KR20070049976A - 패킷 송신 장치, 통신 시스템 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

베스트 에퍼트형(best-effort) 네트워크 경유로 도착 기한(arrival deadline)에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치에, 미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신부와, 데이터 본체(packet block, main body)에 용장(redundant) 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화부와, 관측된 네트워크 상태 정보에 의거해서 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율(loss rate)이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록, 데이터 본체에 부가하는 용장 데이터의 용장도(redundancy)를 동적으로 결정하는 용장도 결정부를 탑재한다.
통신 시스템, 송신 장치, 부호화부, 패킷화부, FEC 부호화부, RTP 송신부, ARQ부, RTCP부, 용장도 결정부, 수신 장치, 통신 시스템, 송신부, 레이트 제어부, 용장도 결정부.

Description

패킷 송신 장치, 통신 시스템 및 프로그램{PACKET TRANSMISSION APPARATUS, COMMUNICATION SYSTEM AND PROGRAM}
도 1은 통신 시스템을 구성하는 송신 장치의 구성예를 도시하는 도면.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 수신 장치의 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 송신 장치 측에서 실행되는 FEC 처리예를 도시하는 도면.
도 4는 수신 장치 측에서 실행되는 FEC 처리예를 도시하는 도면.
도 5는 ARQ 처리의 시퀀스 예를 도시하는 도면.
도 6은 송신 장치 측에서 실행되는 ARQ 처리예를 도시하는 도면.
도 7은 수신 장치 측에서 실행되는 ARQ 처리예를 도시하는 도면.
도 8은 용장도 테이블예를 도시하는 도면.
도 9는 용장도 결정 처리예를 도시하는 도면.
도 10은 실시예 1에서 실행되는 용장도의 제어 이미지를 도시하는 도면.
도 11은 통신 시스템을 구성하는 송신 장치의 구성예를 도시하는 도면.
도 12는 용장도 테이블예를 도시하는 도면.
도 13은 용장도 결정 처리예를 도시하는 도면.
도 14는 실시예 2에서 실행되는 용장도의 제어 이미지를 도시하는 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 통신 시스템 200: 송신 장치
201: 부호화부 203: 패킷화부
205: FEC 부호화부 207: RTP 송신부
209: ARQ부 211: RTCP부
213: 용장도 결정부 300: 수신 장치
400: 통신 시스템 500: 송신부
501: 레이트 제어부 503: 용장도 결정부.
본 발명은 베스트 에퍼트형(best-effort) 네트워크 경유로, 도착 기한(arrival deadline)에 제한이 있는 패킷의 송신하는 경우에 매우 적합한 기술에 관한 것이다.
또한, 발명자들이 제안하는 발명은, 패킷 송신 장치, 통신 시스템 및 프로그램으로서의 측면을 가진다.
근래, 베스트 에퍼트형 통신 네트워크 경유로 멀티미디어 데이터를 전송할 기회가 증가하고 있다. 이런 종류의 데이터 전송에서는, 다운로드형 전송 방식이나 스트림형 전송 방식이 이용된다.
베스트 에퍼트형 통신 네트워크로서 예를 들면 인터넷이 유명하다. 또, 멀티미디어 데이터로서는, 예를 들면 영상 파일, 음성 파일, 이들의 조합 데이터 또는 이들을 일부에 포함하는 데이터를 말한다. 본 명세서에서는, 멀티미디어 데이터를, 시간 정보나 재생 순서에 관한 정보를 포함하는 데이터의 의미로 사용한다.
다운로드형 전송 방식의 경우, 데이터 파일은, 송달 서버로부터 수신측 단말의 기록 영역에 다운로드되고, 전송이 완전하게 종료한 시점에서 그 재생이 개시된다. 따라서, 다운로드형 전송 방식은 재생이 장시간으로 되는 멀티미디어 데이터나 리얼 타임으로의 재생이 요구되는 멀티미디어 데이터의 재생에는 적합하지 않다.
한편, 스트림형 전송 방식의 경우, 데이터 파일의 재생은 송신 단말측으로부터 수신 단말에 전송중인 일부 데이터만으로 재생이 개시된다. 이 때문에, 인터넷 전화, 원격 텔레비전 회의(remote video conference), 주문형 비디오, 네트워크 카메라, 인터넷 텔레비전 및 그밖의 서비스에 이용되고 있다.
스트림형 전송 방식에 적합한 인터넷 기술에, IETF RFC3550에서 규정되어 있는 RTP(Realtime Transport Protocol) 방식이 있다. RTP 방식에 의한 데이터 전송에서는 시간 정보로서 타임 스탬프가 패킷에 부가된다. 이것에 의해 송신측과 수신측 사이에서 시간적 관계의 파악이 가능하게 되고, 패킷 전송시의 지연 변동(지터) 등의 어느 영향을 받지 않고 동기 재생이 가능하게 된다.
여기서, RTP 방식은 실시간으로의 데이터 전송을 보증하지 않는다. 실제로, 패킷 송달의 우선도나 설정, 관리 등은 RTP 방식이 제공하는 트랜스포트 서비스의 범주는 아니다. 이 때문에, RTP 패킷의 경우도, 다른 패킷과 마찬가지로, 송달 지연이나 패킷 손실(loss)이 일어날 가능성이 있다.
이와 같은 사태가 생기더라도, 수신측은 기대하는 시간내에 도착한 패킷만을 이용해서 데이터를 재생할 수가 있다.
이것은 영상 데이터나 음성 데이터에 다소(多少)의 데이터 손실이 있었다고 해도, 어느 정도는 재생할 수 있기 때문이다.
또한, 지연 전달된 패킷이나 에러가 발생한 패킷은 수신측에서 파기된다. 즉, 고품질인 데이터를 송신 장치가 송달했다고 해도, 패킷 손실이나 에러가 있으면 수신측에서는 재생되지 않는다는 문제가 있다.
특히, 현상태의 통신 환경에서는 유선 구간에서도 10-5, 무선 구간에서는 10-3 이상의 에러가 있다고 말해지고 있다. 따라서, 품질 보존유지의 관점에서 말하면, 멀티미디어 데이터의 송달에 RTP 방식을 단독으로 사용해도 충분한 신뢰성을 기대할 수가 없다.
그래서, 신뢰성이 높은 TCP(Transmission Control Protocol) 방식의 적용이 생각된다.
그러나, TCP 방식은 에러에는 강하지만, 스루풋(throughput)이 낮고, 지연이 크며, 스트림형 전송에는 적합하지 않다.
그래서, RTP 방식을 이용해서 데이터 전송의 신뢰성을 향상시키는 수법으로서, 자동 재송신 방식{이하, "ARQ(Auto Repeat reQuest) 방식"이라고 한다}와, 전방 에러 정정 부호화 방식(이하, "FEC(Forward Error Correction) 방식"이라고도 한다}을 조합하는 것이 검토되고 있다.
ARQ 방식은 손실한 패킷을 RTP 패킷의 시퀀스(sequence) 번호를 이용해서 검 지하고, 수신 단말로부터 송신 단말에 대해서 손실 패킷의 재송신을 요구하는 방식이다.
FEC 방식은 복수개의 패킷을 하나의 FEC 블록으로 해서, 리드 솔로몬(RS：Reed-Solomon 부호) 또는 그밖의 에러 정정 부호를 이용해서 용장 부호화하는 방식이다. 예를 들면, (n, k) RS부호를 이용하는 경우, 용장 부호화 전의 k개의 원래 패킷으로부터 n-k개의 용장 패킷을 생성할 수가 있다. 또한, n〉k이다. 이 경우, 송신 장치로부터 합계 n개의 패킷이 송신된다. 한편, 수신 장치에서는 n개의 패킷 중 k개의 패킷을 수신할 수 있으면, RS 복호 처리에 의해 k개의 원래 패킷을 복원할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허공개 제2000-188609호 공보
그러나 ARQ 방식과 FEC 방식에는, 각각 이하의 문제가 있다.
ARQ 방식은 패킷의 왕복 전송 지연(RTT：Round Trip Time)에 대해서 허용 재생 지연(패킷 송신 시각부터 패킷 재생 시각까지의 간격)이 충분히 크지 않은 환경의 경우, 재송신 요구 처리와 패킷 재송신 처리를 기간 내에 완료할 수 없으므로 본래의 효과를 발휘할 수가 없다.
FEC 방식은 FEC 블록 중에서 하나라도 패킷이 누락되면 복호 처리를 행할 수 없기 때문에, ARQ 방식과 동등한 패킷 회복율을 실현하기 위해서는 ARQ 재송신 패킷수보다도 많은 용장 패킷을 전송할 필요가 있으며, 네트워크의 혼잡(congestion)을 증대한다는 문제가 있다. 또는 불필요하게 원래 데이터의 전송 레이트를 저하시 킨다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명자들은 미송달 패킷의 재송신 방식(ARQ 방식)과 전방 에러 정정 부호화 방식(FEC 방식)을 효과적으로 연휴 작동시키는 송신 기술을 제안한다.
즉, 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치에 이하의 처리 기능을 탑재하는 송신 기술을 제안한다.
(a) 미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신 기능.
(b) 데이터 본체(packet block, main body)에 용장 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화 기능.
(c) 관측된 네트워크 상태 정보에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율(loss rate)이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록, 데이터 본체에 부가하는 용장 데이터의 용장도를 동적으로 결정하는 용장도 결정 기능.
본 발명자들에 의해 제안된 본 발명의 실시예에 따라, 용장 패킷의 용장도는 네트워크 상태에 따라 최적화될 수 있다. 이러한 것으로, 네트워크의 혼잡을 불필요하게 증가시키지 않거나 데이터 본체의 전송양을 불필요하게 감소시키지 않으면서, 수신기에서 에러 정정 후 손실율을 허용가능한 범위 내에서 유지시킬 수 있다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 발명에 관련된 송신 기술을 탑재하는 통신 시스템예를 설명한다.
또한, 본 명세서에서 특별히 도시 또는 기재되지 않는 부분에는 해당 기술 분야의 주지 또는 공지 기술을 적용한다.
또 이하에 설명하는 실시예는 발명의 1실시예로서 이들에 한정되는 것은 아니다.
(A) 실시예 1
이 실시예에서는 비디오 데이터를 인터넷 경유로 스트리밍 전송하는 통신 시스템에 대해서 설명한다.
또한 이 실시예는 패킷의 총전송 레이트에 한정이 없는 경우를 상정한다. 이 명세서에 있어서 총전송 레이트라 함은 비디오 데이터 본체의 전송 레이트와 에러 정정 패킷의 전송 레이트와 재송신 패킷의 전송 레이트의 총합을 말한다.
또한, 비디오 데이터 본체, 에러 정정 데이터 및 재송신 패킷은 특허청구범위의 "데이터 본체", "용장 데이터" 및 "미송달 패킷"에 각각 대응한다.
(A－1) 시스템 구성예
도 1 및 도 2는 통신 시스템을 구성하는 송신 장치와 수신 장치의 구성예를 도시한다. 도 1 및 도 2는 통신 시스템(100)이 1대의 송신 장치(200)와 1대의 수신 장치(300)로 구성되는 경우를 도시한 것이다.
송신 장치(200)(도 1)는 부호화부(201), 패킷화부(203), FEC 부호화부(205), RTP 송신부(207), ARQ부(209), RTCP(RTP Control Protocol)부(211) 및 용장도 결정부(213)로 구성된다.
ARQ부(209)는 재송신 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신 기능에 대응한다. FEC 부호화부(205)는 비디오 데이터 본체에 에러 정정 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화 기능에 대응한다.
용장도 결정부(213)는 관측된 네트워크 상태 정보에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록, 비디오 데이터 본체에 부가하는 용장 데이터의 용장도를 동적으로 결정하는 용장도 결정 기능에 대응한다.
이 실시예의 경우, 네트워크 정보는 왕복 전송 지연 RTT와 패킷 손실율로서 부여된다. 또한, 네트워크 정보는 왕복 전송 지연 RTT만으로 부여하는 것도 가능하지만, 네트워크 상태를 예측하는 정밀도는 패킷 손실율을 가미하는 경우보다 저하된다.
그밖의 통신 처리 기능에는, 모두 기존의 기술을 적용한다.
수신 장치(300)(도 2)는 RTP 수신부(301), 디패킷화부(depacketizing section)(303), 복호화부(305), 손실 검출부(307), FEC 복호화부(309), ARQ부(311) 및 RTCP부(313)로 구성된다.
이들 통신 처리 기능에는 모두 기존의 기술을 적용한다. 또한, RTCP부(313)는 송신 장치(200)의 전송 레이트 등의 조정용으로 RTCP 패킷을 정기적으로 송신하는 처리 기능부이다. RTCP 패킷으로서 예를 들면 패킷 손실율이나 NACK 패킷이 송신된다.
(A－2) 처리 알고리즘
이하, 통신 시스템(100)에서 실행되는 처리 알고리즘을 통상 전송 처리, 에러 정정 처리로 나누어서 설명한다.
(a) 통상 전송 처리
송신 장치(200)는 비디오 카메라와 같은 그밖의 화상 출력 장치에 비디오 입력 인터페이스 VIN 경유로 접속된다. VIN 경유로 입력된 비디오 데이터는 부호화부(201)에 있어서 동화상 압축 처리된 후, 패킷화부(203)에 부여되고, RTP 패킷화된다.
이 후, 비디오 데이터는 FEC 부호화부(205)에 있어서 에러 정정 데이터가 부가된다.
즉, 에러 정정 데이터는 FEC 용장 부호화된다. 또한, FEC 용장 부호화된 비디오 데이터는 RTP 송신부(207)에 부여되고, RTP 패킷으로서 인터넷망에 송신된다.
수신 장치(300)는 RTP 패킷을 RTP 수신부(301)에 의해 수신하고, 디패킷화부(303)에 있어서 압축 화상 데이터로 재구성한다. 이 후, 복호화부(305)는 재구성된 압축화상 데이터의 압축 처리를 해제한다. 복호화된 비디오 데이터는, 비디오 출력 인터에이스 Vout로부터, 예를 들면 디스플레이와 같은 그밖의 영상 표시 장치에 출력된다.
(b) 에러 정정 처리
에러 정정 처리는, "FEC 처리", "ARQ 처리" 및 "용장도 결정 처리"의 3개의 처리로 나누어서 설명한다.
"FEC 처리"에서 FEC 방식에 의한 용장 부호화 및 복호화 처리를 실행한다. 또, "ARQ 처리"에서는 ARQ 방식에 의한 재송신 제어를 실행한다. 또, "용장도 결정 처리"에서는 네트워크 상태 정보와 ARQ 재송신 패킷량, 비디오 데이터 등의 데이터 본체의 데이터 레이트로부터 FEC에 의한 용장도를 결정하는 처리를 실행한다. 이 "용장도 결정 처리"가 본 명세서에서 제안하는 송신 기술의 주요부이다.
(b1) FEC 처리
"FEC 처리"에서 송신 장치(200)에 있어서 "용장도 결정 처리"에 의해 결정된 용장도에 의거하는 원래 데이터의 용장 부호화 처리를 실행한다. 한편, 수신 장치(300)에 있어서는 복호화 처리를 실행한다. FEC 용장 부호화에는 예를 들면 Reed-Solomon 부호 등의 손실 에러 정정 부호를 이용해서 용장 부호화 처리를 실행한다.
"용장도 결정 처리"로부터의 용장도는 (원래 데이터 패킷수, 용장 패킷수)라고 하는 형식으로 지정한다.
이 명세서에서는, (원래 데이터 패킷수, 용장 패킷수)의 조(組)를 하나의 용장 부호 단위, 이른바 FEC 블록으로서 취급한다. 예를 들면, (원래 데이터 패킷수, 용장 패킷수)=(10, 5)로 지정된 경우, 송신 장치(200)에 있어서의 FEC 처리에 의해 원래 데이터 패킷수가 10개에 대해서 용장 패킷수 5개를 생성하고, 이 FEC 블록에 있어서는 15개의 패킷이 송신된다. 수신 장치(300)에 있어서는 이 FEC 블록 패킷 중 10개의 패킷을 수신하면, FEC 복호 처리에 의해 원래 데이터의 복호가 가능해진다.
도 3 및 도 4에 "FEC 처리"에서 실행되는 처리 수순을 도시한다. 도 3에 송신 장치(200)측의 처리 수순을 도 4에 수신 장치(300)측의 처리 수순을 도시한다.
송신 장치(200)측의 FEC 부호화부(205)는 최초에 FEC 처리를 종료할지 여부를 판정한다(S1).
처리 S1에서 부정(negative) 결과가 얻어진 경우, FEC 부호화부(205)는 패킷화부(203)로부터 입력되는 비디오 데이터 본체의 송신 패킷을 취득했는지 여부를 판정한다(S2).
처리 S2에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안, FEC 부호화부(205)는 처리 S1과 처리 S2의 판정 처리를 반복한다.
한편, 처리 S2에서 긍정 결과가 얻어진 경우, FEC 부호화부(205)는 용장도 결정부(213)로부터 FEC 처리에서 사용하는 용장 패킷수를 취득한다(S3).
이 후 FEC 부호화부(205)는 취득한 용장 패킷수에 의거해서 송신 패킷을 용장 부호화하고, 부호화 결과를 RTP 송신부(207)에 송달한다(S4).
한편, 수신 장치(300)측의 FEC 복호화부(309)도 최초에 FEC 처리를 종료할지 여부를 판정한다(S11).
처리 S11에서 부정 결과가 얻어진 경우, FEC 복호화부(309)는 수신 버퍼에 패킷을 수신함과 동시에, FEC 데이터 베이스를 업데이트한다(S12).
이 후, FEC 복호화부(309)는 수신한 패킷으로 FEC 복호화가 가능한지 여부를 판정한다(S13).
처리 S13에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안, 즉 FEC 복호화가 가능하게 될 때까지, FEC복호화부(309)는 처리 S11과 처리 S12의 판정 처리를 반복한다.
한편, 처리 S13에서 긍정 결과가 얻어진 경우, FEC 복호화부(309)는 복호화 처리를 실행하고, 복호된 패킷을 수신 버퍼에 되돌려보낸다(S14).
이 후, FEC 복호화부(309)는 ARQ부(311)에 FEC 회복 정보를 부여함과 동시에, NACK 리스트로부터 복호화할 수 있었던 패킷을 삭제한다(S15). 이들 처리를 FEC 처리의 종료가 확인될 때까지 되풀이해서 실행한다.
(b2) ARQ 처리
"ARQ 처리"에서는 수신 장치(300)로부터 송신 장치(200)에 대해서, 손실 패킷(미송달 패킷)의 재송신을 요구하는 재송신 요구 패킷(즉, NACK 패킷)이 송신된다. 한쪽의 송신 장치(200)에서는, NACK 패킷에 의해 지정된 시퀀스 번호의 미송달 패킷의 재송신 처리를 실행한다.
손실 패킷의 검지는 수신 장치(300)의 손실 검지부(307)에 의해 실행된다. 손실 검지부(307)는 예를 들면 RTP 패킷 헤더에 기재된 시퀀스 번호를 검사하고 수신한 RTP 패킷의 시퀀스 번호가 연속이 아니었던 경우에는 패킷이 손실된 것으로 간주한다.
손실 패킷은 ARQ부(311)에서 재송신 요구 리스트(즉, NACK 리스트)에 추가된다. ARQ부(311)는 지정 시각에 "NACK 리스트"로부터 NACK 패킷 정보를 판독출력해서 RTCP부(313)에 부여한다. RTCP부(313)는 "NACK 리스트"에 의거해서 NACK 패킷을 송신 장치(200)에 송신한다.
"NACK 리스트"에는 개개의 NACK 패킷 정보에 대해서 "NACK timeout"정보와, "NACK deadline"정보의 2개의 시각 정보가 설정된다.
여기서, 수신 장치(300)의 ARQ부(311)는 최초에 패킷 손실을 검지한 시점에 서, NACK 패킷의 송신을 지시한다. 그 한편, ARQ부(311)는 NACK 패킷의 송신으로부터 일정시간이 경과한 시점에서도(즉, "NACK timeout"의 경과 시점에서도) 재송신 패킷을 수신하고 있지 않은 경우에는, 재차의 NACK 패킷의 송신 지시를 "NACK deadline"으로 될 때까지 되풀이해서 출력한다.
"NACK timeout"은 통상 NACK 패킷의 송신으로부터 RTT 시간이 지난 시각에 설정된다. "NACK timeout"은 그 패킷 데이터의 재생 예정 시각 등의 패킷 도착 기한보다도 RTT 시간전에 설정된다.
도 5에, "ARQ 처리"의 시퀀스 예를 도시한다. 도 5는, 시퀀스 번호 "102"가 부가된 패킷이 미송달 패킷으로 된 경우에, 두번의 재송신 패킷도 손실 패킷(lost packets)으로서 판정되지만, "NACK deadline"의 도래에 의해 NACK 패킷의 송신이 정지되는 예를 도시하고 있다.
NACK 패킷의 포맷에는 예를 들면 IETF Internet Draft "Extended RTP Profile for RTCP-based Feedback"기재의 RTCP　NACK 패킷 포맷을 사용한다.
도 6 및 도 7에 "ARQ 처리"에서 실행되는 처리 수순예를 도시한다. 도 6에 송신 장치(200)측의 처리 수순을 도 7에 수신 장치(300)측의 처리 수순을 도시한다.
송신 장치(200)측의 ARQ부(209)는 최초에 ARQ 처리를 종료할지 여부를 판정한다(S21).
처리 S21에서 부정 결과가 얻어진 경우, ARQ부(209)는 NACK 패킷이 수신되었는지 여부를 판정한다(S22).
처리 S22에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안, ARQ부(209)는 처리 S21과 처리 S22의 판정 처리를 되풀이한다.
한편, 처리 S22에서 긍정 결과가 얻어진 경우, ARQ부(209)는 NACK 패킷의 시퀀스 번호로 지정된 패킷의 재송신을 RTP 송신부(207)에 통지한다(S23). 이들 처리를 ARQ 처리의 종료가 확인될 때까지 되풀이해서 실행한다.
한편, 수신 장치(300)측의 ARQ부(311)도 최초에 ARQ 처리를 종료할지 여부를 판정한다(S31).
처리 S31에서 부정 결과가 얻어진 경우, ARQ부(311)는 NACK 리스트중에서 "NACK deadline"를 넘은 패킷을 데이터 리스트로부터 삭제한다(S32). 　이 후, ARQ부(311)는 패킷 손실 정보를 통지할지 여부를 판정한다(S33).
처리 S33에서 긍정 결과가 얻어진 경우, ARQ부(311)는 손실 패킷의 시퀀스 번호, "NACK timeout", "NACK deadline"를 NACK 리스트에 추가한다(S34).
처리 S33에서 부정 결과가 얻어진 경우(이미, 동일 패킷에 대해서 NACK 패킷이 송신되어 있는 경우), ARQ부(311)는 "NACK timeout"이 경과했는지 여부를 판정한다(S35).
처리 S34의 실행후 또는 처리 S35에서 긍정 결과가 얻어진 경우, ARQ부(311)는 현재 시각이 "NACK deadline"를 넘고 있는지 여부를 판정하고, 넘고 있지 않은 경우에는 RTCP부(313)에 NACK 패킷의 송신을 요구한다(S36).
한편, 처리 S35에서 부정 결과가 얻어진 경우, ARQ부(311)는 처리 S31로 되돌아가서 일련의 처리를 실행한다.
(b3) 용장도 결정 처리
"용장도 결정 처리"에서는 네트워크 상태 정보와 ARQ 재송신 패킷량 및 비디오 데이터 등의 데이터 본체의 데이터 레이트에 의거해서, FEC 부호화부(205)에서 사용하는 에러 정정 데이터의 용장도를 결정한다.
네트워크 상태 정보는 예를 들면 송신 장치(200)의 RTCP부(211)와 수신 장치(300)의 RTCP부(313) 사이에서 송수신되는 IETF RFC 3550에 기재된 RTCP Sender Report(SR) 패킷 및 RTCP Receiver Report(RR) 패킷으로부터 얻어진다.
네트워크 상태 정보로서는 왕복 전송 지연(RTT) 및 패킷 손실율 등 여러가지 파라미터가 이용된다.
이 실시예의 경우, RTCP부(211)가 이들 네트워크 파라미터로부터 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 에러 정정후 손실율을 구하고, 목표로 되는 에러 정정후 손실율을 달성하기 위해서 필요한 FEC 용장도를 결정한다.
패킷 도착 기한이 없는 경우에는 ARQ 기능에 의한 재송신 요구를 무한하게 실행할 수 있기 때문에, ARQ만으로 목표로 되는 에러 정정후 손실율을 달성할 수 있다.
그러나, 패킷 도착 기한이 한정되어 있는 경우에는, ARQ 방식에 의한 재송신 가능 회수(回數)가 RTT와 패킷 도착 기한에 의해 결정되고, RTT가 클수록 ARQ에 의한 에러 정정후 손실율이 높아진다. 즉, FEC 부호화부(205)에 있어서는 보다 용장도가 높은 용장 부호화가 필요하게 된다.
예의 하나로서, 비디오 프레임 데이터를 FEC 블록 단위로 하고, 에러 정정후 비디오 프레임 손실율을 목표 에러 정정후 손실율의 지표(index)로 하는 경우를 생각한다.
예를 들면, 목표 에러 정정후 비디오 프레임 손실율 10-4로 한 경우, ARQ 방식과 FEC 방식을 이용하는 에러 정정후의 비디오 프레임내의 패킷이 1개라도 없을 확률을 10-4 이하로 하도록 용장도를 결정한다.
목표 지표를 비디오 프레임 손실율 대신에 에러 정정후 패킷 손실율을 이용할 수 있다.
용장도 결정부(213)에서는 예를 들면 RTCP부(211)로부터의 RTT 정보 및 패킷화부(203)로부터의 비디오 프레임당 패킷수 정보에 의거해서 각 FEC 블록당 용장 패킷수를 결정한다.
용장 패킷수의 지정에는, 미리 계산해 둔 "용장도 테이블"을 참조하는 방식이나 그때마다 계산하는 방식의 적용이 생각된다.
도 8에 "용장도 테이블"을 참조하는 방법에서 사용하는 용장도 테이블예를 도시한다. 도 8은 네트워크의 패킷 손실율은 파라미터로서 이용하지 않고, 어떤 랜덤 패킷 손실율의 환경하에서 일정값 이하의 에러 정정후 비디오 프레임 손실율 유지하기 위해서 필요한 용장도 테이블의 예이다. 즉, RTT만을 파라미터로 하는 용장도 테이블예이다.
또한, RTT 정보에 더하여, 패킷 손실율도 파라미터로서 부가할 수 있다. 이 경우는 3차원의 용장도 테이블이 필요하게 된다.
본 예와 같이 비디오 프레임을 FEC 블록 단위로 하는 경우, 에러 정정후 비디오 프레임 손실율을 일정 이상으로 유지하기 위해서는, FEC 블록 당 데이터 패킷수에 따라서, 데이터 패킷수에 대한 필요한 FEC 패킷수의 비율이 변화한다.
도 9에 "용장도 결정 처리"에서 실행되는 처리 수순을 도시한다.
송신 장치(200)측의 용장도 결정부(213)는 최초에 용장도 결정 처리를 종료할지 여부를 판정한다(S41).
처리 S41에서 부정 결과가 얻어진 경우, 용장도 결정부(213)는 RTCP부(211)로부터 네트워크 상태 정보를 취득했는지 여부를 판정한다(S42).
처리 S42에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안, 용장도 결정부(213)는 처리 S41과 처리 S42의 판정 처리를 되풀이한다.
한편, 처리 S42에서 긍정 결과가 얻어진 경우, 용장도 결정부(213)는 "용장도 테이블"을 참조하고, 데이터 패킷수와 FEC 용장 패킷수를 결정하며, 이들을 FEC 부호화부(205)에 부여한다. 이들 처리를 용장도 결정 처리의 종료가 확인될 때까지 되풀이해서 실행한다.
또한 전술한 바와 같이, 비디오 프레임을 FEC 블록 단위로 하는 경우, ARQ에 의한 에러 정정후 패킷 손실율, ARQ 및 FEC에 의한 에러 정정후 비디오 프레임 손실율은, 하기의 식(수학식 1)으로 계산할 수가 있다.
본 식에 의해, 원하는 에러 정정후 비디오 프레임 손실율을 달성하기 위해서 필요한 용장 패킷을 계산할 수가 있다.
[수학식 1]
Figure 112006081748569-PAT00001
Pl: 패킷 손실율(랜덤 패킷 손실율)
Parq: ARQ만에 의한 에러 정정후 패킷 손실율
Pfec_arq: ARQ 및 FEC에 의한 에러 정정후 비디오 프레임 손실율
ND: 비디오 프레임당 원래 데이터 패킷수
NF: 비디오 프레임당 용장 패킷수
Nnet: ARQ 재송신 가능 회수
(A-3) 실시예의 효과
이상과 같이, 송신 장치(200) 측에 용장도 결정부(213)를 탑재하고, 네트워크 상태에 따라서 용장 데이터의 용장도를 최적화하는 것에 의해, 네트워크의 혼잡을 불필요하게 증대하는 일없이, 수신 단말측에서의 에러 정정후 손실율을 허용 범위내에 유지하는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, 왕복 전송 지연(RTT)이 작은 경우에는, 미송달 패킷의 재송신에 의해 소정의 에러 정정후 손실율을 달성할 수가 있다. 이 때문에, 용장 데이터의 용장도는 최소로 되고, 불필요하게 네트워크가 혼잡한 사태를 회피할 수가 있다.
또, 예를 들면, 왕복 전송 지연(RTT)이 큰 경우에는, 미송달 패킷의 재송신만으로는 요구되는 에러 정정후 손실율을 실현할 수 없지만, 용장 데이터의 용장도를 크게 함으로써, 요구되는 에러 정정후 손실율을 달성할 수가 있다.
도 10에 이 처리 이미지를 도시한다. 도 10은 데이터 본체의 전송 레이트는 일정하지만, 용장 데이터의 용장도가 네트워크의 왕복 전송 시간에 따라서 증감하는 것을 알 수 있다.
또, 이 용장도 결정부(213)의 사용에 의해, 송신 장치(200)를 이용하는 사용자가 수동으로 에러 정정 방식의 설정을 변경할 필요를 없앨 수가 있다. 이 결과, 사용자의 이용성이 향상한다.
또, 에러 정정에 필요한 데이터 전송량을 최소한으로 할 수가 있다. 이 때문에, 데이터 본체의 전송에 많은 전송량을 할당할 수가 있다. 이렇게 해서 동화상 전송의 경우에는 종래에 비해서 고품질로의 화상 전송을 실현할 수가 있다.
(B) 실시예 2
이 실시예에서도, 비디오 데이터를 인터넷 경유로 스트리밍 전송하는 통신 시스템에 대해서 설명한다. 다만, 이 실시예는 공용 매체(shared media)에 있어서의 전송 레이트 제어에 의해, 또는 대역 예약(bandwidth reservation)의 제약에 의해, 또는 물리 네트워크의 제약에 의해, 사용 가능한 총전송 레이트(rate)가 제한되는 경우를 상정한다.
(B-1) 시스템 구성예
도 11에 통신 시스템을 구성하는 송신 장치와 수신 장치의 구성예를 도시한 다. 도 11은 통신 시스템(400)이 1대의 송신 장치(500)와 1대의 수신 장치(300)(도 2)로 구성되는 경우에 대해서 도시한 것이다. 즉, 수신 장치(300)의 구성은 실시예 1과 같다.
송신 장치(500)(도 11)는 부호화부(201), 패킷화부(203), FEC 부호화부(205), RTP 송신부(207), ARQ부(209), RTCP부(211), 레이트 제어부(501) 및 용장도 결정부(503)로 구성된다.
실시예 1과의 차이는 레이트 제어부(501)와 용장도 결정부(503)의 2개이다.
(B－2) 처리 알고리즘
이하, 통신 시스템(400)에서 실행되는 처리 알고리즘을 설명한다. 또한, 실시예 2의 처리 알고리즘은, 실시예 1의 처리 알고리즘에 대해서 "레이트 제어 처리"가 추가되는 점과, "용장도 결정 처리"내용의 차이의 2점에서만 다르다. 따라서, 이하에서는, 이들 2개의 처리 기능에 대해서만 설명한다.
(a) 레이트 제어 처리
레이트 제어 처리는 예를 들면 IETF RFC3448 "TCP Friendly Rate Control (TFRC): Protocol Specification"에 따라서 행한다. 송신 장치(500)에 있어서의 레이트 제어부(501)는 RTCP부(211)로부터 패킷 손실율, RTT 등의 네트워크 정보에 의거해서, 데이터 본체, FEC에 의한 용장 패킷 데이터, ARQ에 의한 재송신 데이터의 총전송 레이트를 결정한다. 기존의 처리 방식의 경우, 총전송 레이트 정보는 부호화부(201)와 RTP 송신부(207)에만 통지되지만, 이 실시예의 경우, 총전송 레이트 정보는 용장도 결정부(503)에 통지된다.
(b) 용장도 결정 처리
"용장도 결정 처리"는 송신 장치(500)의 용장도 결정부(503)에 있어서, 레이트 제어부(501)로부터 통지된 총전송 레이트와, RTCP부(211)로부터 통지되는 패킷 손실율 및 RTT와, ARQ부(209)로부터 통지되는 재송신 데이터 사이즈에 의거해서 부호화부(201)에 통지하는 비디오 프레임 데이터 사이즈와 FEC 부호화부(205)에 통지하는 용장도를 결정한다.
또한, 실시예 1의 경우, 패킷화부(203)로부터 용장도 결정부(213)에 대해서 원래 데이터 패킷수를 통지하는 구성이었지만, 이 실시예의 경우, 용장도 결정부(503)에서 재송신 데이터의 송신 레이트, FEC 용장 데이터의 송신 레이트 및 데이터 본체의 송신 레이트의 합계가 레이트 제어부(501)로부터 통지된 총전송 레이트로 되도록 조정한 데이터 사이즈와 용장도를 부호화부(201) 및 FEC 부호화부(205)에 통지한다.
이 실시예의 경우도 비디오 프레임 데이터를 FEC 블록 단위로 하고, 에러 정정후 비디오 프레임 손실율을 일정값 이하로 하는 경우의 용장도 테이블예를 도 12에 도시한다.
이 용장도 테이블에서는, 총전송 레이트로부터 재송신 패킷의 송신에 필요한 송신 레이트(재송신 데이터 레이트)를 감산한 전송 레이트를 현재값으로 하고, 이 현재값과 RTT값과의 관계에 따라서 FEC 블록당 FEC 용장 패킷수를 결정한다.
도 13에 "용장도 결정 처리"에서 실행되는 처리 수순을 도시한다.
본 명세서에서 용장도 결정부(503)는 최초에 용장도 결정 처리를 종료할지 여부를 판정한다(S51).
처리 S51에서 부정 결과가 얻어진 경우, 용장도 결정부(503)는 RTCP부(211)로부터 네트워크 상태 정보를 취득했는지 여부를 판정한다(S52).
처리 S52에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안(네트워크 상태 정보의 취득이 확인될 때까지의 동안), 용장도 결정부(503)는 처리 S51과 처리 S52의 판정 처리를 되풀이한다.
한편, 처리 S52에서 긍정 결과가 얻어진 경우, 용장도 결정부(503)는 레이트 제어부(501)로부터 송신 레이트 정보를 취득했는지 여부를 판정한다(S53).
이 처리 S53에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안(송신 레이트 정보의 취득이 확인될 때까지의 동안) 용장도 결정부(503)는 처리 S51부터 처리 S53까지의 판정 처리를 되풀이한다.
한편, 처리 S53에서 긍정 결과가 얻어진 경우, 용장도 결정부(503)는 ARQ부(209)로부터 재송신 데이터 사이즈를 취득했는지 여부를 판정한다(S54).
이 처리 S54에서 부정 결과가 얻어지고 있는 동안(재송신 데이터 사이즈의 취득이 확인될 때까지의 동안), 용장도 결정부(503)는 처리 S51부터 처리 S54까지의 판정 처리를 되풀이한다.
한편, 처리 S54에서 긍정 결과가 얻어진 경우, 용장도 결정부(503)는 총전송 레이트로부터 재송신 데이터분을 감산하고, 데이터 본체와 FEC 용장 패킷을 사용할 수 있는 전송 레이트를 구한다.
전송 레이트가 구해지면, 용장도 결정부(503)는 "용장도 테이블"을 참조해서 제약 조건인 전송 레이트를 만족시키도록 데이터 패킷수와 FEC 용장 패킷수를 결정하며, 이들을 부호화부(201)와 FEC 부호화부(295)에 부여한다(S55). 이들 처리를 용장도 결정 처리의 종료가 확인될 때까지 되풀이해서 실행한다.
또한, 이 실시예의 경우도, 데이터 제어에 필요한 데이터 패킷수와 FEC 용장 패킷수는 계산에 의해 구할 수가 있다.
(B－3) 실시예의 효과
이상과 같이, 송신 장치(500) 측에 용장도 결정부(503)를 탑재하고, 네트워크 상태에 따라서 용장 데이터의 용장도를 최적화하는 것에 의해, 한정된 전송 레이트의 범위에서 용장도를 불필요하게 증대시키는 일 없이, 수신 단말측에서의 에러 정정후 손실율을 허용 범위 내에 유지시킬 수 있다.
예를 들면, 왕복 전송 지연(RTT)이 작은 경우에는, 미송달 패킷의 재송신에 의해 소정의 에러 정정후 손실율을 달성할 수가 있다. 이 때문에, 용장 데이터의 용장도는 최소로 되고, 전송되는 데이터 본체의 비율을 늘릴 수가 있다.
또, 예를 들면 왕복 전송 지연(RTT)이 큰 경우에는, 미송달 패킷의 재송신만으로는 요구되는 에러 정정후 손실율을 실현할 수 없지만, 요구되는 에러 정정후 손실율을 달성할 수 있는 범위에서, 데이터 본체에 할당되는 데이터량을 최대화할 수가 있다.
도 14에 이 처리 이미지를 도시한다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 총전송 레이트는 일정하지만, 데이터 본체와 에러 정정 데이터(FEC)의 비율을 네트워크 상태에 따라서 증감시킬 수가 있다.
또, 이 실시예의 경우도, 용장도 결정부(503)의 채용에 의해, 송수신 장치를 이용하는 사용자가 수동으로 에러 정정 방식의 설정을 변경할 필요를 없앨 수가 있다. 이 결과, 사용자의 이용성이 향상한다.
또, 에러 정정에 필요한 데이터 전송량을 최소한으로 할 수 있기 때문에, 그 만큼, 데이터 본체의 전송에 많은 전송량을 할당할 수가 있다. 예를 들면, 동화상 전송의 경우에는, 종래에 비해서 보다 고품질로의 화상 전송을 실현할 수가 있다.
(C) 다른 실시예
(a) 전술한 실시예에 있어서의, 송신 장치의 처리 기능은 하드웨어로서도 소프트웨어로서도 실현할 수가 있다.
또, 이들 처리 기능 전부를 하드웨어 또는 소프트웨어로 실현할 뿐만 아니라, 그 일부는 하드웨어 또는 소프트웨어를 이용해서 실현해도 좋다. 즉, 하드웨어와 소프트웨어의 조합 구성으로 해도 좋다.
(b) 전술한 실시예에는, 발명의 취지의 범위 내에서 여러가지 변형예가 생각된다. 또, 본 명세서의 기재에 의거해서 창작되는 또는 조합되는 각종 변형예 및 응용예도 생각된다.
기술분야의 당업자는 다양한 변형, 조합 부조합 및 변경이 첨부된 청구항 또는 이와 동등한 범위에 있는 한 설계요구조건 및 다른 요소에 의존하여 발생할 수 있다고 이해할 수 있다.
발명자들이 제안하는 발명을 채용하면, 네트워크 상태에 따라서 용장 데이터 의 용장도를 최적화할 수가 있다. 이것에 의해, 네트워크의 혼잡을 불필요하게 증대시키거나 또는 데이터 본체의 전송량을 불필요하게 저하시키는 일 없이, 수신 단말측에서의 에러 정정후 손실율을 허용 범위내에 머무르게 할 수가 있다.

Claims (13)

  1. 베스트 에퍼트형(best-effort) 네트워크 경유로, 도착 기한(arrival deadline)에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치에 있어서,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신부와,
    데이터 본체(packet block, main body)에 용장(redundant) 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화부와,
    관측된 네트워크 상태 정보에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 데이터의 용장도(redundancy)를 동적으로 결정하는 용장도 결정부
    를 가지는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 상태 정보는 왕복 전송 지연(Round Trip Time) 정보인
    것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 상태 정보는, 왕복 전송 지연 정보 및 패킷 손실율인
    것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  4. 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치에 있어서,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신부와,
    데이터 본체에 용장 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화부와,
    관측된 네트워크 상태 정보와 데이터 본체의 전송 레이트에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 데이터의 용장도를 동적으로 결정하는 용장도 결정부
    를 가지는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 네트워크 상태 정보는 왕복 전송 지연 정보인
    것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 네트워크 상태 정보는, 왕복 전송 지연 정보 및 패킷 손실율인
    것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  7. 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치에 있어서,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신부와,
    데이터 본체에 용장 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화부와,
    관측된 네트워크 상태 정보와, 데이터 본체와 용장 데이터 송신용으로 할당된 전송 레이트의 상한값에 의거해서 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 패킷의 용장도와 본체 데이터의 패킷수를 각각 동적으로 결정하는 용장도 결정부
    를 가지는 것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 네트워크 상태 정보는 왕복 전파 지연 정보인
    것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 네트워크 상태 정보는 왕복 전송 지연 정보 및 패킷 손실율인
    것을 특징으로 하는 패킷 송신 장치.
  10. 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 접속된 패킷 송신 장치와 패킷 수신 장치 사이에서, 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송수신하는 통신 시스템에 있어서,
    상기 패킷 송신 장치에,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 자동 재송신부와,
    데이터 본체에 용장 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화부와,
    관측된 네트워크 상태 정보에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 패킷의 용장도를 동적으로 결정하는 용장도 결정부
    를 탑재하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  11. 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치로서의 컴퓨터용 프로그램에 있어서,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 재송신 제어 처리와,
    데이터 본체에 용장 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화 처리와,
    관측된 네트워크 상태 정보에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 패킷의 용장도를 동적으로 결정하는 용장도 결정 처리
    를 실행시키는 프로그램.
  12. 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치로서의 컴퓨터용 프로그램에 있어서,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 재송신 제어 처리와,
    데이터 본체에 용장 데이터를 부가하는 전방 에러 정정 부호화 처리와,　
    관측된 네트워크 상태 정보와 데이터 본체의 전송 레이트에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 데이터의 용장도를 동적으로 결정하는 용장도 결정 처리
    를 실행시키는 프로그램.
  13. 베스트 에퍼트형 네트워크 경유로 도착 기한에 제한이 있는 패킷을 송신하는 패킷 송신 장치로서의 컴퓨터용 프로그램에 있어서,
    미송달 패킷의 재송신을 제어하는 패킷 재송신 제어 처리와,
    데이터 본체에 용장 패킷을 부가하는 전방 에러 정정 부호화 처리와,
    관측된 네트워크 상태 정보와, 데이터 본체와 용장 패킷 송신용으로 할당된 전송 레이트의 상한값에 의거해서, 미송달 패킷의 재송신만으로 달성되는 수신 단말측의 에러 정정후 손실율이 허용 에러 정정후 손실율을 만족시키도록 상기 용장 패킷의 용장도와 본체 데이터의 패킷수를 각각 동적으로 결정하는 용장도 결정 처리
    를 실행시키는 프로그램.
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