transmission system is provided in the transmitter or on a network.
伝送データを符号化し、伝送パケットを送出する符号器を有する送信器と、
伝送パケットを受信し、消失パケットの回復処理を行う復号手段を含む複数の受信器と、
前記伝送パケットを複製し複数の受信器または下位ルータに向けて伝送するマルチキャストルータと、
前記マルチキャストルータから前記伝送パケットを取得し、取得した該伝送パケットを棄却する複数の符号化率制御器と、
前記符号化率制御器から取得した伝送パケットを前記受信器に送出し、現在のネットワーク上で発生しているパケットの消失率を計測し、前記符号化率制御器に出力する複数のネットワーク計測器と、
を有し、
前記符号器は、行列の非ゼロの位置のみをリストにして保持することで疎である検査行列の行と列を生成して、該検査行列に基づく符号長、符号化率、パケット消失率から回復処理時間のモデルを用いて復号処理時間の推定を行って求めた復号時間を最小とする符号長、符号化率で符号化する手段を含み、
前記符号化率制御器は、前記検査行列に基づいて求めたパケット消失率と現在のネットワーク上で発生している前記伝送パケットの消失率との差に基づいて該伝送パケットを棄却する手段を含む
ことを特徴とするデータ伝送システム。 A data transmission system for multicast distribution of video data ,
A transmitter having an encoder for a transfer transmission data is encoded, it transmits a transmission packet,
A plurality of receivers including decoding means for receiving transmission packets and performing lost packet recovery processing;
A multicast router that duplicates the transmission packet and transmits it to a plurality of receivers or lower routers;
A plurality of encoding rate controller wherein acquires the transmission packet from the multicast router, rejecting said transmission packet obtained was collected,
A plurality of network measuring devices that send transmission packets acquired from the coding rate controller to the receiver, measure the loss rate of packets occurring on the current network, and output to the coding rate controller When,
I have a,
The encoder generates a sparse check matrix row and column by holding only non-zero positions of the matrix in a list, and from the code length, coding rate, and packet loss rate based on the check matrix A code length that minimizes a decoding time obtained by estimating a decoding processing time using a model of a recovery processing time, and means for encoding at a coding rate,
The coding rate controller includes means for rejecting the transmission packet based on a difference between a packet loss rate obtained based on the check matrix and a loss rate of the transmission packet generated on the current network. <br/> A data transmission system characterized by the above.
疎行列をメモリへ配置し、パケットの受信状況の検査を行う初期化処理手段と、
前記パケットから回復処理可能な行要素を見つけ回復キューに格納する回復走査手段と、
前記回復キューから回復可能な行要素を取得して、前記パケットのデータの加法処理を行い、消失したパケットを復号する回復計算手段と、
を含む請求項1または3記載のデータ伝送システム。 The decoding means of the receiver is
An initialization processing means for placing a sparse matrix in a memory and checking the reception status of a packet;
And recovering the scanning means for storing in finding recovery queue the packet or al-healing processable row elements,
Recovery calculation means for obtaining a recoverable row element from the recovery queue, performing an additive process on the data of the packet, and decoding the lost packet;
The data transmission system according to claim 1 or 3, comprising:
送信器、受信器、符号パラメタ設計器、符号化率制御器を有するシステムにおいて、
前記送信器が、検査行列を用いて伝送データを符号化し、所定のレートで伝送パケットを送出する伝送パケット送出ステップと、
前記符号パラメタ設計器が、入力された検査行列に基づいて、前記受信器の伝送データの復号時間を最小にするためのパラメタ設計を行い、最適なパケット消失率を出力する符号パラメタ設計ステップと、
前記符号化率制御器が、前記最適なパケット消失率と自然発生するパケット消失率との差に基づいて前記送信器から受信した伝送パケットを意図的確率的に消失させ、該ネットワークを介して前記受信器に送出する符号化率制御ステップと、
前記受信器が、前記伝送パケットを受信し、消失パケットの回復処理を行う復号ステップと、
を行い、
前記符号パラメタ設計ステップにおいて、
行列の非ゼロの位置のみをリストして保持することで疎である検査行列の行と列を生成する検査行列生成ステップと、
前記検査行列に基づいて符号長、符号化率、パケット消失率を求め、符号特性として出力する復号処理計測ステップと、
与えられたシステムでカバーできるパケット消失率の範囲と前記符号特性に基づいて、符号化率の範囲を求め、前記符号長、前記パケット消失率と共に出力する復号性能評価ステップと、
前記符号化率の範囲、前記符号長、前記パケット消失率から回復処理時間のモデルを用いて復号処理時間の推定を行い、前記最適なパケット消失率、前記符号長、前記符号化率を符号パラメタとして出力する復号処理時間モデルステップと、
を含むことを特徴とするデータ伝送方法。 A data transmission method for obtaining an optimum transmission rate for a packet loss rate of a network using an error correction code,
In a system having a transmitter, a receiver, a code parameter design unit, and a code rate controller,
A transmission packet sending step in which the transmitter encodes transmission data using a check matrix and sends out transmission packets at a predetermined rate;
The code parameter design unit performs a parameter design for minimizing the decoding time of transmission data of the receiver based on the input check matrix, and outputs an optimal packet erasure rate; and
The encoding rate controller is deliberately stochastically abolished the transmission packet received from the transmitter based on a difference between the optimal packet loss rate and naturally occurring packet loss rate, said over the network A coding rate control step to be sent to the receiver;
A decoding step in which the receiver receives the transmission packet and performs recovery processing of a lost packet;
And
In the sign parameter design step,
A check matrix generation step for generating a sparse check matrix row and column by listing and holding only non-zero positions of the matrix;
Decoding process measurement step for obtaining the code length, coding rate, packet loss rate based on the parity check matrix, and outputting as a code characteristic;
Decoding performance evaluation step for obtaining a range of coding rate based on the range of packet loss rate that can be covered by a given system and the code characteristics, and outputting together with the code length and the packet loss rate;
Estimating the decoding processing time from the coding rate range, the code length, and the packet loss rate using a model of the recovery processing time, and determining the optimum packet loss rate, the code length, and the coding rate as a code parameter Decoding processing time model step to output as
A data transmission method comprising:
送信器、マルチキャストルータ、複数の符号化率制御器、複数のネットワーク計測器、複数の受信器を有するシステムにおいて、
前記送信器内の符号器が、伝送データを符号化し、伝送パケットを送出する送信ステップと、
前記マルチキャストルータが、前記伝送パケットを複製し複数の受信器または下位ルータに向けて伝送する伝送ステップと、
前記符号化率制御器の各々が、前記マルチキャストルータから前記伝送パケットを取得し、取得した該伝送パケットを棄却する符号化率制御ステップと、
前記ネットワーク計測器の各々が、取得した伝送パケットを後段の前記受信器に送出し、現在のネットワーク上で発生しているパケットの消失率を計測し、前段の符号化率制御器に出力する複数のネットワーク計測ステップと、
前記受信器の各々が、前段のネットワーク計測器から伝送パケットを受信し、消失パケットの回復処理を行う復号ステップと、
を行い、
前記送信ステップにおいて、
行列の非ゼロの位置のみをリストにして保持することで疎である検査行列の行と列を生成して、該検査行列に基づく符号長、符号化率、パケット消失率から回復処理時間のモデルを用いて復号処理時間の推定を行って求めた復号時間を最小とする符号長、符号化率で符号化し、
前記符号化率制御ステップにおいて、
前記検査行列に基づいて求めたパケット消失率と現在のネットワーク上で発生している前記伝送パケットの消失率との差に基づいて該伝送パケットを棄却する
ことを特徴とするデータ伝送方法。 A data transmission method for multicast distribution of video data,
In a system having a transmitter, a multicast router, a plurality of coding rate controllers, a plurality of network measuring instruments, and a plurality of receivers,
Encoder in the transmitter, the transfer transmission data by encoding the transmit step you sent the transmission packet,
A transmission step in which the multicast router duplicates the transmission packet and transmits it to a plurality of receivers or lower routers;
Each of the encoding rate controller acquires the transmission packet from the multicast router, and a coding rate control step for rejecting obtained was said transmission packets collected,
Each of the network measuring instruments sends the acquired transmission packet to the receiver at the subsequent stage, measures the loss rate of the packet generated on the current network, and outputs it to the coding rate controller at the preceding stage Network measurement steps,
A decoding step in which each of the receivers receives a transmission packet from a network instrument in the previous stage and performs recovery processing of a lost packet;
The stomach line,
In the transmission step,
A sparse check matrix row and column are generated by holding only the non-zero positions of the matrix as a list, and a recovery processing time model from the code length, coding rate, and packet loss rate based on the check matrix Is encoded with a code length and coding rate that minimize the decoding time obtained by estimating the decoding processing time using
In the coding rate control step,
The data transmission characterized in that the transmission packet is rejected based on a difference between a packet loss rate obtained based on the check matrix and a loss rate of the transmission packet generated on the current network. Method.
疎行列をメモリへ配置し、パケットの受信状況の検査を行う初期化処理ステップと、
前記パケットから回復処理可能な行要素を見つけ回復キューに格納する回復走査ステップと、
前記回復キューから回復可能な行要素を取得して、前記パケットのデータの加法処理を行い、消失したパケットを復号する回復計算ステップと、
を含む請求項5または6記載のデータ伝送方法。 In the decoding step,
An initialization process step that places a sparse matrix in memory and checks the reception status of packets;
And recovering scanning storing it finds restore queue the packet or al-healing processable row elements,
A recovery calculation step of obtaining a recoverable row element from the recovery queue, performing an additive process on the data of the packet, and decoding a lost packet;
The data transmission method according to claim 5 or 6, comprising:
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