JPH07250103A - 時系列情報の通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受信装置のバッファの空容量を検知すること
により、通信システムにかかる負荷の状態に応じて、可
能な限り高品質の情報を通信することができ、かつ通信
が途切れることのない通信システムを提供する。 【構成】 動画や音声等の時系列情報を圧縮符号化する
符号化部１０１を有する送信装置１０と、圧縮符号化さ
れた情報を復号化する復号化部１２２及び復号化データ
を一時蓄積するバッファ１２３を有する受信装置３から
なる通信システムにおいて、符号化部１０１の圧縮率を
制御する圧縮率制御装置１１を設け、バッファ１２３に
蓄積されたデータの変化度を随時検出するとともに、こ
の検出値に基づいて符号化部１０１に導く符号化パラメ
タを適切値に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画や音声等の時系列
情報を圧縮符号化して送受信する通信システムに関し、
特に、システム負荷に応じた品質の時系列情報をその再
生が途切れることなく通信するシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】音声や動画のような時系列的に変化を伴
う情報を送受信する、従来の即時再生型の時系列情報通
信システムにおいては、圧縮符号化時の圧縮率を固定化
して送信していた。このような即時再生型通信システム
では、受信装置に復号化された時系列情報を一時的に蓄
積するバッファを設け、前記時系列情報を途切れること
なく再生するようにしている。しかしこの場合、圧縮率
を低く設定し過ぎると、再生量が多いとき、即ちシステ
ム負荷が大きいときにバッファ内に復号化された情報が
無くなり、その再生が途切れることがある。反対に圧縮
率を高く設定し過ぎるとシステム負荷が小さいときであ
っても低品質の情報しか通信することができない問題が
生じる。

【０００３】このような問題を解決するため、通信路の
空容量に応じて圧縮率を時系列的に変化させて通信を行
なう方式が提案されている。例えば、「田尻哲男、阪谷
徹、奏泉寺浩史、西村孝、ＣＳＭＡ／ＣＤ ＬＡＮによ
る映像通信サービスの実現、情報処理学会研究報告９３
−ＡＶＭ−２、１９９３年、ｐｐ．９〜１６」のよう
に、映像・音声データパケットのヘッダ部分のシーケン
ス番号からパケットの廃棄を検出し、符号化パラメータ
の変更を行なう輻輳制御方式が提案されている。

【０００４】また、通信路の状態だけでなく受信装置か
ら出力装置への出力状態をも監視して、その監視結果か
ら送信装置の符号化パラメータを決定、変更する方式も
提案されている（公開特許公報平成５年第２６８２９６
号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例は、送受信装置が即時再生を行なうに際して影響
を与える要素の全てについて対策が施されているもので
はない。例えば通信システムが取扱うことのできる情報
の最大量は、従来の各技術が顧慮している通信路の状態
及び受信装置から出力装置への出力状態だけでなく、受
信装置のバッファの容量にも左右される。即ち、バッフ
ァ容量が少ないために空になってしまうことがあれば、
再生に途切れが生じる。また、通信プロトコルによって
は、通信路の負荷が少なくとも、受信装置のバッファに
空容量がなければデータはバッファから溢れ、必要なデ
ータの廃棄が生じて、正確なデータの再生ができなくな
ってしまうという不都合が生じる。

【０００６】そのため、受信装置のバッファの空容量が
小さいときでも、データの再生が途切れないように、即
ちバッファ内のデータ量を空にしないようにし、しか
も、バッファの空容量に余裕があるときは、それに応じ
て高品質の情報を送受することができるシステムの開発
が望まれていた。

【０００７】本発明は、かかる背景に鑑み、システム負
荷の状態に応じて、可能な限り高品質の時系列情報を通
信することができ、且つ、その再生が途切れることのな
い時系列情報の通信システムを提供すること目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が提供する時系列
情報の通信システムは、動画や音声等の時系列情報を所
定の符号化パラメタで圧縮符号化して通信路に送信する
送信装置と、前記通信路を介して受信した圧縮符号化デ
ータを復号化してそのバッファに一時蓄積する受信装置
と、前記バッファに一時蓄積された復号化データを抽出
して前記時系列情報を再生する再生装置とを備えた時系
列情報の通信システムにおいて、前記バッファ内におけ
る復号化データの相対的蓄積量の変化度を検出するデー
タ量検出手段と、その検出値に基づいて前記圧縮符号化
データの圧縮率を動的に変更するための前記符号化パラ
メタを決定するパラメタ決定手段と、を有することを特
徴とする。

【０００９】上記構成の時系列情報の通信システムにお
いて、前記パラメタ決定手段は、好ましくは、前記バッ
ファ内に蓄積された復号化データ量が少なくなるにつれ
て前記圧縮符号化データの圧縮率を動的に上げ、増加傾
向にあるときに前記圧縮率を動的に下げる値の符号化パ
ラメタを決定する。あるいは、前記バッファ内に蓄積さ
れる復号化データ量がバッファ総量に対して所定値以下
であれば前記圧縮率を動的に上げ、所定値以上であれば
前記圧縮率を動的に下げる値の符号化パラメタを決定す
る。

【００１０】

【作用】本発明の時系列情報の通信システムでは、動画
や音声等の時系列情報が、送信装置で所定の符号化パラ
メタに基づき圧縮符号化され、通信路に送信される。他
方、受信装置では、通信路を介して受信した圧縮符号化
データを復号化してバッファに一時蓄積する。再生装置
は、この復号化データをバッファから抽出して動画や音
声等を再生する。

【００１１】バッファ内の復号化データは、再生手段に
よる抽出、再生の度に減少するが、送信装置から圧縮符
号化データが受信装置に随時送られ、補充されるので連
続再生が可能となる。このバッファに対する復号化デー
タの抽出量（データ消費量）と補充量（データ供給量）
との差分がシステム負荷状態、あるいはシステム全体の
処理能力を間接的に表している。

【００１２】そこで、データ量検出手段が、バッファ内
における復号化データの相対的蓄積量の変化度を検出し
てパラメタ決定手段に送る。この変化度は、任意の数値
演算手法により検出し得るが、少なくともバッファにお
ける抽出時の復号化データの蓄積量をバッファ総量で除
した第１の数値情報と、当該抽出時及び前回抽出時の復
号化データの蓄積量の差分をバッファ総量で除した第２
の数値情報とを含むことにより定量化される。

【００１３】パラメタ決定手段は、この検出値、特に、
第１の数値情報及び第２の数値情報に基づいて圧縮符号
化データの圧縮率を動的に変更するための符号化パラメ
タを決定する。その際、バッファ内に蓄積された復号化
データ量が少なくなるにつれて前記圧縮符号化データの
圧縮率を動的に高め、増加傾向にあるときに前記圧縮率
を動的に下げる値の符号化パラメタを決定する。これに
より復号化データ量の消費量及び供給量に応じて圧縮率
が動的に変わる。また、符号化パラメタを、バッファ内
に蓄積される復号化データ量がバッファ総量に対して所
定値以下であれば前記圧縮率を動的に上げ、所定値以上
であれば前記圧縮率を動的に下げる値に決定することに
よりバッファ内の復号化データ量が所定値で安定する。
これにより、送信装置からシステム負荷に応じた品質の
時系列情報、即ち圧縮率が動的に変更された時系列情報
が送信され、受信装置のバッファ内の復号化データ量
は、ほぼ所定量が常時確保される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は本発明が適用される一般的な時系列
情報の通信システムの構成図であり、１０は送信装置、
１１は圧縮率制御装置、１２は受信装置、１３は通信
路、１４は予め時系列情報が格納された情報格納部、１
５は時系列情報を外部から入力するための情報入力部、
１６はデバイスドライバやスピーカ等からなる再生部
（再生手段）である。

【００１５】送信装置１０は、符号化部（符号化手段）
１０１及び通信制御部１０２を備え、受信装置１２は、
通信制御部１２１、復号化部（復号化手段）１２２、及
びバッファ１２３を備え、圧縮率制御装置１１は、デー
タ量検出部（データ量検出手段）１１１及び符号化パラ
メタ変更部（パラメタ決定手段）１１２を備えている。

【００１６】上記構成の通信システムでは、情報格納部
１４又は情報入力部１５から送信装置１０に導かれた動
画や音声等の時系列情報が、符号化部１０１で圧縮符号
化され、更に通信制御部１０２を介して通信路１３に送
信される。受信装置１２では、通信制御部１２１を経て
受信した圧縮符号化データを復号化部１２２で復号化し
てバッファ１２３に一時蓄積する。再生部１６は、バッ
ファ１２３に蓄積された復号化データを随時抽出して動
画や音声等を再生する。

【００１７】圧縮率制御装置１１は、バッファ１２３内
の復号化データの相対的蓄積量の変化度に応じて符号化
部１０１の圧縮率を動的に変更する。即ち、データ量検
出部１１１がバッファ１２３内の復号化データがどの程
度増加又は減少しているのか、また、該データ量がバッ
ファ容量の何割程度を占めているのか等を検出し、符号
化パラメタ変更部１１２に送る。符号化パラメタ変更部
１１２は、上記検出値と現在の符号化パラメタから適切
な符号化パラメタを決定し、符号化部１０１に通知す
る。これを受けて符号化部１０１が動的に符号化パラメ
タを変化させ、時系列情報の圧縮率を変える。これによ
り、バッファ１２３内のデータ量に応じた品質の時系列
情報が通信路１３を介して受信装置１２に送られる。

【００１８】次に、本発明の一実施例となる音楽通信シ
ステムを、図２を参照して説明する。図２において、２
１は音楽ファイルを送信するサーバ部、２２は通信シス
テムの負荷状態に応じて符号化パラメタを制御する音質
制御部、２３は音楽ファイルを受信して再生するクライ
アント部、２４は通信路である。図１との対比では、サ
ーバ部２１が送信装置１０、音質制御部２２が圧縮制御
装置１１、クライアント部２３が受信装置１２に対応す
る。

【００１９】サーバ部１０は、パケットの組立・分解や
パケット廃棄時の再送処理等を行なう通信制御部２１
１、クライアント部２３から送られたリクエストにより
指定された音楽ファイルを選択するリクエスト処理部２
１２、圧縮符号化を行う可変ＤＰＣＭ符号化部２１３、
及び、音楽データファイルを格納する音楽ファイル格納
部２１４を備えている。

【００２０】ここでＤＰＣＭ（Differntial Pulse Code
Modulation）とは差分量子化のことであり、隣接標本
間の差分を少ないビット数で符号化する情報圧縮方式を
指す（「古井貞煕、ディジタル音声処理、東海大学出版
会、１９８５年、pp.101〜103」参照）。可変ＤＰＣＭ
とは、隣接標本間の差分の表現に割り当てるビット数を
動的に、即ち１つの音楽データに対して中途で何度も変
化させることが可能なＤＰＣＭである。また、可変ＤＰ
ＣＭにおける符号化パラメタは、隣接標本間の差分の表
現に割り当てるビット数である。

【００２１】音質制御部２２は、パケットの組立・分解
やパケット廃棄時の再送処理等を行なう通信制御部２２
１、符号化パラメタを決定する割当変更部２２２、シス
テム性能を監視する性能監視部２２３、及び、バッファ
２３４内のデータ量を一時的に蓄積するバッファ内デー
タ量前回分蓄積部２２４を備えている。

【００２２】クライアント部２３は、パケットの組立・
分解やパケット廃棄時の再送処理等を行なう通信制御部
２３１、復号化部として機能する可変ＤＰＣＭ復号化部
２３２、音楽ファイルを指定してサーバ部２１に送信要
求を発生するリクエスト発生部２３３、復号化データを
一時蓄積するバッファ部２３４、及び、バッファ部２３
４から音楽データを取り出してスピーカ２３６で再生可
能な電気信号に変換する再生デバイスドライバ２３５を
備えている。

【００２３】次に、上記構成の音楽通信システムにおけ
る、各部の動作について、以下の４つの流れに従って説
明する。但し、初期設定として、可変ＤＰＣＭ符号化部
２１３には初期符号化パラメタが与えられ、バッファ内
データ量前回分蓄積部２２４には”０”が与えられ、性
能監視部２２３はバッファ２３４のバッファ総量を情報
として持っており、バッファ２３４内は空であるものと
する。

【００２４】（１）リクエストの流れ クライアント部２３のリクエスト発生部２３２において
発生したリクエスト情報は、通信制御部２３１によりパ
ケット化され、通信路２４を通じてサーバ側の通信制御
部２１１に到着する。この通信制御部２１１は、リクエ
スト情報のパケットを分解し、リクエスト処理部２１２
に送る。リクエスト処理部２１２は、受取ったリクエス
ト情報を解釈し、音楽ファイル格納部２１４から、要求
された音楽ファイルを選択抽出し、可変ＤＰＣＭ符号化
部２１３に送る。可変ＤＰＣＭ符号化部２１３に対する
符号化パラメタは、ある初期値に設定されている。

【００２５】（２）音楽データの流れ 次に、可変ＤＰＣＭ符号化部２１３は、受取った音楽デ
ータを符号化パラメタに従って符号化する。符号化され
た音楽データは、通信制御部２１１によってパケット化
され、通信路２４を通じてクライアント側の通信制御部
２３１でパケット分解される。パケット分解された音楽
データは、可変ＤＰＣＭ復号化部２３２によって復号化
され、バッファ２３４に順次蓄積される。

【００２６】（３）再生の流れ 再生は、バッファ２３４に蓄積された音楽データがある
基準値（例えばバッファ２３４のバッファ総量の８０％
以上）を超えた時点で開始される。このとき、再生デバ
イスドライバ２３５がバッファ２３４から音楽データを
受け取り、Ｄ／Ａ変換や増幅等の処理を行ない、スピー
カ２３６に電気信号として送る。スピーカ２３６は、こ
の電気信号を人間に聞える音楽として再生する。

【００２７】（４）音質制御の流れ 音質制御は、上述の（１）〜（３）の流れとは非同期的
に行なわれる。即ち、音質制御部２２の性能監視部２２
３は、バッファ２３４から定期的にバッファ総量とバッ
ファ内の音楽データ量の情報を受け取る。その際、バッ
ファ総量とバッファ内の音楽データ量の情報は、クライ
アント側の通信制御部２３１でパケット化され、通信路
２４を通じて音質制御側の通信制御部２２１でパケット
分解される。性能監視部２２３は、バッファ総量とバッ
ファ内の音楽データ量の情報を受け取る前に、前回受け
取ったバッファ内の音楽データ量をバッファ内データ量
前回分蓄積部２２４に蓄積する。

【００２８】性能監視部２２３は、今回のバッファ内デ
ータ量をバッファ総量で割ったもの（第１の数値情報）
と、バッファ内データ量前回分と今回のバッファ内デー
タ量との差分をバッファ総量で割ったもの（第２の数値
情報）とを、本システムの性能を表す数値情報として割
当変更部２２２に通知する。割当変更部２２２は、これ
らの情報から符号化パラメタを決定する。符号化パラメ
タの決定手法は任意の手法をとり得るが、本実施例では
下記の方法を採る。

【００２９】音楽データの量子化ビット数を１６ビット
とし、符号化パラメタ、即ち隣接標本間の差分に割当て
るビット数は、”３”〜”１５”の範囲の値をとるもの
とする。また、現在のパラメータをＰ0、求める符号化
パラメタをＰ1、今回のバッファ内データ量をバッファ
総量で割ったものをＶ、バッファ内データ量前回分と今
回のバッファ内データ量の差分をバッファ総量で割った
ものをＤとするとき、符号化パラメタは、数１式により
決定される。

【００３０】

【数１】Ｐ1＝Ｐ0−１０（Ｖ−０．８）−２０Ｄ 但し、Ｐ1＜３のときはＰ1＝３、Ｐ1＞１５のときはＰ1
＝１５とする。数１式で、−１０（Ｖ−０．８）はバッ
ファ部内データ量をバッファ総量の８割に安定させる役
割を持ち、−２０Ｄはバッファ部内データ量の増減を抑
える役割を持つ。

【００３１】このようにして求められた符号化パラメタ
は、通信制御部２２１によりパケット化され、通信路２
４を通じてサーバ側の通信制御部２１１によりパケット
分解され、可変ＤＰＣＭ符号化部２１３に渡される。可
変ＤＰＣＭ符号化部２１３は、渡された符号化パラメタ
に基づいて次の音楽データを符号化する。

【００３２】このように、本実施例によれば、サーバ部
２１から送られる音楽データの品質が、システム負荷状
態に応じてパケット単位で動的に変更されるので、クラ
イアント部２３のバッファ２３４に所定量の復号化デー
タが常時確保される。これによりクライアント部２３に
おいて音楽データを途切れることなく再生することがで
き、従来の問題点が解消される。

【００３３】なお、以上の説明は、本発明の一実施例を
示したものなので、本発明は上記態様に限定されるべき
ものではないことは言うまでもない。例えば、本実施例
においては音楽データは、音楽ファイル格納部２１４よ
り供給されるものであるが、装置外部から直接入力され
るものであってもよい。但し、大量の音楽データを格納
したファイルより、通信路を通じて音楽を供給する即時
再生型音楽通信システムにおいては、音楽の再生が途切
れることがないように留意する必要がある。

【００３４】また、本実施例におけるサーバ部２１、音
質制御部２２、クライアント部２３は、通信路２４で接
続された任意の計算機に存在させることができる。例え
ば音質制御部２２がサーバ部２１あるいはクライアント
部２３に存在する等、サーバ部２１、音質制御部２２、
クライアント部２３の内、２つあるいは３つが同一の計
算機に存在する事も可能である。

【００３５】さらに上述の実施例においては、音楽情報
のデータと制御情報等のその他のデータは、いずれも同
一の通信路２４を通じて送受されているが、これらは別
個の通信路を通じて送受されるものであっても構わず、
また複数の通信路を選択使用するものであってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の時系列情報の通信システムでは、バッファ内における
復号化データの相対的蓄積量の変化度を検出し、その検
出値に基づいて圧縮符号化データの圧縮率を動的に変更
するための符号化パラメタを決定する構成なので、バッ
ファ内のデータ量に応じて送信対象情報量が動的に変化
する効果がある。

【００３７】特に、バッファ内に蓄積された復号化デー
タ量が少なくなるにつれて圧縮符号化データの圧縮率を
動的に高め、増加傾向にあるときは圧縮率を動的に下げ
る値の符号化パラメタを決定する構成では、バッファ内
に蓄積された復号化データ量が少ないときは圧縮率が高
くなって長時間の時系列情報を送信することができ、一
方、バッファ内に蓄積された復号化データ量が多いとき
は圧縮率を低く設定して、より高品質な時系列情報の送
受を行うことができる。また、バッファ内に蓄積される
復号化データ量がバッファ総量に対して所定値以下であ
れば圧縮率を動的に上げ、所定値以上であれば圧縮率を
動的に下げる値の符号化パラメタを決定する構成では、
バッファ内に再生すべき復号化データがなくなってしま
うという事態を防止することができる。

【００３８】このように、本発明によれば、システムの
負荷状態に応じた品質の時系列情報を、その再生が途切
れることなく通信することを可能とするシステムを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される一般的な通信システムの構
成図。

【図２】本発明の一実施例となる音楽通信システムの構
成図。

【符号の説明】

１０ 送信装置 １０１ 符号化部（符号化手段） １０２ 通信制御部 １１ 圧縮率制御装置 １１１ データ量検出部（データ量検出手段） １１２ 符号化パラメタ変更部（符号化パラメタ決定手
段） １２ 受信装置 １２１ 通信制御部 １２２ 復号化部（復号化手段） １２３ バッファ １３ 通信路 １４ 情報格納部 １５ 情報入力部 １６ 再生部（再生装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 1/66 9372−5Ｋ Ｈ０４Ｎ 7/24

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動画や音声等の時系列情報を所定の符号
   化パラメタで圧縮符号化して通信路に送信する送信装置
   と、前記通信路を介して受信した圧縮符号化データを復
   号化してそのバッファに一時蓄積する受信装置と、前記
   バッファに一時蓄積された復号化データを抽出して前記
   時系列情報を再生する再生装置とを備えた時系列情報の
   通信システムにおいて、 前記バッファ内における復号化データの相対的蓄積量の
   変化度を検出するデータ量検出手段と、その検出値に基
   づいて前記圧縮符号化データの圧縮率を動的に変更する
   ための前記符号化パラメタを決定するパラメタ決定手段
   と、を有することを特徴とする時系列情報の通信システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の時系列情報の通信システ
   ムにおいて、 前記パラメタ決定手段は、前記バッファ内に蓄積された
   復号化データ量が少なくなるにつれて前記圧縮符号化デ
   ータの圧縮率を動的に上げる値の符号化パラメタを決定
   することを特徴とする時系列情報の通信システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の時系列情報の通信システ
   ムにおいて、 前記パラメタ決定手段は、前記バッファ内に蓄積された
   復号化データ量が、増加傾向にあるときに前記圧縮率を
   動的に下げる値の符号化パラメタを決定することを特徴
   とする時系列情報の通信システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載の時系列情報の通信システ
   ムにおいて、 前記パラメタ決定手段は、前記バッファ内に蓄積される
   復号化データ量がバッファ総量に対して所定値以下であ
   れば前記圧縮率を動的に上げ、所定値以上であれば前記
   圧縮率を動的に下げる値の符号化パラメタを決定するこ
   とを特徴とする時系列情報の通信システム。