JP6588882B2 - 動画再生装置、動画再生方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、動画再生装置、動画再生方法及びプログラムに関する。
近年のモバイルネットワークの普及に伴い、モバイルネットワークを介したアプリケーションやサービスが多数提供されている。その中でも代表的なサービスが動画配信サービスである。
近年の動画配信サービスは、再生開始待ち時間低減のため、動画データを全てダウンロードしてから再生するという形式ではなく、動画データをダウンロードしながら同時に再生するという形態をとっていることが多い。この形態はプログレッシブダウンロード(PDL)型と呼ばれており、Youtube(登録商標)をはじめとした多くの動画配信サービスで利用されている方式である。また、PDL型動画配信では、Adaptive Bitrate(ABR)方式で配信がされることが多い。ABR方式において、サーバは動画データを一定時間ごとのデータ(チャンク)に分割してそれぞれ何パターンかの条件で再エンコードして保存しておき、クライアントはネットワーク品質やバッファ量に応じてどの品質(ビットレート)で配信するかを動的に決定する。ABR型動画配信においては、クライアントで動くビットレート選択アルゴリズムとペーシングアルゴリズムという2つのアルゴリズムを組み合わせて体感品質の高い配信を実現している。
ビットレート選択アルゴリズムとは、各チャンクを受信するときにどのようなポリシーでビットレートを選択するか、を決定するアルゴリズムである。ネットワーク品質に対して高すぎるビットレートの動画データを選択してしまうと、途中で再生が停止してしまう。一方で、低すぎるビットレートの動画データを選択してしまうと、ネットワーク帯域が余っているにも関わらず低画質の動画しか視聴できないというトレードオフが存在する。そのため、適切なビットレート選択を行うためには、その時のネットワーク品質を高精度に把握することが重要となる。ABR方式の動画配信の多くは、動画配信中のネットワーク品質を把握するため、チャンクをダウンロードした時に得られるスループットの値を用いている(例えば、非特許文献1参照)。
しかし、PDL型動画配信サービスにおいて、リアルタイムにネットワーク品質を把握することは難しい。その理由は、クライアントで動作しているペーシングアルゴリズムによるものである。ペーシングアルゴリズムとは、動画の受信タイミングを調整することで、バッファ量をコントロールするアルゴリズムである。再生停止を防ぐという観点では、バッファを常に貯め続ける方式が望ましいが、バッファ量が大きすぎると、ユーザが視聴をやめた時に無駄になるトラヒック量が増えてしまう。一方で、バッファ量が小さすぎると、再生停止が発生しやすくなるというトレードオフがある。
一般的には、上限の閾値に達するまではバッファを貯め、上限の閾値に達した後は下限の閾値に達するまでバッファを貯めないsawtooth方式や、できる限りバッファを貯め続けるzippy方式が利用されている(例えば、非特許文献1参照)。
Michael Seufert, Sebastian Egger, Martin Slanina, Thomas Zinner, Tobias Hosfeld, Phuoc Tran-Gia A Survey on Quality of Experience of HTTP Adaptive Streaming. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17, 2015.
しかしながら、sawtoothペーシングにおいては、チャンクのダウンロードが行われない時間帯が発生する。そのため、例えばペーシング中(動画データを受信していない間)にスループットの上昇又は下降が発生したとしても、その変化を即座に把握することができない。こうした急激なスループットの変化は、モバイルネットワークにおいては頻繁に発生するため、再度チャンクを要求するときに、実際のスループットに適さないビットレートを選択してしまう可能性がある。
一方、zippyペーシングにおいては、断続的にチャンクの要求が行われるため、スループットを把握することは比較的容易である。しかし、1チャンク分のデータ量をダウンロードできるだけバッファの空きがないとチャンクのダウンロードを開始しないため、チャンクのダウンロード間に数秒間の待機時間が発生してしまう。こうした待機時間は、sawtoothペーシングと同様、実際のスループットには適さないビットレートを選択してしまう可能性がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、ネットワークのスループットの推定精度を向上させることを目的とする。
そこで上記課題を解決するため、動画再生装置は、動画データを部分データごとにネットワークを介して受信し、前記動画データのバッファ量に応じて前記動画データの受信を停止する受信部と、前記受信部によって受信された部分データを再生する再生部と、前記受信部が受信を停止している間に、前記動画データの一部を受信することでスループットを測定する測定部と、前記動画データのうちまだ受信されていない部分データに対して用意されている複数のビットレートの中から前記受信部に受信させるビットレートを、前記測定部によって測定されたスループットに基づいて選択する選択部と、を有し、前記受信部は、前記選択部によって選択されたビットレートの部分データを受信する

ネットワークのスループットの推定精度を向上させることができる。
第1の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。 第1の実施の形態における動画再生装置10のハードウェア構成例を示す図である。 第1の実施の形態における動画再生装置10の機能構成例を示す図である。 第1の実施の形態においてペーシング処理部131が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 byte−range決定処理の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 スループットの測定処理の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 ペーシング中においてダウンロードが実行されることによる効果を説明するための図である。 ダウンロードが一部ずつ実行されることによる効果を説明するための図である。 第2の実施の形態においてペーシング処理部131が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
本実施の形態では、新たなペーシング方式が開示される。当該ペーシング方式は、既存のあらゆるペーシング方式に修正を加えることで実現することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1は、第1の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。図1において、配信サーバ20及び動画再生装置10は、インターネット等のネットワークを介して接続される。当該ネットワークは、モバイルネットワーク(移動体通信網)を含んでもよい。
配信サーバ20は、動画再生装置10から要求された動画データの配信を行う1以上のコンピュータである。動画データの配信は、ABR(Adaptive Bitrate Streaming)に従う。すなわち、各動画データについては、一定時間ごとの分割単位の一例であるチャンクごとに、何パターンかの条件で再エンコードされたデータが保存されている。
動画再生装置10は、動画データの視聴に利用される端末(コンピュータ)である。動画再生装置10は、ユーザによって指定された動画データを配信サーバ20からダウンロードし、当該動画データの再生を行う。例えば、スマートフォン、タブレット端末、又はPC(Personal Computer)等が動画再生装置10として利用されてもよい。
図2は、第1の実施の形態における動画再生装置10のハードウェア構成例を示す図である。図2の動画再生装置10は、それぞれバスBで相互に接続されている補助記憶装置102、メモリ装置103、CPU104、インタフェース装置105、表示装置106及び入力装置107等を有する。
動画再生装置10での処理を実現するプログラムは、補助記憶装置102にインストールされる。当該プログラムは、ネットワークを介して他のコンピュータからダウンロードされてもよい。補助記憶装置102は、インストールされたプログラムを記憶すると共に、必要なファイルやデータ等を記憶する。
メモリ装置103は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置102からプログラムを読み出して記憶する。CPU104は、メモリ装置103に記憶されたプログラムに従って動画再生装置10に係る機能を実現する。インタフェース装置105は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置106はプログラムによるGUI(Graphical User Interface)等を表示する。入力装置107はキーボード、マウス、ボタン、又はタッチパネル等であり、様々な操作指示の入力に用いられる。
図3は、第1の実施の形態における動画再生装置10の機能構成例を示す図である。図3において、動画再生装置10は、UI部11、動画再生部12、動画データ受信部13及びスループット測定部14等を有する。これら各部は、動画再生装置10にインストールされた1以上のプログラムが、CPU104に実行させる処理により実現される。
UI部11は、ユーザによって指定された動画データの再生を動画再生部12に要求する。
動画再生部12は、再生対象の動画データについて、再生位置のチャンクごとにチャンク番号を指定して、動画データ受信部13に対してデータを要求し、動画データ受信部13から応答されたデータの再生を行う。なお、動画再生部12による動画データの再生は、動画データ受信部13による動画データの取得と並行して行われる。すなわち、動画データの全部が取得される前に、動画再生部12による再生が開始される。
動画データ受信部13は、動画再生部12から要求されたチャンクのデータを、ペーシングが行われていない期間において配信サーバ20から受信(取得)する。ペーシングとは、動画データの受信が停止されることをいう。図3において、動画データ受信部13は、ペーシング処理部131、ビットレート選択部132及びチャンク要求部133等を含む。
ペーシング処理部131は、動画再生部12からの要求に応じ、動画データの受信を行うか、スループット測定部14を呼び出すかを決定する。動画データの受信を行う場合、ペーシング処理部131は、ビットレート選択部132に対してビットレートの選択等を要求する。当該要求には、動画再生部12から要求されたチャンク番号が指定される。スループット測定部14を呼び出す場合、ペーシング処理部131は、スループット測定部14に対してスループットの測定を要求する。当該要求には、動画再生部12から要求されたチャンク番号が指定される。
ビットレート選択部132は、ペーシング処理部131からの要求に応じ、当該要求において指定されているチャンク番号に係るチャンクについて、受信対象とするデータのビットレートを選択する。ビットレートの選択は、チャンク要求部133又は測定実行部142によって測定されたスループットに基づいて行われる。
チャンク要求部133は、動画再生部12から要求されたチャンクについて、決定されたタイミングで決定されたビットレートのデータを配信サーバ20に要求する。チャンク要求部133は、当該要求に応じて配信サーバ20から返信されるデータを受信する。チャンク要求部133は、更に、データの受信に際し、スループットを測定する。
スループット測定部14は、配信サーバ20と動画再生装置10との間の通信のスループットを測定する。図3において、スループット測定部14は、測定条件決定部141及び測定実行部142を含む。
測定条件決定部141は、ペーシング処理部131からの要求に応じ、スループットの測定条件を決定する。測定条件の詳細については後述される。
測定実行部142は、測定条件決定部141によって決定された測定条件に従って、スループットの測定を実行する。測定実行部142は、スループットの測定値をペーシング処理部131へ通知する。スループットの測定は、ペーシング処理部131からの要求に指定されているチャンク番号に係るチャンクのデータの全部又は一部を配信サーバ20から受信することによって行われる。すなわち、スループットの測定用のパケットは使用されない。スループットの測定のために受信されたデータは、動画再生部12に送られ、チャンク単位でデータが揃い次第、動画再生部12によって再生される。
以下、動画再生装置10が実行する処理手順について説明する。図4は、第1の実施の形態においてペーシング処理部131が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図4の処理手順は、動画再生部12からの要求に応じて、ペーシング処理部131によって実行される。
ステップS101において、ペーシング処理部131は、動画再生装置10に蓄積されているバッファ量bufが、バッファ量の下限値Th以上であるか否かを判定する。バッファ量bufは、配信サーバ20からダウンロード済みであるが、まだ再生されていない動画データの時間長[sec]である。バッファ量bufが、下限値Th[sec]未満である場合(S101でNo)、ペーシング処理部131は、データの受信を行うことを決定する(S104)。
一方、バッファ量bufが、下限値Th[sec]以上である場合(S101でYes)、ペーシング処理部131は、バッファ量bufが、上限値Th以下であるか否かを判定する(S102)。なお、上限値Th及び下限値Thは、予め設定される。
バッファ量bufが、上限値Th以下である場合(S102でYes)、ペーシング処理部131は、スループットが、予め設定された閾値以上であるか否かを判定する(S103)。スループットが閾値以上である場合(S103でYes)、ペーシング処理部131は、動画データの受信を行うことを判定する(S104)。なお、当該スループットは、チャンク要求部133又は測定実行部142によって測定されたスループットの履歴の中で最後に測定されたスループットである。
一方、バッファ量の上限値Thを越える場合(S102でNo)、又はスループットが閾値未満である場合(S103でNo)、ペーシング処理部131は、スループット測定部14を呼び出すことを判定する(S105)。この場合、ペーシングが行われ、チャンク要求部133による動画データの受信は停止する。
なお、ステップS104の判定が行われた場合、ビットレート選択部132によって、ビットレートが選択され、受信対象のチャンクについて、当該ビットレートのデータがチャンク要求部133によって配信サーバ20から受信される。ここで、チャンク要求部133が、当該チャンクのデータの受信を行う際、後述する処理手順(図6)において、測定実行部142によって部分的に当該チャンクのダウンロードが行われていれば、チャンク要求部133は、ダウンロード済みの部分に続くデータを受信してもよい。又は、チャンク要求部133は、当該チャンクについて測定実行部142によってダウンロードされている部分的なデータを破棄し、改めて当該チャンクのデータを先頭から受信してもよい。
一方、ステップS105の判定が行われた場合、ペーシング処理部131は、スループット測定部14の測定条件決定部141に対してスループットの測定を要求する。測定条件決定部141は、当該要求に応じ、スループットの測定条件を決定する。測定条件とは、どのような条件でスループットの測定を行うのかを示す情報をいう。測定条件は、測定間の待機時間(すなわち、測定時の間隔)、測定時にダウンロード対象とするビットレート、測定時にダウンロードするデータ量の3つ要素で表される。それぞれの要素については、後述するようにいくつか設定しうる方式があるが、これらの方式の任意のものが組み合わせてひとつの条件としされてもよい。
測定間の待機時間は、静的に値が設定されてもよいし、動的に決定されてもよい。静的に設定される場合には、1秒間隔などが設定されてもよいし、小さな値βが設定されて、buf−Th―βが設定されてもよい。動的に決定される場合には、例えば、現在のユーザの通信環境(時間帯、セルID、GPSのいずれか、又はこれらの2以上の組み合わせ)が一致する過去の通信におけるスループットの標準偏差の逆数に係数を乗じた値が採用されてもよい。動的に待機時間が設定されることで、その通信環境におけるスループットの標準偏差が大きいときには、なるべく短い間隔でスループットを測定することで精度を確保し、スループットの標準偏差が小さいときには、なるべく長い間隔でスループットを測定することができる。その結果、実スループットと乖離したビットレートが選択されるチャンクを少なくすることができる。
測定時にダウンロード対象とするビットレートとしては、直前までのスループットの履歴に基づいて算出した推定スループットに1以下の係数αを乗じた値を超えない最大のビットレートが選択されてもよいし、配信サーバ20において用意されたビットレートの中で最も低いビットレートが選択されてもよいし、その通信環境における過去のスループットの代表値(平均値、中央値等)を超えない最大のビットレートが選択されてもよい。なお、直前までのスループットの履歴とは、チャンク要求部133又は測定実行部142によって測定されたスループットの履歴をいう。
測定時にダウンロードするビット量は、1チャンク分であってのよいし、チャンクの一部であってもよい。チャンクの一部のダウンロードは、例えば、RFC7233に規定されているHTTP range requestsの機能を利用することで実現可能である。近年の動画配信の多くはHTTPベースで行われているため、この機能は多くの動画配信に対して適用することが可能である。但し、他の方法によって部分的なデータの取得が可能であれば、必ずしもこの機能が用いられなくてもよい。
チャンクの一部のダウンロードする場合の、byte−rangeの決定方法について説明する。
図5は、byte−range決定処理の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
ステップS201において、測定条件決定部141は、b+mとbr×sとのうちの小さい方をbに代入する。ここで、bは、ダウンロード対象のチャンク(ペーシング処理部131からの要求に指定されたチャンク番号に係るチャンク)において、既にダウンロードが完了している部分の末尾の位置を示すバイト数である。bは、例えば、動画再生部12からペーシング処理部131に対して動画データ(チャンク)が要求されるごとに0に初期化される。bは、ダウンロード対象の末尾の位置を示すバイト数である。なお、b及びbは、ダウンロード対象のチャンクの先頭を起点とする値である。mは、静的もしくは動的に決定されたbyte−rangeの幅[byte]を表す変数である。sは、配信サーバ20で用意している、各チャンクの長さ[sec]である。brは、測定時にダウンロード対象とするビットレートとして決定された値である。
続いて、測定条件決定部141は、b+1からbまでをbyte−rangeに指定する(S202)。続いて、測定条件決定部141は、bにbを代入する(S203)。
測定条件決定部141は、決定した測定条件と、ペーシング処理部131からの要求に指定されているチャンク番号とを指定して、測定実行部142に対してスループットの測定を要求する。測定実行部142は、当該要求に応じてスループットの測定処理を実行する。
図6は、スループットの測定処理の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
ステップS301において、測定実行部142は、測定条件において指定された「測定間の待機時間」が示す秒数だけ待機する。
続いて、測定実行部142は、ダウンロード対象のチャンクについて、測定条件において指定された「測定時にダウンロード対象とするビットレート」のデータを、測定条件において指定されたbyte−rangeが示す範囲分だけ配信サーバ20から取得(ダウンロード)する(S302)。
続いて、測定実行部142は、br×(b−b)÷tの演算結果を、スループットthpに代入する(S303)。ここで、brは、測定条件において指定された「測定時にダウンロード対象とするビットレート」である。b及びbは、測定条件において指定されたbyte−rangeに係るb及びbである。tは、ステップS302におけるダウンロードの所要時間[sec]である。
続いて、測定実行部142は、br×sがbに等しいか否かを判定する(S304)。当該判定は、1チャンク分のデータが測定実行部142によってダウンロードされたか否かの判定である。br×sがbに等しくない場合、すなわち、1チャンク分のデータがダウンロードされていない場合(S304でNo)、測定実行部142は、スループットthpをペーシング処理部131に通知する(S305)。
一方、br×sがbに等しい場合、すなわち、1チャンク分のデータがダウンロードされた場合(S304でYes)、測定実行部142は、当該チャンクについてダウンロードされたデータを、動画再生部12に転送する(S306)。動画再生部12は、当該データを再生する。続いて、ステップS305が実行される。
なお、ステップS305が実行されると、図4の処理手順が開始される。すなわち、ペーシング処理部131は、動画再生部12からの要求のみならず、測定実行部142からスループットの通知をも契機として、図4の処理手順を実行する。したがって、図6の処理は、図4のステップS101、S102、及びS103の条件が満たされるまで繰り返し実行される。当該繰り返しにおいて、図6の処理が実行される間隔は、ステップS301における待機時間となる。すなわち、定期的に1以上のタイミングにおいてスループットの測定が実行される。
上述したように、本実施の形態によれば、sawtoothペーシングとは異なり、チャンクが受信されない期間が長期化することを回避することができる。すなわち、本実施の形態では、ペーシング中においてもダウンロードが実行されてスループットが測定される。その結果、スループットの変化をよりリアルタイムに把握することができる。
図7は、ペーシング中においてダウンロードが実行されることによる効果を説明するための図である。図7において、○は、sawtoothペーシングによってチャンクが受信されるタイミングを示す。×は、本実施の形態によってチャンク又はチャンクの一部が受信されるタイミングを示す。また、時点t1は、sawtoothペーシングにおいてバッファ量が上限値に達したため、受信が停止した時点を示す。時点t2は、バッファ量が下限値に達したため、受信が再開された時点を示す。
時点t1〜t2において、sawtoothペーシングではチャンクが受信されないため、スループットの測定ができない。したがって、時点t2におけるスループットの推定値は、時点t1において測定された値となる。当該値は、図7において両矢印によって示されている分だけの誤差を含む。
一方、本実施の形態では、時点t1〜t2の間においても、測定実行部142によってチャンクが受信される。したがって、時点t1よりも時点t2に近い時点t3における測定値を、時点t2におけるスループットの推定値とすることができる。その結果、スループットの推定精度を向上させることができる。
また、本実施の形態において、測定実行部142によるチャンクのダウンロードは一部ずつ実行されてもよい。当該一部のダウンロード時間は、当該チャンクの全部のダウンロード時間に比べて短くなる。したがって、より高精度にスループットの把握が可能となる。
図8は、ダウンロードが一部ずつ実行されることによる効果を説明するための図である。図8において、○は、zippyペーシングによってチャンクが受信されるタイミングを示す。×は、本実施の形態の測定実行部142によってチャンクが受信されるタイミングを示す。
図8において明らかなように、本実施の形態は、スループットの測定間隔を短くすることができる。その結果、スループットの推定精度を向上させることができる。
上記のように、本実施の形態は、高精度なスループットの推定結果を用いてビットレート選択を行うことで、従来技術よりも適切なビットレート選択を可能とし、視聴品質の向上、エンゲージメント指標の向上に寄与することができる。
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では第1の実施の形態と異なる点について説明する。第2の実施の形態において特に言及されない点については、第1の実施の形態と同様でもよい。第2の実施の形態では、図4の処理手順が、図9の処理手順によって置き換えられる。
図9は、第2の実施の形態においてペーシング処理部131が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図9中、図4と同一ステップには同一ステップ番号を付し、その説明は省略する。
図9では、ステップS103は実行されない。すなわち、スループットが閾値以上であるか否かの判定は行われない。したがって、バッファ量bufが、上限値Th以下であれば、チャンク要求部133によってチャンクの受信が実行される。
なお、上記各実施の形態において、チャンク要求部133は、受信部の一例である。動画再生部12は、再生部の一例である。測定実行部142は、測定部の一例である。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 動画再生装置
11 UI部
12 動画再生部
13 動画データ受信部
14 スループット測定部
131 ペーシング処理部
132 ビットレート選択部
133 チャンク要求部
141 測定条件決定部
142 測定実行部
20 配信サーバ
102 補助記憶装置
103 メモリ装置
104 CPU
105 インタフェース装置
106 表示装置
107 入力装置
B バス

Claims (7)

  1. 動画データを部分データごとにネットワークを介して受信し、前記動画データのバッファ量に応じて前記動画データの受信を停止する受信部と、
    前記受信部によって受信された部分データを再生する再生部と、
    前記受信部が受信を停止している間に、前記動画データの一部を受信することでスループットを測定する測定部と、
    前記動画データのうちまだ受信されていない部分データに対して用意されている複数のビットレートの中から前記受信部に受信させるビットレートを、前記測定部によって測定されたスループットに基づいて選択する選択部と、
    を有し、
    前記受信部は、前記選択部によって選択されたビットレートの部分データを受信する、
    ことを特徴とする動画再生装置。
  2. 前記再生部は、前記測定部によって受信される前記動画データの一部も再生する、
    ことを特徴とする請求項1記載の動画再生装置。
  3. 前記測定部は、過去のスループットの標準偏差に基づいて算出される時間間隔ごとに、前記動画データを一部ずつ受信する、
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の動画再生装置。
  4. 前記測定部は、測定されたスループットに基づいて選択されるビットレート前記動画データの一部を受信する、
    ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項記載の動画再生装置。
  5. 前記一部のデータ量は、前記ビットレートに基づいて決定される、
    ことを特徴とする請求項4記載の動画再生装置。
  6. 動画データを部分データごとにネットワークを介して受信し、前記動画データのバッファ量に応じて前記動画データの受信を停止する受信手順と、
    前記受信手順において受信された部分データを再生する再生手順と、
    前記受信手順が受信を停止している間に、前記動画データの一部を受信することでスループットを測定する測定手順と、
    前記動画データのうちまだ受信されていない部分データに対して用意されている複数のビットレートの中から前記受信手順に受信させるビットレートを、前記測定手順において測定されたスループットに基づいて選択する選択手順と、
    をコンピュータが実行し、
    前記受信手順は、前記選択手順において選択されたビットレートの部分データを受信する、
    ことを特徴とする動画再生方法。
  7. 請求項1乃至5いずれか一項記載の各部としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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