JP2016092441A - Packet transmission/reception system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、監視システム、館内共聴システム、デジタルサイネージシステム、パブリックビューイングシステム等の映像送受信システムなどに適用されるIP(インターネットプロトコル)ネットワークを利用したパケット送受信システムに関する。 The present invention relates to a packet transmission / reception system using an IP (Internet Protocol) network that is applied to a video transmission / reception system such as a surveillance system, an in-house hearing system, a digital signage system, and a public viewing system.
映像伝送などにIPネットワークを利用するケースが増大している。しかし、IPネットワークを利用したパケット伝送においてIPパケットの欠損が生じる場合が有る。そこで、欠損パケットを回復させるためにFEC(Forward Error Correction)パケットを同時に伝送し、FECパケットを使って欠損パケットを回復させる方法が多用されている。これにより、IPパケット伝送の信頼性を向上させることができる。以下、FECパケット以外の、映像や音声情報などを伝達するパケットを、ここではメディアパケットと呼ぶことにする。また、FECパケットとメディアパケットをまとめてIPパケットと呼ぶことにする。 Increasing use of IP networks for video transmission and the like. However, there are cases in which IP packet loss occurs in packet transmission using an IP network. Therefore, in order to recover a lost packet, a method of simultaneously transmitting an FEC (Forward Error Correction) packet and recovering the lost packet using the FEC packet is frequently used. Thereby, the reliability of IP packet transmission can be improved. Hereinafter, a packet for transmitting video and audio information other than the FEC packet is referred to as a media packet here. Further, the FEC packet and the media packet are collectively referred to as an IP packet.
IPパケット伝送の高信頼化の別の手法として、本系(0系)と予備系(1系)の2つのネットワーク経路を設定しておき、同一のシーケンス番号を付与した同一IPパケットを、本系および予備系に別々に送信するものが有る(例えば、特許文献1参照)。受信側では、本系又は予備系から受け取ったIPパケットの中で後段に出力したパケットのシーケンス番号を履歴情報として記録しておき、別の系から同一シーケンス番号のパケットが到着した場合には履歴情報にそのシーケンス番号が記録されているので後段への出力を阻止する。もしも、履歴情報にそのシーケンス番号が記録されていなければ後段に出力する。これにより、パケット欠損があった場合に、どちらかの系統からその欠損パケットに対応するパケットが到着すれば、その欠損パケットを補填することができる。 As another method for increasing the reliability of IP packet transmission, two network routes of the primary system (system 0) and the standby system (system 1) are set, and the same IP packet assigned the same sequence number is Some systems transmit separately to the system and the standby system (see, for example, Patent Document 1). On the receiving side, the sequence number of the packet output to the subsequent stage in the IP packet received from the main system or the standby system is recorded as history information, and if a packet with the same sequence number arrives from another system, the history is recorded. Since the sequence number is recorded in the information, output to the subsequent stage is blocked. If the sequence number is not recorded in the history information, it is output to the subsequent stage. Thereby, when there is a packet loss, if a packet corresponding to the lost packet arrives from either system, the lost packet can be compensated.
また、別の手法として、SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)規格SMPTE-2022-7のAnnex-E Use Casesに記載された方法が有る(例えば、非特許文献1,2参照)。図5は従来のIPパケット伝送法を説明するための図である。この手法では1つのネットワーク回線に対して本系用に用意したストリームと予備系用に用意したストリームを時間ずらしで流す。受信側では、時間的にずれて到着した同一シーケンス番号のパケットを使って欠損パケットを救済する。
As another method, there is a method described in Annex-E Use Cases of SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) standard SMPTE-2022-7 (for example, see Non-Patent
特許文献1の手法では、2系統のネットワーク経路を設定し、それぞれの系統に、同一パケットを送信する。従って、特性の異なる経路を通す必要が有るため、ネットワーク機器を2系統分用意することやネットワーク回線も2系統用意することが必須である。このため、伝送品質は向上するものの、ネットワーク系のコストが増大するという問題があった。
In the method of
非特許文献1,2の手法では、1系統のネットワークで送信できる。しかし、同一パケットを同じ回線で二重に流すので、回線の必要容量を2倍確保する必要があり回線コストが増大するという問題があった。回線容量を増やさないようにこの手法を使おうとすると、例えば映像ストリームを流すような場合には、伝送データ量を減らすために映像データ部分の圧縮率を2倍以上にせねばならず、画質が大幅に低下するという問題があった。
In the methods of
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はパケット損失率を低減させ、1系統の回線で映像パケット通信を行っても画質の低下を抑制することができるパケット送受信システムを得るものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to reduce the packet loss rate and to suppress deterioration in image quality even when video packet communication is performed using a single line. A packet transmission / reception system is obtained.
本発明に係るパケット送受信システムは、IPパケットをIPネットワークに送信するパケット送信装置と、前記IPパケットを前記IPネットワークから受信するパケット受信装置とを備え、前記パケット送信装置は、メディアパケットに対応するFECパケットを複製して予備FECパケットを生成するFECパケット複製部と、前記メディアパケット及び前記FECパケットとは時間差をおいて前記予備FECパケットを多重化して前記IPパケットとして送信する送信側パケット多重化部とを有し、前記パケット受信装置は、受信した前記IPパケットの前記FECパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定するFECパケットロス判定部と、欠損又は欠陥が有ると判定された前記FECパケットを前記予備FECパケットで補填するロスFECパケット補填部と、前記メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定された前記FECパケット又は補填された前記FECパケットとを多重化して出力する受信側パケット多重化部とを有することを特徴とする。 A packet transmission / reception system according to the present invention includes a packet transmission device that transmits an IP packet to an IP network, and a packet reception device that receives the IP packet from the IP network, the packet transmission device corresponding to a media packet. An FEC packet duplicating unit that duplicates an FEC packet to generate a spare FEC packet, and a transmission side packet multiplexing that multiplexes the spare FEC packet with a time difference from the media packet and the FEC packet and transmits the multiplexed packet as the IP packet The FEC packet loss determination unit that determines whether the FEC packet of the received IP packet has a defect or a defect, and the FEC packet that has been determined to have a defect or a defect. With the spare FEC packet A loss FEC packet compensation unit, a media packet, and a reception side packet multiplexing unit that multiplexes and outputs the FEC packet determined to be missing or defective or the compensated FEC packet. Features.
本発明により、パケット損失率を低減させ、1系統の回線で映像パケット通信を行っても画質の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the packet loss rate and suppress deterioration in image quality even when video packet communication is performed through a single line.
図1は、本発明の実施の形態に係るパケット送受信システムを示す図である。カメラ1で撮影した映像をエンコーダ2がエンコードする。このエンコードしたデータからパケット生成装置3がメディアパケット群とそれに対応するFECパケット群をセットで生成する。例えば、10個のメディアパケット群に対して、そのメディアパケット群のいずれか1つのパケットが伝送途中で欠落した時、その欠落パケットを回復させるためのエラー訂正情報を入れたFECパケットを生成する。このような1次元の処理によるFECパケット付加処理以外に、複数のメディアパケット群をマトリックス上に並べ、行と列方向にそれぞれFECパケットを用意するような2次元の処理によるFECパケット付加処理がある。本特許は、どちらの方法に対しても適用できる。
FIG. 1 is a diagram showing a packet transmission / reception system according to an embodiment of the present invention. The
パケット送信装置4がIPパケットをIPネットワーク5に送信する。パケット受信装置6がそのIPパケットをIPネットワーク5から受信する。FEC処理装置7は、メディアパケットに欠損があった場合に欠損パケットを可能な限り回復させる。デコーダ8は、FEC処理装置7が回復させたIPパケットをデコードする。モニタ9は、デコーダ8がデコードした映像を表示させる。
The
なお、パケット送信装置4の機能をパケット生成装置3に含ませてもよいし、これらの機能をエンコーダ2に含ませてもよいが、ここでは分離して図示した。同様に、パケット受信装置6の機能をFEC処理装置7に含ませてもよいし、これらをデコーダ8に含ませてもよいが、ここでは分離して図示した。
The function of the
図2は、本発明の実施の形態に係るパケット送信装置を示す図である。パケット送信装置4がパケット生成装置3から入力する入力IPパケットはメディアパケットMxx及びFECパケットFxxを有する。パケット送信装置4がIPネットワーク5に出力する出力IPパケットはメディアパケットMxx及びFECパケットFxxに加えて予備FECパケットDxxを有する。xxはシーケンス番号である。
FIG. 2 is a diagram showing a packet transmission apparatus according to the embodiment of the present invention. The input IP packet input from the
メディアパケット数に対してFECパケット数は1ケタ程度少ない量である。ただし、処理手順を分かりやすく説明するために、ここでは2個のメディアパケット群に対して2個のFECパケットを付加する。FECパケット自体が欠損してしまった場合、欠損したFECパケットに対応したメディアパケット群にも欠損パケットが発生すると、修復ができない場合もある。 The number of FEC packets is about one digit less than the number of media packets. However, in order to easily explain the processing procedure, here, two FEC packets are added to two media packet groups. When the FEC packet itself is lost, if a lost packet is generated in the media packet group corresponding to the lost FEC packet, the repair may not be possible.
FECパケット複製部10は、入力されたFECパケットを複製して予備FECパケットを生成して遅延バッファ11に格納する。ここではFECパケットF16を複製して生成した予備FECパケットD16を遅延バッファ11に格納する。FECパケットF16は直ちに後段の送信側パケット多重化部12にスルー伝送され直ちに出力される。
The FEC
送信側パケット多重化部12は、メディアパケット群M15,M16を出力した後に、そのメディアパケット群M15,M16に対応するFECパケット群F15,F16を出力する。その後に予備FECパケット群D05,D06を出力する。予備FECパケット群は、FECパケット群に対して遅延バッファ11で遅延した分だけ時間差をおいて出力される。ここでは、FECパケットF15,F16に続いて予備FECパケットD05,D06を多重化(挿入)し、FECパケット群10セット分の遅延を入れる。送信側パケット多重化部12は、出力IPパケットとして、パケットM11〜D04の並びのように、Mxx、Mxx、Fxx、Fxx、Dxx、Dxxの並びを繰り返して出力する。もちろん、Dxx、DxxがMxx、Mxx、Fxx、Fxxの並びの中のいずれかの場所に分散して入れても構わない。例えば、Mxx、Dxx、Mxx、Fxx、Dxx、Fxxのようになっても問題はない。
The transmission side
図3は、本発明の実施の形態に係るパケット受信装置を示す図である。パケット分離格納部13は、入力IPパケットのうちメディアパケットMxxとFECパケットFxxを転送バッファ14に格納し、予備FECパケットDxxを予備FECパケット格納バッファ15に格納する。この時、予備FECパケットが正常かどうかを判定し正常な場合のみ予備FECパケット格納バッファ15に格納する。
FIG. 3 is a diagram showing a packet receiving apparatus according to the embodiment of the present invention. The packet separation storage unit 13 stores the media packet Mxx and the FEC packet Fxx among the input IP packets in the
RTPパケットの形態で伝送される入力IPパケットがメディアパケット、FECパケット、予備FECパケットの何れであるかの判別方法としては、RTPヘッダの拡張ビットが0であればメディアパケットと認識し、1であればFECパケット又は予備FECパケットと認識する。FECパケットと予備FECパケットの分離方法としては、最後に受信したメディアパケットのRTPパケットシーケンス番号と、受信したFECパケットのRTPパケットシーケンス番号が予め定めた値未満に離れていなければFECパケットFxxと認識し、予め定めた値以上に離れていれば予備FECパケットDxxと認識する。 As a method for determining whether an input IP packet transmitted in the form of an RTP packet is a media packet, an FEC packet, or a spare FEC packet, if the extension bit of the RTP header is 0, it is recognized as a media packet. If there is, it is recognized as an FEC packet or a spare FEC packet. As a method of separating the FEC packet and the spare FEC packet, if the RTP packet sequence number of the last received media packet and the RTP packet sequence number of the received FEC packet are not less than a predetermined value, it is recognized as an FEC packet Fxx. If it is more than a predetermined value, it is recognized as a spare FEC packet Dxx.
IPパケット読み出し部16が転送バッファ14から順次IPパケットを読み出す。FECパケットロス判定部17は、読み出されたFECパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定する。ここで、欠損とはパケットが受信側に到着しないこと、欠陥とは受信側にパケットは到着するがそのパケットの内部にビット化けなどが有って正常でないことをいう。図3では欠損しているパケットを×印にて示している。欠損又は欠陥が有ると判定したFECパケットのシーケンス番号xxをロスFECパケット補填部18に通知する。
The IP
ロスFECパケット補填部18は、欠損又は欠陥が有ると判定されたFECパケットを予備FECパケットで補填する。即ち、ロスFECパケット補填部18は、予備FECパケット格納バッファ15の中の予備FECパケットの中から同一シーケンス番号(xx=この場合04)を検出し、存在した場合には、その予備FECパケットD04を引抜いて受信側パケット多重化部19に入力する。この時、ロスFECパケット補填部18は、出力がシーケンス番号順に並んで出力するための調整も行う。ここでいう同一シーケンス番号とは、RTPパケットにおけるRTPヘッダに記載されたシーケンス番号のことである。
The loss FEC
受信側パケット多重化部19は、メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定されたFECパケット又は補填されたFECパケットとを多重化して出力する。ここでは、受信側パケット多重化部19は、入力された予備FECパケットD04をストリームの中に多重して出力する。これにより、欠損したFECパケットF04が予備FECパケットD04によって補填され、FECパケットF14のロスが救済される。
The reception side
以上説明したように、本実施の形態では、送信側でFECパケットのみを複製して予備FECパケットを生成して時間差をおいて送信する。IPネットワークの通信では、ネットワークの混雑度の時間的変化に対応して、パケット欠損状態も時間的に変化する場合が有る。従って、同じ内容のFECパケットを時間的にずらして伝送することによって、欠損が生じるIPネットワークでの伝送でもFECパケットを正常に伝送できる確率が高くなり、パケット損失率を低減させることができる。 As described above, in the present embodiment, only the FEC packet is duplicated on the transmission side to generate a spare FEC packet and transmitted with a time difference. In communication over an IP network, the packet loss state may change over time in response to changes over time in the degree of network congestion. Therefore, by transmitting FEC packets having the same contents while being shifted in time, the probability that FEC packets can be normally transmitted even in transmission on an IP network in which loss occurs is increased, and the packet loss rate can be reduced.
また、前述のように実際にはメディアパケット数に比してFECパケット数は非常に少ないのでFECパケットを二重化しても、パケット全体を同じ回線で二重に流す従来の手法に比べて送信するパケットの量を大幅に減少させることができる。このため、映像パケット通信を行う場合に画質の低下を抑制することができる。また、1系統の回線でパケット通信を行えるのでネットワークコストを抑えることができる。 In addition, as described above, since the number of FEC packets is actually very small compared to the number of media packets, even if FEC packets are duplicated, transmission is performed in comparison with the conventional method in which the entire packet is duplicated on the same line. The amount of packets can be greatly reduced. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality when video packet communication is performed. Further, since the packet communication can be performed with one line, the network cost can be suppressed.
なお、時間をずらして送るIPパケット群として、ここではFECパケット群の複製として説明したが、メディアパケットの複製や、FECパケットとメディアパケットの混在の一部複製などでも同様の効果が得られる。しかし、処理のシンプルさや複製の効果を考えた時、FECパケットの複製が最も効果が高い。また、時間ずらし量は人手で設定してもよいが、ネットワークの状態を監視しながら最適化してもよい。 Note that the IP packet group sent at different times has been described here as a copy of the FEC packet group, but the same effect can be obtained by copying a media packet or partially copying a mixture of FEC packets and media packets. However, when considering the simplicity of processing and the effect of duplication, duplication of FEC packets is most effective. The time shift amount may be set manually, but may be optimized while monitoring the network state.
図4は、本発明の実施の形態に係るパケット送受信システムの変形例を示す図である。図1のシステムと異なり、ルート20による情報の逆方向伝送を行う。パケット受信装置6内のロスFECパケット補填部18が予備FECパケット格納バッファ15に所望のパケットが存在しないことを検知した場合、FECパケットと予備FECパケット共に欠陥が入ったか又は欠損したことになる。このような状態が予め指定した時間以上続いた場合には、受信側パケット多重化部19は時間ずらし量を変更するようにルート20を介してパケット送信装置4にコマンドを送信する。このコマンドを受けたパケット送信装置4は、予め定めたずらし時間範囲の中で乱数発生によって時間ずらし量を求めて、予備FECパケットの送信タイミングを変更する。
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the packet transmission / reception system according to the embodiment of the present invention. Unlike the system of FIG. 1, information is transmitted in the reverse direction via the
4 パケット送信装置、6 パケット受信装置、10 FECパケット複製部、12 送信側パケット多重化部、17 FECパケットロス判定部、18 ロスFECパケット補填部、19 受信側パケット多重化部 4 packet transmission device, 6 packet reception device, 10 FEC packet duplication unit, 12 transmission side packet multiplexing unit, 17 FEC packet loss determination unit, 18 loss FEC packet compensation unit, 19 reception side packet multiplexing unit
Claims (1)
前記IPパケットを前記IPネットワークから受信するパケット受信装置とを備え、
前記パケット送信装置は、
メディアパケットに対応するFECパケットを複製して予備FECパケットを生成するFECパケット複製部と、
前記メディアパケット及び前記FECパケットとは時間差をおいて前記予備FECパケットを多重化して前記IPパケットとして送信する送信側パケット多重化部とを有し、
前記パケット受信装置は、
受信した前記IPパケットの前記FECパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定するFECパケットロス判定部と、
欠損又は欠陥が有ると判定された前記FECパケットを前記予備FECパケットで補填するロスFECパケット補填部と、
前記メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定された前記FECパケット又は補填された前記FECパケットとを多重化して出力する受信側パケット多重化部とを有することを特徴とするパケット送受信システム。 A packet transmission device for transmitting an IP packet to an IP network;
A packet receiving device for receiving the IP packet from the IP network,
The packet transmission device includes:
An FEC packet duplicating unit that duplicates the FEC packet corresponding to the media packet to generate a spare FEC packet;
A transmission side packet multiplexing unit that multiplexes the spare FEC packet with a time difference from the media packet and the FEC packet and transmits the multiplexed packet as the IP packet;
The packet receiver is
An FEC packet loss determination unit for determining whether the FEC packet of the received IP packet is missing or defective;
A loss FEC packet compensation unit that compensates the FEC packet determined to have a defect or a defect with the spare FEC packet;
A packet transmission / reception system, comprising: a reception side packet multiplexing unit that multiplexes and outputs the media packet and the FEC packet determined to be missing or defective or the compensated FEC packet.
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JP2021057695A (en) * | 2019-09-27 | 2021-04-08 | 沖電気工業株式会社 | Processing device, processing system, processing program, and processing method |
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