JPH10117214A

JPH10117214A - 情報伝送方式および方法

Info

Publication number: JPH10117214A
Application number: JP21729797A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Tomura; 元久戸村; Masaki Ito; 正樹伊藤; Tatsuji Yamada; 達司山田
Original assignee: N T T DATA TSUSHIN KK; NTT Data Communications Systems Corp
Current assignee: N T T DATA TSUSHIN KK; NTT Data Corp
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】映像や音声のように時間的に連続なデータを
ネットワークを通じて伝送する場合の情報の品質と多重
度の向上を図る。【解決手段】サーバ３からクライアント１へ、単位時
間ｔ_cycle毎に単位量size_unitのデータが反復的に伝
送される。クライアント１は、各単位時間サイクルに受
信待機やデータ受信に要した時間ｔ_echo、ｔ_recvを測
定して（Ｓ１９）、次サイクルの開始時にサーバ３に通
知する（Ｓ１４）。サーバ３は、各サイクルにデータ送
信やデータ読み込みに要した時間ｔ_send、ｔ_readを測
定して（Ｓ２９）、次サイクルの開始時に前サイクルの
ｔ_echo、ｔ_recv、ｔ_send、ｔ_readに基づいて、単位
量データの伝送に使用可能な時間ｔ_limitを計算する
（Ｓ２２）。そして、使用可能な時間ｔ_limit内に単位
量データを送信する（Ｓ２５）。単位量データは、size
_unit／ｎ量のｎ個のセグメントデータに細分化され、
各セグメントデータの送信（Ｓ３１）と休止（Ｓ３４）
とが使用可能時間ｔ_limit内にｎ回繰り返される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、映像や音声などの時間的
に連続な情報をその時間的連続性を維持しつつ伝送する
のに適した情報伝送方式に関わり、例えばビデオ・オン
・デマンド・システムにおける映像や音声の伝送などに
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】クライアントがデータ要求を発行し、サ
ーバはそれを受けてクライアントへ映像データを送信す
るという、クライアント主導型のビデオ・オン・デマン
ドシステムにおける、従来の処理例を図１に示す。図示
のように、サーバにおいては、ある１単位の映像データ
をデイスクから読み込み（Ｓ３）、クライアントへ送信
する（Ｓ２）という処理を繰り返す（例えば、伊藤正
樹、他著＝「LANにおける映像蓄積配送システム」、電
子情報通信学会技術研究報告、OFS94-21）。

【０００３】図中のステップＳ２の処理においては、以
下の２通りの方法がある（例えば、浅井光男、他著：
「ATMを用いたVODサーバの試作」、電子情報通信学会技
術研究報告、CS94-173）。

【０００４】（a）映像データを即座にネットワークへ
（クライアントへ）送出する。

【０００５】（b）映像データを小刻みにネットワーク
へ送出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した従来技術
においては、次に述べる問題点がある。

【０００７】（A）映像データは情報量が多いため、あ
る単位（例えば1秒分）のデータをネットワークへ一気
に書き出すとトラヒックがバースト的になる。従って、
図１中のステップＳ２の処理で上記（a）の方法を用い
る場合、トラヒックがバースト的になる。バーストトラ
ヒックは、他の通信の待ち時間増加という影響を与え、
システム全体での映像同時再生数（多重度）が低下す
る。

【０００８】（B）一方、上記（b）の方法を用いる場
合、トラヒックのバースト性は低下し平滑化される。し
かし、従来技術ではサーバの負荷増大時のディスクの読
み込み時間増加や、ネットワークの混雑度が考慮されて
いない。そのため、クライアントへの送信が間に合わな
い場含があり（すなわち、1秒ぶんのデータをl秒以内に
送出できない）、映像の途切れ等の品質低下が発生す
る。

【０００９】従って、本発明の目的は、映像や音声のよ
うに時間的に連続なデータをネットワークを通じて伝送
する場合の情報の品質と多重度の向上を図ることにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の情報伝送方式
は、データを送信する送信装置と、送信装置からのデー
タを受信する受信装置と、データを送信したときに送信
装置が使用した時間を測定する第１の時間測定手段と、
データを受信したときに受信装置が使用した時間を測定
する第２の時間測定手段と、第１及び第２の時間測定手
段から送信装置及び受信装置が使用した時間を受けて、
所定の単位時間内に所定の単位量のデータの送受信を完
了させるために送信装置が使用可能な時間を予測する予
測手段と、予測手段から前記使用可能な時間を受けて、
この使用可能時間内に送信装置が単位量のデータを送信
完了するように送信装置を制御する送信制御手段とを備
える。

【００１１】この情報伝送方式によれば、所定の単位時
間内に所定の単位量のデータの送受信が完了するよう
に、送信装置からの単位量のデータ送信が予測された使
用可能時間内に実行される。使用可能時間は、過去のデ
ータ送受信において送信装置と受信装置とが実際に使用
した時間に基づいて計算される。そのため、送信装置や
ネットワークの負荷状況に応じて動的に使用可能時間を
決定することができるから、そのような負荷の変動に追
従して常に、単位時間内に所定の単位量のデータが伝送
できるようになる。このことは、例えばビデオ・オン・
デマンド・システムで映像データを伝送する場合、映像
データを実質的に連続して伝送して、映像を安定的に再
生することを可能にする。

【００１２】ビデオ・オン・デマンド・システムでの映
像データの伝送のように、単位時間毎に単位量のデータ
を反復的に伝送する場合、その伝送の各サイクルにおい
て、送信装置及び受信装置が使用した時間をそれぞれ測
定し、前サイクルに測定した使用時間から次サイクルの
ための使用可能時間を予測することが望ましい。負荷状
態が急変でもしない限り、通常は前サイクルの伝送での
使用時間とほぼ同じ時間を次サイクルの伝送でも使用す
ると仮定できるからである。この場合、局所的なトラヒ
ック変動などによる影響を避けるためには、最新過去の
所定数のサイクルにおける使用時間の移動平均を用いる
ことが望ましい。

【００１３】トラヒックをなるべく平滑化するために
は、単位量のデータを複数ｎ個のセグメントデータに分
割し、セグメントデータの送信と休止を前記使用可能時
間内にｎ回繰り返すようにして送信を行うことが望まし
い。これにより、例えばビデオ・オン・デマンド・シス
テムにおいては、トラヒックのバースト性を押さえつ
つ、サーバやネットワークの負荷状況に応じた動的な映
像伝送制御が可能になり、映像同時再生数〈多重度）が
向上する。

【００１４】本発明の送信装置と受信装置はコンピュー
タを用いて実現することができる。そのためのコンピュ
ータプログラムは、ディスク記録媒体や半導体メモリの
ように固定的にプログラムを担持する媒体からでも、通
信ネットワークのように流動的にプログラムを担持する
媒体からでも、コンピュータに供給することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を以下に説明
する。

【００１６】この実施形態は、クライアントがデータ要
求を発行し、サーバがそれを受けてクライアントへ映像
データを送信するという、図１に示したものと基本的に
同様のクライアント主導型のビデオ・オン・デマンド・
システムにおいて、本発明に従う改良を加えたものであ
る。

【００１７】このシステムでは、ネットワークの混雑度
およびディスクの読み込み時間を動的に反映しつつバー
スト的トラヒックを防ぐために、下記の方法を実施す
る。

【００１８】ネットワークの監視およびディスク読み
込み時間の反映図２に、図１の処理１単位におけるクライアント・サー
バ間のデータ送受の時間的関係を示す。図示の一連の送
受信が所定の単位時間ｔ_cycle内に終了しないと、次サ
イクルの送受処理開始に間に合わず、結果として映像の
安定的再生が不可能となる。ここで、ｔ_cycleは、デー
タ送信単位時間（一定値、例えば1秒）、ｔ_echoは、ク
ライアントにおいて、サーバにデータ要求を開始してか
ら、データの到着が開始するまでに要した時間、ｔ_rec
vは、クライアントにおいて、データ受信に要した時
間、ｔ_sendは、サーバにおいて、データ送信に要した
時間、ｔ_readは、サーバにおいて、ディスクからデー
タを読み込むのに要した時間である。

【００１９】いま、次サイクルの送受信においても、処
理に要する時間が今サイクルと同じであると仮定する
と、サーバにおいて次サイクルのデータ送信のために使
用可能な時間ｔ_limitは、図２よりｔ_limit＝ｔ_cycle−ｔl−ｔ3 （1）となる。ここで、ｔ3＝（ｔ2＋ｔ_recv）−ｔ_send （2）であるから、式（1）とから、ｔ_limit＝ｔ_cycle−（ｔ1＋ｔ2）−（ｔ_recv−ｔ_send）（3）となる。そして、ｔ1＋ｔ2＝ｔ_echo （4）であるから、ｔ_limit＝ｔ_cycle−ｔ_echo−（ｔ_recv−ｔ_send）（5）が導かれる。

【００２０】また、ｔ_read＞ｔ3の場含は、ｔ_limit＝ｔ_cycle−ｔ1−ｔ_read （6）であるが、サーバとクライアントのクロックが異なるの
でｔ1は測定不可能である。そこで、安全側にｔ1＝ｔ_e
choと仮定すると、式（6）は、ｔ_limit＝ｔ_cycle−ｔ_echo−ｔ_read （7）となる。

【００２１】このように式（5）および式（7）より、サ
ーバ３に許される送信使用可能時間ｔ_limitを算出する
ことができる。ここで、ｔ_cycleはあらかじめ決められ
た一定の値であり、ｔ_echo、ｔ_recvはクライアントに
おいて、ｔ_send、ｔ_readはサーバにおいていずれも計
測可能である。本実施形態では、これらの値を１データ
単位の送受信において毎サイクル計測し、それをもって
次サイクルのサーバからのデータ送信使用可能時間を決
定する。

【００２２】その場合、さらに、局所的なトラヒック変
動などによる影響を避けるため、ｔ_echo、ｔ_recv、ｔ
_send、ｔ_readに関して移動平均を用いることが望まし
い。すなわち、ｉサイクル目の計測値をｔ_echo(i)、ｔ
_recv(i)、ｔ_send(i)、ｔ_read(i)と表すと、移動平均
のサンプル数を所定値Ｍとして、ｉサイクル目における
それぞれの移動平均Ｔ_echo、Ｔ_recv、Ｔ_send、Ｔ_re
adを

【数１】により求め、これを式（5）および式（7）で用いる。

【００２３】従って、毎サイクルの送信時に最新過去Ｍ
サイクルの移動平均を計算して、ｔ_limit＝ｔ_cycle−Ｔ_echo−Ｔ_lag （Ｔ_lag≧Ｔ_readのとき）ｔ_limit＝ｔ_cycle−Ｔ_echo−Ｔ_read （Ｔ_lag＜Ｔ_readのとき）ここに、Ｔ_lag＝Ｔ_recv−Ｔ_sendにより、毎サイクル
のデータ送信使用可能時間ｔ_limitを決定する。

【００２４】トラヒックの平滑化トラヒックをなるべく平滑化するために、サーバにおい
て図３に示すように、１単位のデータをさらに細分化し
て、前記の手法で求めたｔ_limit以内にクライアントヘ
送出する。すなわち、size_unitを、１処理単位のデー
タサイズ（例えば1秒ぶんの映像データ）ｎを、細分化
数とすると、size_unit／ｎバイトを送信すると送信を
休止するという処理を、ｔ_limit／ｎ時間内に実行し、
これをｎ回繰り返す。

【００２５】上記、の手法を併用することにより、
ネットワークの混雑度およびディスクの読み込み時間を
動的に反映しつつバースト的トラヒックを防ぐことがで
きる。

【００２６】図４は、このビデオ・オン・デマンド・シ
ステムの構成を示す。

【００２７】クライアント１とサーバ３がネットワーク
を介して通信する。クライアント１では、バッファモニ
タ１１が再生バッファ１３内のデータ量を監視し、その
データ量が所定の閾値以下になるとサーバ３へデータ要
求を発する。受信部１５は、サーバ３からの映像データ
を受信して再生バッファ１３に書込む。再生部１７は、
再生バッファ１３から映像データを読み出しビデオ信号
を再生し出力する。

【００２８】サーバ３では、ディスク３３に映像データ
が予め蓄積されている。ビデオ配信部３１において、送
信部３７がクライアント１からのデータ要求に応答し
て、読み込み部３５に映像データを要求する。読み込み
部３５は、ディスク３３から映像データを読み込み送信
部３７へ渡す。送信部３７は、その映像データをクライ
アント１へ送信する。

【００２９】図５は、クライアント１における処理の流
れを示す。

【００３０】クライアント１は、再生バッファ１３内の
データ量が閾値以下になると（Ｓ１１）、現在のクロッ
ク値をｃ1にし（Ｓ１２）、サーバへデータ要求を発し
（Ｓ１３）、続いて、前サイクルに計算したｔ_echoと
ｔ_recvをサーバ３へ通知する（Ｓ１４）。その後、サ
ーバ３から映像データのヘッダを受信すると（Ｓ１
５）、現在のクロック値をｃ2とし（Ｓ１６）、そし
て、サーバ３からの映像データを受信する（Ｓ１７）。
１処理単位の映像データの受信が終わると、現在のクロ
ック値をｃ3とし（Ｓ１８）、次に、ｔ_echoとｔ_recv
をｔ_echo＝ｃ2−ｃ1 ｔ_recv＝ｃ3−ｃ2 により計算して更新する（Ｓ１９）。以上の一連の処理
をクライアント１は繰り返す。

【００３１】図６は、サーバ３における処理の流れを示
す。

【００３２】サーバ３は、クライアント１からデータ要
求を受けると（Ｓ２０）、続いてクライアント１からｔ
_echoとｔ_recvを受信する（Ｓ２１）。そして、最新過
去Ｍサイクルのｔ_echo、ｔ_recv、ｔ_send、ｔ_readを
用いて、それらの移動平均Ｔ_echo、Ｔ_recv、Ｔ_sen
d、Ｔ_readを求め、ｔ_limit＝ｔ_cycle−Ｔ_echo−Ｔ_lag （Ｔ_lag≧Ｔ_readのとき）ｔ_limit＝ｔ_cycle−Ｔ_echo−Ｔ_read （Ｔ_lag＜Ｔ_readのとき）ここに、Ｔ_lag＝Ｔ_recv−Ｔ_sendにより、データ送信
使用可能時間ｔ_limitを計算する（Ｓ２２）。

【００３３】次に、サーバ３は、現在のクロック値をｓ
1とし（Ｓ２３）、映像データのヘッダをクライアント
１へ送信し（Ｓ２４）、続いて前サイクルにディスク３
３から読み出した１単位分の映像データを、以下のよう
にして所定の複数ｎ回に分けてクライアント１へ送信す
る（Ｓ２５）。

【００３４】まず、現在のクロック値をｄ1とし（Ｓ３
０）、続いて、１／ｎ単位分のデータであるsize_unit
／ｎバイト（１セグメントという）をクライアント１へ
送信する（Ｓ３１）。１セグメントの送信が終わると、
現在のクロック値をｄ2として（Ｓ３２）、その１セグ
メント送信に要した時間ｔ_divをｔ_div＝ｄ2−ｄ1 により算出する（Ｓ３３）。この後、１セグメント送信
に利用可能な時間ｔ_limitの残り時間ｔ_limit−ｔ_div
だけ送信を休止する（Ｓ３４）。以上のステップ３０〜
Ｓ３４をｎ回繰り返す。

【００３５】１単位分の映像データの送信が終わると、
サーバ３は、現在のクロック値をｓ2とし（Ｓ２６）、
続いて、ディスク３３から次の１単位分（size_unitバ
イト）の映像データを読み込む（Ｓ２７）。この読み込
みが終わると、現在のクロック値をｓ3とし（Ｓ２
８）、ｔ_sendとｔ_readをｔ_send＝ｓ2−ｓ1 ｔ_read＝ｓ3−ｓ2 により求めて更新する（Ｓ２９）。その後、クライアン
ト１からのデータ要求を待つ（Ｓ２０）。

【００３６】サーバ３は、クライアント１からデータ要
求を受ける度に、上記の一連の処理を繰り返す。

【００３７】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明はこの実施形態だけに限らず、種々の変形、修正、
改良を加えた多の様々な形態によっても実施することが
できる。本発明は、ビデオ・オン・デマンド・システム
だけに限らす、種々タイプの情報伝送に広範囲に適用す
ることができ、特に、映像や音声のように本来時間的に
連続している情報をその時間連続性を維持しつつ多重伝
送する用途において効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】クライアント主導型のビデオ・オン・デマンド
システムにおける、従来の処理例を示すフローチャー
ト。

【図２】クライアント主導型のビデオ・オン・デマンド
システムにおける、処理１単位におけるクライアント・
サーバ間のデータ送受の時間的関係を示すタイムチャー
ト。

【図３】本発明の一実施形態において、１単位のデータ
を細分化してサーバからクライアントヘ送出する様子を
示したタイムチャート。

【図４】同実施形態の全体構成を示すブロック図。

【図５】同実施形態のクライアントにおける処理の流れ
を示すフローチャート。

【図６】同実施形態のサーバにおける処理の流れを示す
フローチャート。

【符号の説明】

１クライアント３サーバ１１バッファモニタ１３再生バッファ１５受信部１７再生部３１ビデオ配信部３３ディスク３５読み込み部３７送信部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データを送信する送信装置と、前記送信装置からのデータを受信する受信装置と、データを送信したときに前記送信装置が使用した時間を
測定する第１の時間測定手段と、データを受信したときに前記受信装置が使用した時間を
測定する第２の時間測定手段と、前記第１及び第２の時間測定手段から前記送信装置及び
受信装置が使用した時間を受けて、所定の単位時間内に
所定の単位量のデータの送受信を完了させるために前記
送信装置が使用可能な時間を予測する予測手段と、前記予測手段から前記使用可能な時間を受けて、この使
用可能な時間内に前記送信装置が単位量のデータを送信
完了するように、前記送信装置を制御する送信制御手段
とを備えた情報伝送方式。
【請求項２】前記送信装置から受信装置へ、単位量の
データが反復的に伝送され、前記第１及び第２の測定手段は、反復的な伝送の各サイ
クルにおいて、前記送信装置及び受信装置が使用した時
間をそれぞれ測定し、前記予測手段は、反復的な伝送の前サイクルに測定され
た前記使用した時間に基づいて、反復的な伝送の次サイ
クルのための前記使用可能な時間を予測し、前記送信制御手段は、反復的な伝送の各サイクルにおい
て、前記予測された各サイクルのための使用可能な時間
に基づいて前記送信装置を制御する、請求項１記載の情
報伝送方式。
【請求項３】前記予測手段が、最新過去の所定数サイ
クルにおける前記使用した時間の移動平均を求め、その
移動平均に基づいて前記使用可能な時間を予測する請求
項２記載の情報伝送方式。
【請求項４】前記受信装置は、前記各サイクルにおい
て、前記送信装置へデータ要求を発し、その後に前記送
信装置から単位量のデータを受信し、前記送信装置は、データを蓄積した情報源を有し、前記
各サイクルにおいて、前記データ要求に応答して、予め
前記情報源から読み込んでおいた単位量のデータを前記
受信装置へ送信し、続いて、前記情報源から次の単位量
のデータを読み込み、前記第１の時間測定手段は、前記受信装置において、前
記各サイクルにおける、前記データ要求を発してから前
記送信装置からのデータの到着が開始されるまでの時間
ｔ_echoと、前記単位量のデータの受信に要した時間ｔ_
recvとを測定し、前記第２の時間測定手段は、前記送信装置において、前
記各サイクルにおける、前記単位量のデータの送信に要
した時間ｔ_sendと、前記次の単位量のデータの読み込
みに要した時間ｔ_readを測定し、前記予測手段は、前記前サイクルに測定された前記ｔ_e
cho、ｔ_recv、ｔ_send、ｔ_readを受け、それらの最新
過去の所定数サイクルにおける移動平均Ｔ_echo、Ｔ_re
cv、Ｔ_send、Ｔ_readを求め、そして、ｔ_limit＝ｔ_cycle−Ｔ_echo−Ｔ_lag （Ｔ_lag≧Ｔ_readのとき）ｔ_limit＝ｔ_cycle−Ｔ_echo−Ｔ_read （Ｔ_lag＜Ｔ_readのとき）ここに、ｔ_cycle＝前記単位時間Ｔ_lag＝Ｔ_recv−Ｔ_send により、前記次サイクルのための前記使用可能な時間ｔ
_limitを計算する、請求項３記載の情報伝送方式。
【請求項５】前記制御手段が、前記単位量のデータを
所定の複数ｎで分割したセグメントデータの送信と休止
を、前記使用可能な時間内にｎ回繰り返すように前記送
信装置を制御する、請求項１記載の情報伝送方式。
【請求項６】前記単位量をsize_unit、前記使用可能
な時間をｔ_limitとしたとき、前記制御手段が、前記使用可能な時間ｔ_limit内のｎ個
の各時間区分ｔ_limit／ｎ毎に、size_unit／ｎの量の
セグメントデータを送信し、その後の残り時間を休止す
る、請求項５記載の情報伝送方式。
【請求項７】送信装置から受信装置へとデータを伝送
する方法において、データを送信したときに前記送信装置が使用した時間を
測定する過程と、データを受信したときに前記受信装置が使用した時間を
測定する過程と、測定された前記送信装置及び受信装置が使用した時間に
基づいて、所定の単位時間内に所定の単位量のデータの
送受信を完了させるために前記送信装置が使用可能な時
間を予測する過程と、予測された前記使用可能な時間を受けて、この使用可能
な時間内に前記送信装置が単位量のデータを送信完了す
るように、前記送信装置を制御する過程とを備えた情報
伝送方法。
【請求項８】前記制御する過程において、前記単位量
のデータを所定の複数ｎで分割したセグメントデータの
送信と休止を、前記使用可能な時間内にｎ回繰り返すよ
うに前記送信装置を制御する、請求項７記載の情報伝送
方法。
【請求項９】送信装置から受信装置へデータを伝送す
るシステムで用いられる送信装置において、データを送信したときに前記送信装置が使用した時間を
測定する時間測定手段と、データを受信したときに前記受信装置が使用した時間を
前記受信装置から通知される時間受信手段と、前記時間測定手段及び前記時間受信手段から前記送信装
置及び受信装置が使用した時間を受けて、所定の単位時
間内に所定の単位量のデータの送受信を完了させるため
に前記送信装置が使用可能な時間を予測する予測手段
と、前記予測手段から前記使用可能な時間を受けて、この使
用可能な時間内に前記送信装置が単位量のデータを送信
完了するように、前記送信装置を制御する送信制御手段
とを備えた情報伝送システムの送信装置。
【請求項１０】送信装置から受信装置へデータを伝送
するシステムで用いられる送信装置の動作方法であっ
て、データを送信したときに前記送信装置が使用した時間を
測定する過程と、データを受信したときに前記受信装置が使用した時間を
前記受信装置から通知される過程と、前記測定及び通知された前記送信装置及び受信装置が使
用した時間に基づいて、所定の単位時間内に所定の単位
量のデータの送受信を完了させるために前記送信装置が
使用可能な時間を予測する過程と、予測された前記使用可能な時間を受けて、この使用可能
な時間内に前記送信装置が単位量のデータを送信完了す
るように、前記送信装置を制御する過程とを有する動作
方法をコンピュータに実施させるためのコンピュータプ
ログラムを担持したコンピュータ読取り可能なプログラ
ム記録媒体。
【請求項１１】送信装置から受信装置へデータを伝送
するシステムで用いられる受信装置において、データを受信したときに前記受信装置が使用した時間を
測定する時間測定手段と、前記測定手段から前記使用した時間を受けて、前記送信
装置へ通知する時間通知手段とを備えた情報伝送システ
ムの受信装置。
【請求項１２】送信装置から受信装置へデータを伝送
するシステムで用いられる受信装置の動作方法であっ
て、データを受信したときに前記受信装置が使用した時間を
測定する過程と、前記測定手段から前記使用した時間を受けて、前記送信
装置へ通知する過程とを有する動作方法をコンピュータ
に実施させるためのコンピュータプログラムを担持した
コンピュータ読取り可能なプログラム記録媒体。