JP2005348015A - リアルタイム・ストリーミングデータ受信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 サーバ100から発信されるストリーミングデータ101は、クライアント200のパケット送受信部205で受信されバッファ202に送られる。バッファ202は、パケットが送信される時間間隔で受信したパケットを、パケットに付された番号順にバッファの先頭の領域から順に格納する。受信したパケットがバッファ202の末尾の領域に達するとストリーミングデータ処理部201に転送される。欠落判断部206がデータの欠落を判断すると、再送要求部204は、現在時刻とバッファ202から上記処理部201にデータが送出される予定時刻、再送要求時刻との差に応じて、欠落データの再送信を要求し、サーバ100は欠落データの再送信を実行する。
【選択図】 図1
Description
例えば、特許文献1には、リアルタイム信号を受信する受信部とパケット解析部と、誤り訂正部と、通信路評価部と、データを保管するバッファと、複数のアンテナと、アンテナを切り換え部と、再送要求制御部とを備え、通信路評価結果に基づいて、アンテナの切り替えを指示するとともに、再送要求制御部により再送が要求されているパケット又はブロックが選択されたとき、再送要求パケットを生成して、送信装置に送信する無線通信装置が開示されている。
上記特許文献1に記載のものでは、伝送過程により信号が劣化しても再送によりリアルタイム伝送が途切れることを極力押さえ、さらに、再送可能な状態の場合には、アンテナを切り換えて、その時点で最適なアンテナが選択するようにしている。なお、特許文献1に記載のものは、既にリアルタイムの伝送に途切れが生じてしまったパケット内のブロック、パケットの情報は破棄して再送要求を行なわない。
また、特許文献2には、連続メディアストリームを受信した後、複数のバッファからなる循環バッファを用いて伝送速度と再生速度の同期調整を行いながら再生するようにした連続メディア・ストリーム再生システムが記載されている。
上記特許文献2に記載のものでは、再生速度を調整してバッファのデータ量を操作していることから、伝送路の不安定に起因する再生メディアの品質の劣化を低減することができる。
一方、UDP(UserDatagramProtocol)など、パケットを保障しないプロトコルでの転送では、データ欠損をカバーするために、アプリケーションが独自にバッファを用意し、再送要求を生成して欠損したパケットを再受信している。
しかし、リアルタイム伝送ではバッファにデータを蓄積するのに時間を要し、また、ネットワーク環境が悪い場合は、再送要求が頻発してしまう。
また、TCPを用いた転送では、パケットを正常に受信できたことをサーバに通知することから、ネットワークの負荷が、UDPと比し増大する。また、ネットワーク環境が不安定な場合は、再送要求が頻発してしまい、リアルタイム性が損なわれる。 また、一般にバッファを用いたストリーミングデータの転送では、バッファにデータがたまるまでストリーミングデータの再生が行われず、ユーザが再生を待たなければならない。
したがって、送信側と受信側の双方にバッファを持たせたストリーミングデータ伝送においては、受信側のバッファの状態に応じて再送要求を制御し、データの欠損をできるだけ少なくしながらネットワークの負荷を抑えるのが望ましい。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、バッファを有するリアルタイム・ストリーミングデータの受信装置において、受信側のバッファの状態に応じて、再送要求を制御することで、ネットワークへの負荷の増大を抑えながら、データ欠損と、それによるコマ落ちや、音切れ等の現象を防止することができるようにすることである。
(1)サーバからネットワークを介して送信されるストリーミング データをリアルタイムで受信するストリーミングデータ受信装置において、この受信装置に、ストリーミングデータの送受信部と、該送受信部で受信したパケットを格納するバッファと、パケットに欠落が生じたとき上記サーバに対して再送要求をする再送要求部とを設ける。
上記バッファは、受信したパケットを格納する複数の領域を備え、パケットが送信される予定時間間隔で順次シフトしながら、受信したパケット、もしくは、パケットが欠落したときには空のデータを、パケットに付された番号順にバッファの先頭から順に格納し、バッファの末尾にパケットが達したとき、該パケットをストリーミングデータ処理部に転送する。
また、上記バッファの各領域に対応させてパケットをストリーミングデータ処理部に送出する時刻を保持する送出予定時刻保持部を設け、該送出予定時刻保持部に、バッファの各領域に格納されたパケットもしくは空データがバッファの末尾に達する時刻が保持される。
そして、上記再送要求部は、上記バッファの先頭から予め設定された数のパケット受信待ち領域外に空のデータがあるかを調べ、該領域外に空のデータがあるとき、該空のデータがある領域に対応した送出時刻保持部に保持された時刻と現在時刻を比較して、その差が再送要求可能な所定時間以上であるとき、上記空の領域に格納されるべきパケットの再送要求を行う。
(2)上記バッファの各領域に対応させて再送要求時刻保持部を設け、該再送要求時刻保持部に、上記再送要求部がパケットの再送要求したときの再送要求時刻を保持させる。
上記再送要求部は、現在時刻と上記再送要求時刻との差が、上記再送要求が可能な所定時間以上のとき、再度パケットの再送要求を行う。
(3)上記(1)(2)において、再送要求部は上記再送要求可能な所定時間を、パケットの送受信時間から決定する。
(4)上記(1)(2)(3)において、上記バッファの容量をユーザが設定する手段を設ける。
特に、以下の効果を得ることができる。
(1)上記バッファの先頭から予め設定された数のパケット受信待ち領域外に空のデータがあるかを調べ、該領域外に空のデータがあるとき、該空のデータがある領域に対応した送出予定時刻保持部、再送要求時刻保持部に保持された時刻と現在時刻を比較して、その差が再送要求可能な所定時間以上であるとき、上記空の領域に格納されるべきパケットの再送要求を行うようにしたので、「パケットが前後して到着する」「再送要求を送信しても、データが使われるまでにパケットを補完できる見込みがない」といった可能性を加味して再送要求を行うことができる。このため、再送要求を減少させることができ、ネットワーク帯域の使用量増加を抑えることができる。
(2)ネットワークの負荷は時間によって変化する。また、再送要求が発生することで、ネットワークの帯域をさらに圧迫するという現象も起こる。
本発明では、再送要求パケットの受信を利用してネットワークの伝送遅延時間(パケットの送受信時間)を得て、上記再送要求可能な所定時間を上記伝送遅延時間で決定し、それを利用して再送要求を制御するようにしているので、ネットワーク負荷が変化する場合においても、効率の良い再送要求の発信を行うことができる。
(3)バッファを有するリアルタイム・ストリーミングデータ転送においては、原理的にバッファ容量を増やすにつれて、コマ落ちの減少と遅延時間の増加が起こる。
本発明では、バッファの容量をユーザが設定する手段を設けたので、ユーザが自分の環境等に応じて、データの欠落とバッファ使用時の待ち時間を調整することができる。
例えば、テレビ画像のストリーミング配信において、どの程度のコマ落ち/遅延時間を許容できるかには個人差があるが、本発明によれば、コマ落ちと遅延時間の調整を、ユーザが画像を確認しながら行うことができ、ユーザに応じて調整することができる。
本実施例のストリーミングデータ転送装置は、同図に示すように、ネットワーク300に接続されたサーバ100と、サーバ100から送信されるストリーミング・データを受信して再生するクライアント200から構成される。
サーバ100から発信されるストリーミングデータ101は、サーバ100のパケット送受信部105とバッファ102に送られ、パケット送受信部105から、ネットワーク300を介して、クライアント200のパケット送受信部205に送られる。
このストリーミングデータを受信したクライアント200は、いったんバッファ202にストリーミングデータを送る。
データを受け取ったバッファ202は、ストリーミングデータ処理部201(ストリーミングデータを処理する適当な処理アプリケーション)にデータを送出する。
上記バッファ202は、受信したデータ(パケット)を格納する複数の領域(以下パケット領域という)を備え、サーバ100からパケットが送信される時間間隔で順次シフトしながら、受信したパケットを、パケットに付された番号順にバッファの先頭から順に、各パケット領域に格納する。また、上記送信時間隔でパケットが受信できず、パケットが欠落したときには、そのパケット領域は空となる(ここでは、この状態を空データが格納されるという)。
そして、受信したパケットがバッファ202の末尾のパケット領域に達したとき、該パケット領域に格納されたパケットが(該領域が空の場合には、空のまま)、ストリーミングデータ処理部201に転送され再生される。
また、再送要求時刻保持部には、後述するように再送要求部204がパケットの再送要求したときの再送要求時刻が保持される。
上記再送要求部204は、現在時刻と上記送出予定時刻、再送要求時刻との差に応じてパケットの再送要求を行う。
欠落判断部206が、ストリーミングデータの欠落を判断すると、再送要求部204は、上述したように上記バッファ202中のデータの状態に応じて、サーバ100に対して、欠落データの再送信を要求する。要求を受けたサーバ100では、再送要求受信部104がバッファ102に対して欠落データの再送信を実行させる。
まず、図1で示したサーバ100側のパケット送受信部105とクライアント側のパケット送受信部205は、ストリーミングデータの送信に先立って、パケットの送信時間間隔をサーバ100からクライアント200に通知しておく。
サーバ100から送信される各パケットには、連続なシーケンス番号が含まれる。シーケンス番号は、パケットごとに連番が割り当てられ、値が最大になった場合は、次のパケットで再び最初の番号に戻る(例えば、シーケンス番号は、「0,1,2……104875,0,1」のように連番が割り当てられる)。
クライアント200側は受信したパケットをバッファ202に格納する。バッファ202は、図2に示すように、受信したパケットを保持する複数のパケット領域b1〜bnを有し、各領域b1〜bnに受信したパケットを順次格納する。
上記各パケット領域に格納されたパケットは、上記サーバ100から通知された送信時間間隔で次の領域に順次シフトされ、バッファ202の末尾の領域bnに達したパケットが、ストリーミングデータ処理部201に送出される。
バッファ202の容量は、前記したようにバッファ容量制御部208によって、任意に変えることができる。
最初にパケットを受信した場合、送出予定時刻保持部202aには、現在の時刻とバッファのサイズから計算される待ち時間とを足した値が設定される。なお、この待ち時間とは、受信したパケットがバッファ202のパケット領域b1に格納されてから、該データがバッファ202の末尾のパケット領域bnに達し、ストリーミングデータ処理部201へ送出されるまでの時間である。以降は、[現在時刻]+[シーケンス番号と送信時間間隔から計算される時間]+[待ち時間]で計算した値が設定される。
すなわち、受信されバッファ202のパケット領域に保持された各パケットは、送出予定時刻保持部202aに保持された時刻に、ストリーミングデータ処理部201に送出されることになる。
再送要求部204は、図2に示す上記バッファ202の先頭から予め設定された数の「パケット受信待ち領域」外に空のデータがあるかを調べ、該領域外に空のデータがあるとき、該空のデータがあるパケット領域に対応した上記送出予定時刻保持部に保持された時刻と現在時刻を比較する。そして、その差が再送要求可能な所定時間以上であるとき(図2の「再送要求可能領域」にあるとき)、上記空のパケット領域に格納されるべきパケットの再送要求を行う。
また、上記再送要求した時刻は、再送要求時刻保持部202bに保持され、再送要求部204は、現在時刻と上記再送要求時刻保持部202bに保持された再送要求時刻との差が、上記再送要求が可能な所定時間以上のとき、再度パケットの再送要求を行う。
(1)現在時刻が、注目しているパケット領域の送出予定時刻であるかを調べる(ステップS1)。現在時刻が送出予定時刻の場合は、パケットをストリーミングデータとして、ストリーミングデータ処理部201に送出する(ステップS2)。
ここで、上記パケット領域にパケットが保存されていない(パケットが空)の状態には、空パケットとしてストリーミングデータを送信する。その際は、欠落のあるストリーミングデータとなる。
(2)現在時刻が、上記注目しているパケット領域の送出予定時刻でない場合には、該パケット領域にパケットが格納されているかを調べ(ステップS3)、パケットが格納されている場合は何もしない。そして、次のパケット領域について、上記ステップS1からの処理を行う。
そして、一定以上(X個以上)のパケットが受信されている場合は、当該パケットが送信途中で失われた可能性があると判断する。
ここで、X個は任意の数に設定可能であり、パケットの受信間隔のばらつきに応じて定める。パケット受信間隔ばらつきが大きいほどXを大きくするのが望ましい。
また、X個以上のパケットが受信されていなければ、当該パケット領域に格納されるべきパケットがまだ受信される可能性があるので、何もせずにそのパケット領域の処理を終了し、次のパケット領域について、上記ステップS1からの処理を行う。
この時間が短いと、仮にパケットの再送信を要求したとしても、そのパケットを受け取るまえに、送出時刻が果てしまうことになるため、再送要求処理を行わない。
つまり、[送信予定時刻]−[現在時刻]が短いと、再送要求したパケットを受信する前に、注目している空のパケット領域がバッファ202の末尾の領域bnに達してしまい、再送要求したパケットを受信しても利用されないためである。
ここで、上記Y秒にあたる時間は任意に設定可能であるが、再送要求から再送までの時間が長いときは、Yの値を大きくするのが望ましい。なお、後述するように、再送要求から再送までの時間を記録して、Y秒をこの時間から自動的に求めるようにしてもよい。
[送信予定時刻]−[現在時刻]がY秒以上でない場合には、前記したように、何もせずにそのパケット領域の処理を終了し、次のパケット領域について、上記ステップS1からの処理を行う。
既に再送信要求が行われているパケット領域であって、再送信要求時刻と現在時刻の差がY秒以上でなければ、前記と同様、何もせずにそのパケット領域の処理を終了し、次のパケット領域について、上記ステップS1からの処理を行う。
一方、再送要求時刻がない場合には、再送信要求をする。また、再送信要求時刻と現在時刻の差がY秒以上の場合には、再送要求して再送されたパケットが失われたと判断し、再度、再送要求を行う。
(1)再送要求を行うとき、再送要求部204はまず、バッファ202内の当該パケット領域の再送要求時刻保持部202bに現在時刻を書込む。
(2)再送要求を、パケット送受信部205を通してネットワーク300に送信する。
(3)再送要求を受信したサーバ100側のパケット送受信部105は、受信したパケットを再送要求と判断し、再送要求受信部104に再送要求を送る。
(4)再送要求受信部104は、再送要求されたパケットをバッファ102に通知する。(5)バッファ102はパケット送受信部105を通して、再送要求されたパケットをネットワーク300に送信する。
(6)クライアント200側では、通常の手順でパケットを受信し、バッファ202の対応するパケット領域にパケットを格納する。
再送要求部204は、再送要求を行っていたパケットを受信した時刻と再送要求時刻の差をとり、記録しておく。この時間は、ネットワーク300を通してパケットが往復するのに要した時間であり、これに適当なマージンを加えた時間を、前述のY秒として用いる事ができる。また、パケットが往復するに要した時間について、統計をとることで、時間のバラツキを求め、バラツキ/平均時間を上記Xとして用いることができる。
図4に上記パケットが往復するに要した時間を求める処理フローを示す。
任意の初期パラメータを予め設定し、再送要求をし、再送要求時刻を記録しておく(ステップS1−S3)。再送要求をしたパケットを受信したら、そのパケットを受信した時刻を記録する(ステップS4,S5)。そして、パケット受信時刻と再送要求時刻の差を求め、これを往復時間として記録する(ステップS6)。
図5に、上記のようにパケットが往復に要する時間を複数記録して、XとYのパラメータを決定する処理を示す。
同図に示すように、図4の処理を行って複数のパケット往復時間を求め、平均を計算する(例えば22.1ms)。そして、この平均にマージン(例えば+5ms)を追加してY(例えば27.1ms)を求める。
また、複数のパケット往復時間の標準偏差を計算し(例えば19.5ms)、上記Yを決定する際に求めた平均のx倍である[平均×x]>[標準偏差]となるxを計算し、マージン(例えば+1)を追加し、Xを決定する。
上記のようにしてX,Yを決定することで、回線状況が変化する環境においても、再送要求に関する最適なパラメータを維持する事ができる。
すなわち、バッファ202の容量を大きくすれば、欠落が補完できる可能性が上がる反面、遅延時間が長くなる。
また、コマ落ちに対する許容範囲はユーザごとに異なるため、ユーザにとって最適なバッファ容量はユーザごとに違うことになる。そこで、欠落が補完できなかった場合のコマ落ちをユーザが視聴し、ユーザがコマ落ちを減らしたいと考えたときにバッファ202のパケット領域を増加する操作を行うことで、コマ落ちを減らす仕組みとし、欠落の補完と遅延時間の関係をユーザの任意のバランスにできるようにする。
すなわち、図6に示すように、ユーザが再生されたストリーミングデータによる映像(又は音)を視聴し、コマ落ちを認識する。そして、コマ落ちが多いと認識した場合には、前記バッファ容量制御部203により、バッファ容量を増加させる。
その際、前記Xの大きさをバッファの大きさに合わせて、変えてもよい。Xを大きくすれば、パケットの転送にバラツキがあってもこのバラツキを吸収することができる。
同図に示すように、テレビの映像、音声などをTV受信機器10で受信し、ストリーミングデータ生成部11でストリーミングデータを生成する。生成されたストリーミングデータは、前記図1に示した構成のストリーミングデータ送信部12から無線LANなどのネットワーク30を介してパソコン20に送信される。
パソコン20では、このストリーミングデータを前記図1に示した構成のストリーミングデータ受信部21で受信する。そして、この受信部21で受信したストリーミングデータをストリーミングデータを処理するアプリケーション22に送り、映像、音声などを再生する。
図6に示すように、本発明を、TV受信機器10で受信したコンテンツをネットワークを通じてパソコン20で再生するシステムに適用することで、視聴時の「コマ落ち」や「音とび」を軽減することができる。
また、前記したように視聴者がバッファの容量を増減することで、欠落の補完と遅延時間の関係を視聴者が調整することができる。
300 ネットワーク
101 ストリーミングデータ生成部
102 バッファ
104 再送要求受信部
105 パケット送受信部
200 クライアント
201 ストリーミングデータ処理部
202 バッファ
203 バッファ容量制御部
204 再送要求部
205 パケット送受信部
206 欠落判断部
208 ユーザ入力
209 時計
Claims (5)
- ネットワークを介して接続されたサーバから送信されるストリーミング データをリアルタイムで受信するストリーミングデータ受信装置であって、
上記受信装置は、ストリーミングデータの送受信部と、該送受信部で受信したパケットを格納するバッファと、パケットに欠落が生じたとき上記サーバに対して再送要求をする再送要求部とを備え、
上記バッファは、受信したパケットを格納する複数の領域を備え、パケットが送信される予定時間間隔で順次シフトしながら、受信したパケット、もしくは、パケットが欠落したときには空のデータを、パケットに付された番号順にバッファの先頭から順に格納し、バッファの末尾にパケットが達したとき、該パケットをストリーミングデータ処理部に転送し、
上記バッファの各領域に対応させて、パケットをバッファからストリーミングデータ処理部に送出する時刻を保持する送出予定時刻保持部が設けられ、該送出予定時刻保持部には、バッファの各領域に格納されたパケットもしくは空データがバッファの末尾に達する時刻が保持されており、
上記再送要求部は、上記バッファの先頭から予め設定された数のパケット受信待ち領域外に空のデータがあるかを調べ、該領域外に空のデータがあるとき、該空のデータがある領域に対応した送出予定時刻保持部に保持された時刻と現在時刻を比較して、その差が再送要求可能な所定時間以上であるとき、上記空の領域に格納されるべきパケットの再送要求を行うことを特徴とするリアルタイム・ストリーミングデータの受信装置。 - 上記バッファの各領域に対応させて再送要求時刻保持部が設けられ、該再送要求時刻保持部には、上記再送要求部がパケットの再送要求したときの再送要求時刻が保持され、
上記再送要求部は、現在時刻と上記再送要求時刻との差が、上記再送要求が可能な所定時間以上のとき、再度パケットの再送要求を行う
ことを特徴とする請求項1記載のリアルタイム・ストリーミングデータの受信装置。 - 上記再送要求部は、上記再送要求可能な所定時間を、パケットの送受信時間から決定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のリアルタイム・ストリーミングデータの受信装置。 - 上記バッファの容量をユーザが設定する手段を備えた
ことを特徴とする請求項1,2または請求項3記載のリアルタイム・ストリーミングデータの受信装置。 - ネットワークを介して接続されたサーバから送信されるストリーミング データをリアルタイムで受信して、該パケットが送信される時間間隔で順次シフトしながら、受信したパケット、もしくは、パケットが欠落したときには空のデータを、パケットに付された番号順に先頭から順に、複数のパケットを格納する領域を備えたバッファに格納し、バッファの末尾にパケットが達したとき、該パケットをストリーミングデータ処理部に転送するプログラムであって、
上記プログラムは、各領域に格納されたパケットもしくは空データがバッファの末尾に達する時刻を算出し、該時刻を上記バッファの各領域に対応させて設けられた送出予定時刻保持部に保持させる処理と、
上記バッファの先頭から予め設定された数のパケット受信待ち領域外に空のデータがあるかを調べ、該領域に空のデータがあるとき、該領域の上記送出予定時刻保持部に保持された時刻と現在時刻を比較して、その差が、予め定められた再送要求可能な所定時間以上であるとき、上記空の領域に格納されるべきパケットの再送要求を行う処理をコンピュータに実行させることを特徴とするリアルタイム・ストリーミングデータの受信プログラム。
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