JP2009027598A - 映像配信サーバおよび映像配信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ネットワークのスループットが小さい端末では低いビットレートの映像コンテンツを見ることが可能で、かつ、時間をかけて高品質の映像コンテンツを見ることも必要に応じて提供し、それらを最大限シームレスに、利用者が意識することなく切り替える。
【解決手段】配信サーバ110は、あらかじめ配信する先の端末の受信可能なスループット値をスループット管理テーブル114に格納している。また、配信サーバ110は、配信する映像コンテンツの階層情報をコンテンツ階層管理テーブル113内に格納している。配信サーバ110は、端末ごとに受信スループット値を超えない範囲で、映像コンテンツ内の複数の階層データを取り出し、映像再生のビットレートに従い、端末に向けて配信する。映像コンテンツを最後まで配信した後、同様に次の階層について、繰り返し配信する。
【選択図】図3
【解決手段】配信サーバ110は、あらかじめ配信する先の端末の受信可能なスループット値をスループット管理テーブル114に格納している。また、配信サーバ110は、配信する映像コンテンツの階層情報をコンテンツ階層管理テーブル113内に格納している。配信サーバ110は、端末ごとに受信スループット値を超えない範囲で、映像コンテンツ内の複数の階層データを取り出し、映像再生のビットレートに従い、端末に向けて配信する。映像コンテンツを最後まで配信した後、同様に次の階層について、繰り返し配信する。
【選択図】図3
Description
本発明は映像配信サーバおよび映像配信方法に係り、インタネットなどのデジタル伝送を利用した環境において、映像コンテンツを配信する配信サーバおよび映像配信方法に関する。
インタネット上で映像コンテンツを配信するサービスが、近年は多く見られるようになってきた。これらのサービスでは、利用者からのリクエストに応じて映像コンテンツを配信するビデオ・オン・デマンド(VOD)が主流である。
通常、サーバサイトにおいては、映像コンテンツ名のリストを管理し、視利用者にネットワークを通じてそのリストを見せる。場合によっては、検索画面を用意する。または他のサイトから遷移するといった方法で、そのコンテンツ名に行きつく。
次に、利用者はそのコンテンツの視聴リクエストをサーバサイトに出す。このリクエストに応じて、サーバサイトは利用者の端末に向けて、映像コンテンツの配信を始める。
次に、利用者はそのコンテンツの視聴リクエストをサーバサイトに出す。このリクエストに応じて、サーバサイトは利用者の端末に向けて、映像コンテンツの配信を始める。
配信の方法としては、ストリーミング方式と、ダウンロード方式がある。ストリーミング方式は、映像コンテンツを再生するのと同じ速度で配信する方式である。端末側にストレージが不要である代わりに、映像コンテンツの再生ビットレートと同じだけのネットワークスループットが必要である。一方、ダウンロード方式は、必ずしも十分なネットワークスループットは必要ないが、見始めることができるようになるまで時間を要し、利用者は待たされるという欠点がある。最近は、端末内で一時的にストレージに映像コンテンツを蓄積しながら再生する「追いかけ再生」の方式もある。ただし、これも基本的にはストリーミング方式と同様で、十分なネットワークスループットが前提である。スループットが不足すると、映像ファイルにおける視聴ポイントが、蓄積しつつある映像ファイルの終端に追いついてしまい、途中で映像が止まる結果になる。
一方、インタネット上のサイトに見られる地図などの画像を表示するサイトで階層符号化を用いた事例がある。この例では、画像をWEBブラウザに表示する際、画面の中に納まる領域については全ての画像をブラウザに転送し、その外側の限られた領域については、階層符号化した画像の一部の階層のみ、ブラウザに転送しておく。そして、利用者が画像の見る場所を移動し、領域外の画像を領域内に移動した際に、移動した直後は粗い画質で見せるというものである。このようにすることで、領域内に移動した直後は粗い画像で見せることでレスポンスを良く見せることが可能である。また、階層の一部のみをブラウザが保持しているので、保持のためのメモリの量が少なくて済む。
非特許文献1には、階層符号化の標準仕様が記載されている。また、特許文献1には、視聴者から要求された番組を指定された時刻に配信する映像配信・受信システムが記載されている。
"Genetic Cording of Moving Pictures and Associated Audio Information: Video"、ISO、ISO/IEC 13818-2、9 November 94
特開2002−112231号公報
端末側が接続するネットワークは、サービスの内容に応じて、スループットはさまざまである。スループットが低い場合は、高いビットレートの映像コンテンツを再生するには、何かしらの制約事項が発生する。ここで、高いスループットを持つ端末には高い品質の映像コンテンツを、低いスループットを持つ端末には低い品質の映像コンテンツを配信したいという要求がある。
これを解決するために、あらかじめ高いビットレートの映像コンテンツと低いビットレートの映像コンテンツを用意しておく方法がある。しかし、これでは、サーバ側のストレージを余計に使うことになり、不経済である。また、端末のビットレートの種類が何種類あるか、最初の時点ではわからない。
非特許文献1に記載された階層符号化の技術では、スループットが小さいネットワークに接続した端末では、いつまでたっても悪い画質の映像しか見ることができないという問題がある。利用者は、場合によっては、時間をかけてダウンロードしてでも、高品質の映像コンテンツを見たいときがありえる。
本発明の目的は、上述した問題を解決し、ネットワークのスループットが小さい端末ではそれなりに低いビットレートの映像コンテンツを見ることが可能で、かつ、時間をかけて高品質の映像コンテンツを見る手段も必要に応じて提供し、それらを最大限シームレスに、利用者が意識することなく切り替えることを可能とすることを目的としている。
上記の課題は、ネットワークに接続し、配信ポータルサイトからの指示に基づいて、あらかじめアドレス情報が与えられ、かつネットワークに接続された第1の端末に対して映像コンテンツを配信し、階層符号化を施された複数のコンテンツの映像ファイルを格納する手段と、映像コンテンツの階層符号化映像ファイルの各階層のビットレート情報を取得する手段と、複数の端末との間のスループットを管理する手段と、第1の端末との間の第1のスループットをもとに、映像コンテンツの階層符号化映像ファイルの中の、一部の階層に該当する映像データを配信する手段とを備えた映像配信サーバにより、達成できる。
また、映像コンテンツを蓄積する際に階層符号化を実施するステップと、映像コンテンツの階層符号化映像ファイルの各階層のビットレート情報を取得するステップと、第1の端末との間のスループットを取得するステップと、第1の端末との間のスループットをもとに、映像コンテンツの階層符号化映像ファイルの中の、一部の階層に該当する映像データを配信するステップとからなる映像配信方法により、達成できる。
翻発明によれば、ネットワークのスループットが小さい端末ではそれなりに低いビットレートの映像コンテンツを見ることが可能で、かつ、時間をかけて高品質の映像コンテンツを見る手段を有する映像配信サーバおよび映像配信方法を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。また、本明細書において、コンテンツは複数を意味するときと、単数(コンテント)を意味するときがある。
図1を参照して、ある映像コンテンツに対する符号化の階層構造を説明する。ここで、図1は階層符号化を説明する図である。図1において、映像ファイル301は、それぞれM個のフレーム310からなるN層の階層320で構成されている。階層1だけをストリーミングデータとすると、画質は粗いが、低いビットレートで映像を構成することができる。ストリーミングを繰り返して階層を2、3、…と増やすごとに、画質は良くなる。全ての階層を組み合わせた時点で、元の映像コンテンツと同等となる。
配信サーバは、あらかじめ配信先の端末が受信可能なスループット値を管理する。配信サーバは、端末ごとに受信スループット値を超えない範囲で階層を取り出し、配信する。これにより、限られた受信スループットの中で配信を行うので、端末は、再生速度より速い速度で映像ファイルを受信する。その結果、端末で映像ファイルを見始めると、視聴ポイントが、蓄積しつつあるファイルの終端に追いつくことは、決してない。すなわち、視聴している映像の品質が視聴中に落ちることがない。
端末側での受信がひととおり終わると、配信サーバは、次の階層を配信する。このときも同様に、端末のスループットを超えない範囲で配信を行う。端末での視聴のタイミングによっては、1回目の配信の後ではなく、2回目、3回目の配信の後に視聴をすることがありえる。その場合でも、視聴ポイントが蓄積しつつあるファイルの終端に追いつくことがない。また、2回目の配信、3回目の配信と回を追うごとに、画質は良くなる。
以上の方法により、新しい映像コンテンツがリリースされた直後は、ネットワークスループットが低い端末でも、直ちに粗い画質での視聴が可能となる。そして、その後、時間を追うにつれ、良い画質で映像を視聴することが可能になる。また、視聴中に画質が落ちたり、乱れたりすることがない。さらに、他の端末が視聴を開始し始めたとしても、それに影響されて画質が落ちたり、乱れたりすることがない。
図2を参照して、ネットワーク環境を説明する。ここで、図2は映像配信ネットワークを説明するブロック図である。図2において、ネットワーク1000は、配信サーバ110と、配信ポータルサイト120と、エンコードサーバ130と、インタネット500と、K台の端末201とから構成されている。ネットワーク1000において、配信サーバ110、配信ポータルサイト120、端末201はそれぞれ、インタネット500に接続されている。配信ポータルサイト120は、映像コンテンツのリストと、契約している視聴者の端末IDを管理する。配信サーバ110と配信ポータルサイト120とに接続されたエンコードサーバ130は、新規の映像コンテンツをエンコードする。
エンコードサーバ130がエンコードして生成された映像コンテンツは、配信サーバ110内に蓄積する。これと同時に、映像コンテンツにはIDがふられ、配信ポータルサイト120に通知される。
ある映像コンテンツの配信サービスを開始することが決定した段階で、配信ポータルサイト120は、配信サーバ110に対して、映像コンテンツIDと、配信先となる端末201のIDを通知する。配信サーバ110は、配信ポータルサイト120からこれらの指示を受け、端末201に向けて、映像データを配信する。
図3を参照して、配信サーバの論理的な構成を説明する。ここで、図3は配信サーバの機能ブロック図である。図3において、配信サーバ110は、映像格納ディスク116、階層解析部111、送信処理部112、コンテンツ階層管理テーブル113、スループット管理テーブル114、ネットワークインタフェース115からなっている。
映像格納ディスク116は、映像コンテンツを格納するハードディスクである。送信処理部112は、映像格納ディスクから映像コンテンツを取り出し、インタネットへ映像コンテンツを配信する。階層解析部111は、映像格納ディスク116内の映像コンテンツから、階層管理情報を取得する。コンテンツ階層管理テーブル113は、上記で取得した階層管理の情報を保持する。この階層管理の方法については、後で詳細に述べる。スループット管理テーブル114は、配信先となる端末が接続するネットワークのスループットを管理するデータベースである。ネットワークインタフェース115は、インタネット500とのデータの送受信を司る。
配信サーバ110において、映像格納ディスク116に新規の映像コンテンツが格納されると、階層解析部111は、そのコンテンツの階層情報を取得し、コンテンツ階層管理テーブル113に格納する。
次に、配信サーバ110は、配信ポータルサイト120から、配信するべき映像コンテンツのIDと、配信する先の端末のIDを受け取る。そして、コンテンツ階層管理テーブル113の中の階層管理情報と、スループット管理テーブル114内の端末のスループット情報をもとに、送信処理部112が送信方法を決定し、ネットワークインタフェース115を介して、受信した端末IDに対応する端末201に向けて映像コンテンツを配信する。
図1にもどって、映像コンテンツは、MPEGなどひとつのファイルで映像情報を構成するものや、JPEGファイルのように画像単位で1ファイルを構成し、その列が映像を表現するものなどがある。本実施例は、これらのファイル構造にしばられない。
この映像ファイルは、階層符号化方式でエンコードする。階層符号化は、1種類の符号化で複数の品質の画像を生成し、階層数を選択することで品質を選択することができる符号化方式である。
図1では、映像ファイル301全体が、ひとつの映像ファイルを形作っている。この映像コンテンツは、階層符号化がなされており、内部的には、階層320−1から階層320−Nまでに分かれている。また、フレーム310−1〜310−Mは、映像の一こまを表している。階層符号化をしていれば、内部的にはこのような構造をしているので、階層別に取り出すことが可能である。また、複数の階層を一括して取り出すことも可能である。
図4を参照して、コンテンツ階層管理テーブルを説明する。ここで、図4はコンテンツ階層管理テーブルを説明する図である。コンテンツ階層管理テーブル113において、行420−0はコンテンツIDを示し、列430−0は階層の番号を示している。コンテンツ階層管理テーブル113は、それぞれのコンテンツの、各階層部分の映像データのビットレートを示している。例えば、列430−1は、コンテンツIDが「1」のコンテンツにおいて、行420−1に階層1のビットレート、行420−2に階層2のビットレート、420−Nに階層Nのビットレートが格納されている。
図5を参照して、スループット管理テーブルを説明する。ここで、図4はスループット管理テーブルを説明する図である。スループット管理テーブル114において、列402は端末IDを示し、列403は、各端末が受信できるネットワークのスループットを示している。
このデータの登録は、利用者が映像配信のサービスを受ける登録をする際に、利用者が加入しているネットワークサービスの種類を申告させ、それに基づいてスループット値を取得して登録する。
図6を参照して、送信処理部の構成を説明する。ここで、図6は送信処理部の機能ブロック図である。図6において、送信処理部112は、送信スレッド141−1〜送信スレッド141−Kと、送信統括部140とからなっている。
送信スレッド141−1〜送信スレッド141−Kは、各々が、並列プログラムであり、映像格納ディスク116から映像コンテンツを取り出し、ネットワークインタフェース115に向けて映像コンテンツを配信する。
送信統括部140は、配信ポータルサイト120から、配信するコンテンツのIDと、配信先となる端末のIDを取得する。コンテンツ階層管理テーブル113とスループット管理テーブル114を参照し、予め定めたアルゴリズムに従って、映像コンテンツの中において、最初に配信するべき階層数を特定する。送信統括部140は、送信スレッド141−1にその階層数を通知し、階層数分の映像コンテンツの配信を指示する。送信スレッド141−1、その階層の配信が終了すると、続いて残りの階層も、階層の残りがなくなるまで、配信する。
送信統括部140は、送信スレッド141−2〜送信スレッド141−Kに対して、全てのコンテンツ要求を送信した端末201を割り当て、配信の指示を出す。
送信統括部140は、送信スレッド141−2〜送信スレッド141−Kに対して、全てのコンテンツ要求を送信した端末201を割り当て、配信の指示を出す。
図7を参照して、送信統括部の送信アルゴリズムを説明する。ここで、図7は送信統括部の処理フローチャートである。図7において、送信統括部140は、配信ポータルサイトより、配信するコンテンツID及び配信先の端末IDを取得する(S501)。次に、送信統括部140は、スループット管理テーブル114にアクセスし、上記で取得した端末IDのひとつめのスループット値を取得する。送信統括部140は、これを変数「スループット値」に格納する(S502)。次に、送信統括部140は、コンテンツ階層管理テーブルにアクセスして、配信するコンテンツの階層1のビットレート値を取得する。送信統括部140は、これを変数「ビットレート値」に格納する。また、送信統括部140は、最終的に配信する階層の範囲を特定するための変数BとEのそれぞれに1を代入する(S503)。次に、送信統括部140は、「スループット値」と「ビットレート値」の比較をする(S504)。
「スループット値」のほうが大きい場合、送信統括部140は、コンテンツ階層管理テーブルにアクセスして、配信するコンテンツの、階層Eのビットレートを取得し、「ビットレート値」に足しこむ。また、送信統括部140は、変数EをE+1に置き換える(S505)。再度、送信統括部140は、ステップ504に戻り同様のことを繰り返す。ステップ504において、「ビットレート値」のほうが大きくなれば、その時点でのBから(E−1)の値が配信するべき階層の範囲である。すなわち、送信統括部140は、階層Bから階層(E−1)までを通常再生の速度で配信する指示を、送信スレッドに出す(S506)。次に、送信統括部140は、これで最後の階層まで配信したかをチェックする(S507)。そうでなければ、送信統括部140は、BにE+1を代入した上で、EにBを代入する。そして、送信統括部140は、コンテンツ階層管理テーブルにアクセスして、配信するコンテンツの階層Eのビットレートを取得し、「ビットレート値」に代入する(S508)。その後、送信統括部140は、ステップ504に戻り、以下繰り返す。ステップ507の判定で、全ての階層を配信し終わっている場合は、送信統括部140は、終了する。
以上のアルゴリズムにより、送信統括部は、端末それぞれのスループット値の中に納まるビットレートで、一部の階層の塊を配信することができる。
なお、上記の条件とは異なり、配信サーバ110のネットワークインタフェース115のスループットが先にボトルネックになる場合がありえる。その場合は、あらかじめ配信指示を受けた端末201の端末数Jでネットワークインタフェースのスループット値を割っておき、その値を一台あたりの端末201に割り当てるビットレートの上限とした上で、上記のアルゴリズムを適用する方法が考えられる。
図8を参照して、端末の論理的な構成を説明する。ここで、図8は端末の機能ブロック図である。図8において、端末201は、映像格納ディスク210と、受信処理部211とネットワークインタフェース212と、階層データ再生部213と、ユーザインタフェース214と、モニター215からなっている。端末201は、配信サーバ110から配信された映像コンテンツを、ネットワークインタフェース212を介して受信処理部211が受信する。受信した映像コンテンツは、そのまま映像格納ディスク210に格納される。その後、利用者がユーザインタフェース214を介して、再生指示を出すと、階層データ再生部213が映像格納ディスク210から映像コンテンツを読み出し、再構成しながらデコード処理を行い、モニター215に表示する。
図9および図10を参照して、端末内の映像格納ディスクにおける映像ファイルの構成を説明する。ここで、図9および図10は映像格納ディスクにおける映像ファイルの構成を説明する図である。図9において、階層1および2を含む映像コンテンツがひとつのファイル330−1として配信され、蓄積されている。画像フレーム340−1〜340−Nは、それぞれ映像コンテンツにおける一こまを示している。端末201の階層データ再生部213は、この映像コンテンツを再生する。これは、通常の階層符号化の技術に基づいている。その場合、階層の全てはそろっていないので、画質は元のコンテンツに比較して劣化した再生結果である。
図10は、図9と比較して、さらにもう1階層の映像データを受信して蓄積した場合を示している。階層1および2の映像ファイル331−1と、階層3の映像ファイル331−2は、別のファイルである。階層データ再生部213は、これら2つのファイルにまたがる形で、各画像フレームを構成する。例えば、フレーム341−1は階層1から3までで最初のフレームを構成する。また、フレーム341−2は2つめ、という具合である。端末201の階層データ再生部213は、これらの各画像フレームを時間通りに再生する。これは、通常の階層符号化の技術に基づいている。
図11を参照して、階層データ再生部の処理を説明する。ここで、図11は階層データ再生部の再生処理フローチャートである。図11において、階層データ再生部213は、フレーム番号を示す変数Xに1を代入する(S511)。次に、階層データ再生部213は、映像格納ディスク内の映像ファイルのうち、各階層のフレームXの映像データを取得する(S512)。次に、階層データ再生部213は、取得した各階層の映像データを接続して、デコードする(S513)。次に、階層データ再生部213は、デコードした結果をモニターに表示させる(S514)。階層データ再生部213は、Xが最後のフレームか否かを判定し(S515)、最後のフレームでない場合は、Xをインクリメントし(S516)、ステップ512に戻り、同様の処理を繰り返す。ステップ515で、Xが最後のフレームである場合、階層データ再生部213は、終了する。以上の流れにより、階層に分かれた映像ファイルを再生することが可能となる。
上記に述べた構成とアルゴリズムによる実施例の効果を、図12を用いて説明する。ここで、図12は受信中の映像格納ディスクにおける映像ファイルの構成を説明する図である。図12において、端末201の映像格納ディスク210に、1回目のストリーミングの映像ファイルが蓄積された後(映像ファイル332−1として蓄積)、2つめのファイル332−2が蓄積しつつある。1回目および2回目の画像フレームは、342−1から342−3までしかないが、この時点で読み出しを開始して、342−1が読み出されたとする。図7を参照して説明したように、配信サーバ110からは、端末201の受信スループットを超えない最大のビットレートで配信することが保証される。よって、ファイル332−2は、再生時に読み出される速さより必ず速い速度で蓄積が続けられる。よって、利用者が視聴を行っても、視聴ポイントが蓄積しつつあるファイルの終端に追いつくことがない。そのため、利用者が映像を見ている最中に画質が落ちるといったことが避けられる。
本実施例によれば、新しい映像コンテンツがリリースされた直後は、ネットワークスループットが低い端末でも、直ちに粗い画質での視聴が可能となる。そして、その後、時間を追うにつれ、良い画質で映像を視聴することが可能になる。また、時間がたつにつれ、画質が落ちたり、乱れたりすることがない。さらに、他の端末が視聴を開始し始めたとしても、それに影響されて画質が落ちたり、乱れたりすることがないといった効果が得られる。また、本実施例に拠れば、ストリーミングを繰り返すうちに、端末にダウンロードさせる配信サーバを提供できる。
なお、背景技術で説明した地図などの画像を表示するサイトの事例と、本実施例とは、後から残りの階層を端末へ配信する点は同じである。しかし、送り方として、端末のスループットを条件として利用している点と、時間軸に沿った送り方をしている点が異なる。すなわち、ブラウザの操作をきっかけにするのではなく、映像データが一定のビットレートで配信されるという特性を用い、端末のスループット内に収まるビットレートで配信をする。それによって、利用者は、映像コンテンツが逐次配信されてきていることを感じずに、つまり、途中で画質が落ちるといったことがなく、映像を視聴できるという効果がある。
110…配信サーバ、111…階層解析部、112…送信処理部、113…コンテンツ階層管理テーブル、114…スループット管理テーブル、115…ネットワークインタフェース、116…映像格納ディスク、120…配信ポータルサイト、130…エンコードサーバ、140…送信統括部、141…送信スレッド、201…端末、210…映像格納ディスク、211…受信処理部、212…ネットワークインタフェース、213…階層データ再生部、214…ユーザインタフェース、215…モニター、301…映像コンテンツ(映像ファイル)、500…インタネット、1000…ネットワーク。
Claims (4)
- ネットワークに接続し、配信ポータルサイトからの指示に基づいて、あらかじめアドレス情報が与えられ、かつ前記ネットワークに接続された第1の端末に対して映像コンテンツを配信する映像配信サーバにおいて、
階層符号化を施された複数のコンテンツの映像ファイルを格納する手段と、前記映像コンテンツの階層符号化映像ファイルの各階層のビットレート情報を取得する手段と、複数の端末との間のスループットを管理する手段と、前記第1の端末との間の第1のスループットをもとに、前記映像コンテンツの前記階層符号化映像ファイルの中の、一部の階層に該当する映像データを配信する手段と、を備えたことを特徴とする映像配信サーバ。 - 請求項1に記載の映像配信サーバであって、
前記配信する手段は、前記第1のスループット値より、前記階層符号化映像ファイルの中の、複数の階層の映像データの合計ビットレートが超えないように階層を選択して配信することを特徴とする映像配信サーバ。 - 請求項1または請求項2に記載の映像配信サーバであって、
前記配信する手段は、前記階層符号化映像ファイルの中の、異なる階層の映像データを順次選択して配信することを特徴とする映像配信サーバ。 - 映像コンテンツを蓄積する際に階層符号化を実施するステップと、
前記映像コンテンツの階層符号化映像ファイルの各階層のビットレート情報を取得するステップと、
第1の端末との間のスループットを取得するステップと、
前記第1の端末との間のスループットをもとに、前記映像コンテンツの前記階層符号化映像ファイルの中の、一部の階層に該当する映像データを配信するステップとからなる映像配信方法。
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