JP4227438B2 - 映像伝送システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークを通じて映像を伝送する映像伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の映像伝送システムで伝送される映像データは、ある一定の伝送帯域で伝送できるように、通常、H.261方式やMPEG(Moving Picture Experts Group)方式などによって一定帯域以下に圧縮符号化されており、一度符号化された映像データは伝送帯域が変わっても映像品質を変えることはできない。
【0003】
しかし、近年のネットワークの多様化に伴い、伝送路の帯域変動が大きく、複数の帯域に見合った品質で映像を伝送可能な映像データが必要とされており、これに対応するために、階層構造を持ち複数帯域に対応できる階層符号化方式が規格化されている。このような階層符号化方式の中でも、とりわけ帯域選択に関して自由度が高い方式であるMPEG−4 FGS(Fine Granularity Scalability)が現在規格化されている。MPEG−4 FGSにより符号化された映像データは、単体で復号化が可能な動画像ストリームである一の基本レイヤと、基本レイヤの復号化動画像品質を向上させるための動画像ストリームである、少なくとも一以上の拡張レイヤとで構成される。基本レイヤは低帯域で低画質の映像データであり、これに拡張レイヤを帯域に応じて足し合わせることにより自由度の高い高画質化が可能である。
【0004】
MPEG−4 FGSにおいては、伝送する拡張レイヤの総データサイズを制御して様々な帯域に適応させることが可能であり、帯域に応じた品質の映像を伝送することが可能である。
【0005】
このように、いずれの映像符号化方式も、入力映像を決められた帯域で伝送できるように圧縮符号化を行い、映像データの帯域を適切な値に制御する役割を持っている。このため、伝送路の帯域に比べて映像データの帯域が高い場合は、映像データをリアルタイムに伝送できず、受信端末においては映像に遅延が発生するだけでなく、映像データがネットワークで欠落し映像が停止してしまう(途切れの発生)。逆に、映像データの帯域が伝送路の帯域よりも低い場合は、遅延は発生しないが、映像品質が極端に低下してしまう。特にTV電話やライブ中継などリアルタイム性と高品質映像が要求される場合は、映像データの帯域を伝送路の帯域に合わせることが必要となる。
【0006】
そこで、帯域変動による映像の途切れを防止するための従来技術では、受信端末からのビットレート変更要求に応じて、サーバが、あらかじめ生成されたビットレートの異なる複数の映像ストリームの中から1つを選択して送信するようにしている(たとえば、特許文献1参照)。
【0007】
図21は、従来の映像伝送システムの構成の一例を示す図である。
【0008】
映像ストリームを送信するサーバ10は、ビットレート切り替え部11で、映像ストリームを受信するクライアント20からの転送レート変更要求を受けて、異ビットレート映像データ蓄積部13から対応ビットレートの映像データを選択しクライアント20に送信する。
【0009】
そして、クライアント20は、映像データ受信部21でサーバ10から送信された映像データを受信し、データバッファ管理部23にデータを出力し、受信速度を再生データ管理部25に出力する。データバッファ管理部23では、映像データ受信部21から入力した映像データを内部バッファに格納し、格納状況を管理し、滞留データ状況を再生データ管理部25に出力し、さらに、映像復号化表示部27からのデータリード要求時は映像データを内部バッファから読み出して映像復号化表示部27に出力する。映像復号化表示部27では、データリード要求をデータバッファ管理部23に出力し、データバッファ管理部23から入力した映像データを復号化し表示する。再生データ管理部25では、データバッファ管理23から入力する滞留データ状況と映像データ受信部21から入力する受信速度を用いて転送ビットレート変更の判断を行い、変更ビットレートをレート変更要求部29に出力する。このとき、再生データ管理部25における転送ビットレート変更判断方法としては、滞留データが上方しきい値を超える場合は、直前までの受信速度の平均値を求めてビットレートダウン要求とし、逆に、滞留データが下方しきい値を下回る場合は、直前までの受信速度の平均値を求めてビットレートアップ要求とする。レート変更要求部29では、再生データ管理部25から入力されるビットレートを用いてビットレート変更要求をサーバ10に送信する。
【0010】
このように、従来の技術においては、受信端末(クライアント20)からのビットレート変更要求に応答して、サーバ10が異なるビットレートの映像データの中から適するデータを選択し送信することにより、受信端末において映像を途切れることなく受信することができる。
【0011】
【特許文献1】
特開平10−336626号公報(第1頁、第1図)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、平均的な帯域を用いて映像データの帯域制御を行うため、受信端末の移動などにより伝送路の帯域が大きく変動した場合には、予測が外れることが多い。特に、映像データの帯域が伝送帯域よりも高くなった場合は、映像データをリアルタイムに伝送できず、映像に遅延が発生するだけでなく、映像データがネットワークで欠落し映像が停止してしまう(途切れの発生)。このため、受信端末の移動などにより伝送帯域が大きく変動した場合であっても途切れのない映像受信が可能な映像伝送システムが望まれている。
【0013】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、伝送帯域が変動する無線ネットワークなどを含むネットワークにおいて、受信端末の移動などにより帯域が大きく変動した場合においても、途切れのない映像伝送を実現することができる映像伝送システムを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の映像伝送システムは、階層符号化データを複数に分割し別チャネルで映像送信装置からネットワークを通じて映像受信装置に伝送する映像伝送システムであって、前記映像送信装置は、前記映像受信装置からの特定情報を受信する受信手段と、受信された特定情報を用いて分割階層符号化データの帯域を制御する制御手段とを有し、前記映像受信装置は、前記特定情報を送信する送信手段を有する構成を採る。
【0015】
この構成によれば、映像受信装置(受信端末)からの特定情報を用いて分割階層符号化データの帯域を制御するため、受信端末の情報に合わせた帯域制御が可能となり、たとえば、特定情報が端末の移動情報である場合は、伝送帯域が変動する無線ネットワークなどを含むネットワークにおいて、受信端末の移動により帯域が大きく変動した場合においても、途切れのない映像伝送を実現することができる。
【0016】
本発明の映像伝送システムは、上記の構成において、前記特定情報は、前記映像受信装置が移動中であることを示す情報であり、前記制御手段は、前記映像受信装置が移動中であることを示す情報に応じて、分割階層符号化データのうち基本レイヤの帯域を下げる、構成を採る。
【0017】
この構成によれば、受信端末が移動中の場合は基本レイヤの帯域を下げるため、受信端末は映像を途切れることなく受信することができる。
【0018】
本発明の映像伝送システムは、上記の構成において、前記制御手段は、基本レイヤの帯域を下げる場合、最下位の拡張レイヤの帯域を上げる、構成を採る。
【0019】
この構成によれば、基本レイヤの帯域を下げる場合は最下位の拡張レイヤの帯域を上げるため、基本レイヤを下げたことによる他の端末の受信画質への影響を抑えることができる。
【0020】
本発明の映像伝送システムは、上記の構成において、前記制御手段は、基本レイヤの帯域を下げる場合、最下位の拡張レイヤの帯域を分割する、構成を採る。
【0021】
この構成によれば、基本レイヤの帯域を下げる場合は最下位の拡張レイヤの帯域を分割するため、帯域変動時における帯域への適応度を上げることができる。
【0022】
本発明の映像伝送システムは、上記の構成において、前記特定情報は、前記映像受信装置の受信状況を示す情報であり、前記制御手段は、前記映像受信装置の受信状況を示す情報を用いて、分割階層符号化データのうち拡張レイヤの帯域を決定する、構成を採る。
【0023】
この構成によれば、映像受信装置の受信状況を示す情報を用いて拡張レイヤの帯域を決定するため、映像伝送効率の向上を図り、また、多くの受信端末で高品位の映像受信を行うことができる。
【0024】
本発明の映像伝送システムは、上記の構成において、前記制御手段は、前記映像受信装置の受信状況を示す情報を用いて受信者数が所定値以下と判断される場合、最下位の拡張レイヤの帯域を分割する、構成を採る。
【0025】
この構成によれば、受信者数が所定値以下の場合は最下位の拡張レイヤの帯域を分割するため、多くの受信端末で分割された拡張レイヤを受信して高品位の映像受信を行うことができる。
【0026】
本発明の映像伝送システムは、上記の構成において、前記制御手段は、前記映像受信装置の受信状況を示す情報を用いて共通に受信されている拡張レイヤが存在すると判断される場合、当該共通に受信されている拡張レイヤを1つのレイヤに結合する、構成を採る。
【0027】
この構成によれば、共通に受信されている拡張レイヤが存在する場合は当該共通に受信されている拡張レイヤを1つのレイヤに結合するため、映像伝送効率の向上を図ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、階層符号化された映像ストリームを複数の端末に伝送するシステムにおいて、階層符号化データを複数のレイヤに分割し別チャネルで伝送する際に、受信端末からの情報(たとえば、ハンドオーバやユーザ要求など)を用いて階層別の帯域を動的に制御することである。
【0029】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0030】
(実施の形態1)
本実施の形態では、無線を含み帯域変動の大きい環境で階層符号化映像ストリームを伝送する映像伝送システムにおいて、端末の移動などにより大きな帯域変動が予想される場合には基本レイヤの帯域を極限まで下げることにより、途切れのない映像受信を可能とする映像伝送システムについて説明する。
【0031】
図1は、本発明の実施の形態1に係る映像伝送システムの構成を示す図である。
【0032】
この映像伝送システムは、映像を送信する映像送信装置(以下「送信端末」ともいう)100と、映像を受信する映像受信装置(以下「受信端末」ともいう)150と、映像送信装置100から送信された映像を映像受信装置150に中継するネットワーク180とを有する。すなわち、映像送信装置100から送信された映像は、ネットワーク180を通じて映像受信装置150に伝送される。
【0033】
映像送信装置100は、映像入力部102、映像符号化部104、チャネル分割部106、映像送信部108、端末情報受信部110、および帯域算出部112を有する。
【0034】
映像入力部102は、外部から提供されまたは当該装置100で生成された映像を構成する画像を1フレームごとに映像符号化部104に出力する。
【0035】
映像符号化部104は、映像入力部102から出力された画像を入力画像として階層符号化し、得られた符号化データをチャネル分割部106に出力する。
【0036】
たとえば、MPEG−4 FGS符号化を用いる場合、映像符号化部104は、入力画像に対して基本レイヤ(BL)と、画質を向上させる拡張レイヤ(EL)とで構成される符号化データを生成する(たとえば、図2(A)参照)。このとき、本実施の形態では、基本レイヤの帯域は、帯域算出部112から与えられる。
【0037】
この場合、基本レイヤに拡張レイヤを加えることにより、画質を向上することができる。また、拡張レイヤは下位層からデータを分割することができ、基本レイヤに加えるデータの量を制御することにより、向上させる品質の程度を制御することが可能である。
【0038】
チャネル分割部106は、映像符号化部104から出力された符号化データを複数に分割し、分割データを映像リストと共に映像送信部108に出力する。このとき、本実施の形態では、拡張レイヤの分割帯域は、帯域算出部112から与えられる。たとえば、チャネル分割結果の一例は、図2(B)に示すとおりである。処理の詳細については、後で説明する。
【0039】
また、映像リストの一例は、たとえば、図3に示すとおりである。映像リストには、チャネル番号、レイヤ名称、および各レイヤを受信するために必要な帯域が示されている。なお、映像リストは、図3に示すものに限定されるわけではなく、チャネルごとの帯域が示されたものであればよい。
【0040】
映像送信部108は、チャネル分割部106から出力された分割データおよび映像リストを別々のチャネルでネットワーク180に送信する。具体的には、たとえば、分割され別々のチャネルに割り当てられた符号化データ(基本レイヤと拡張レイヤ)を別々のチャネルでネットワーク180にマルチキャスト送信するとともに、各レイヤの帯域とチャネル番号が示された映像リストをマルチキャスト送信する。マルチキャスト送信を行う場合、チャネル番号は、たとえば、マルチキャストアドレスで示される。ここで、マルチキャスト送信とは、1つの送信端末からデータを送信するチャネルに関して、受信を選択した端末に対してのみデータが伝送される方式であり、複数の受信端末が受信を行う場合においても同一伝送路内では伝送されるデータに重複がないため、伝送効率が良い伝送方式である。
【0041】
なお、映像ストリームの送信方法は、もちろん、マルチキャスト送信に限定されない。
【0042】
端末情報受信部110は、受信端末(映像受信装置150)から送信された端末情報を受信し、帯域算出部112に出力する。ここで、端末情報は、受信端末が移動していることまたは移動を開始することを示す情報(端末移動情報)である。
【0043】
帯域算出部112は、端末情報受信部110から出力された端末情報を用いて、基本レイヤの帯域および拡張レイヤの分割帯域をそれぞれ算出し、前者(基本レイヤの帯域)を映像符号化部104に、後者(拡張レイヤの分割帯域)をチャネル分割部106にそれぞれ出力する。
【0044】
このとき、本実施の形態では、帯域算出部112は、端末移動情報を入力すると、基本レイヤの帯域(ビットレート)を極限まで下げ超低ビットレートに設定する(図4参照)。この結果、途切れのない映像受信が可能になる。このとき、画質は拡張レイヤで補われる。処理の詳細については、後で説明する。
【0045】
一方、映像受信装置150は、端末情報送信部152、映像受信部154、映像復号化部156、および映像表示部158を有する。
【0046】
端末情報送信部152は、端末が移動しているまたは移動を開始すると判断される場合、端末移動情報を映像送信装置100に送信するとともに、映像受信部154に出力する。
【0047】
映像受信部154は、映像送信装置100から送信された映像リストを受信し、映像リスト内で受信可能な映像データを複数選択して受信し、映像復号化部156に出力する。
【0048】
具体的には、映像受信部154は、映像送信装置100から送信された映像リストを受信し、映像リストに示された帯域と現在の受信帯域とを比較し、チャネル番号の下から順に受信可能な複数のチャネル番号を決定する。ただし、本実施の形態では、端末情報送信部152から端末移動情報を入力した場合は、少なくとも基本レイヤのチャネルは受信する。そして、映像受信部154は、決定したチャネル番号の映像データを受信し、受信した映像データを映像復号化部156に出力するとともに、受信した映像データの量から現在の受信帯域を測定する。
【0049】
映像復号化部156は、映像受信部154から出力された映像データ(符号化データ)を復号化し、復号化して得られた映像を映像表示部158に出力する。
【0050】
映像表示部158は、映像復号化部156から出力された映像を画面に表示する。この映像表示部158は、表示デバイスで構成されている。
【0051】
次いで、上記構成を有する映像送信装置100の動作について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図5に示すフローチャートは、映像送信装置100の図示しない記憶装置(たとえば、ROMやフラッシュメモリなど)に制御プログラムとして記憶されており、同じく図示しないCPUによって実行される。
【0052】
まず、ステップS1000では、映像入力部102で、映像を構成する画像を1フレームごとに映像符号化部104に出力する。
【0053】
そして、ステップS1100では、端末情報受信部110が受信端末(映像受信装置150)から端末移動情報を受信したか否かを判断する。この判断の結果として端末移動情報を受信していない場合は(S1100:NO)、ステップS1200に進み、端末移動情報を受信した場合は(S1100:YES)、ステップS1300に進む。
【0054】
ステップS1200では、帯域算出部112で、定常モード帯域算出処理を行う。具体的には、受信端末からの端末移動情報を受信していない場合であるため、あらかじめ設定された基本レイヤの帯域B1_BLと拡張レイヤの分割帯域B1_EL(1)〜B1_EL(i)(iはあらかじめ設定された分割レイヤ数)を用いて、映像符号化部104に基本レイヤの帯域を出力するとともに、チャネル分割部106に拡張レイヤの分割帯域を出力する。そして、ステップS1400に進む。
【0055】
一方、ステップS1300では、帯域算出部112で、移動モード帯域算出処理を行う。具体的には、受信端末からの端末移動情報を受信した場合であるため、基本レイヤの帯域B_BLと拡張レイヤの分割帯域B_EL(1)〜B_EL(i)(iはあらかじめ設定された分割レイヤ数)を算出し、映像符号化部104に基本レイヤの帯域を出力するとともに、チャネル分割部106に拡張レイヤの分割帯域を出力する。そして、ステップS1400に進む。
【0056】
ここで、基本レイヤの帯域B_BLは、たとえば、次の(式1)、
【数1】
を用いて算出する。ただし、B_BLは、算出後の基本レイヤの帯域、B1_BLは、定常モードの基本レイヤの帯域、Nは、端末の移動に伴い基本レイヤの帯域を下げるための帯域低減パラメータである。たとえば、N=10とした場合、端末の移動に合わせて基本レイヤの帯域(ビットレート)を1/10に下げることになる。Nの値は、端末の移動により帯域が大きく変動したとしても映像を途切れずに受信できる最低限の帯域を確保可能な値に設定される。
【0057】
また、拡張レイヤの分割帯域は、たとえば、定常モードの場合と同一であるとする。
【0058】
ステップS1400では、映像符号化部104で、映像符号化処理を行う。具体的には、映像入力部102からの入力映像に対して階層符号化を行い、基本レイヤと拡張レイヤで構成される符号化データを生成し(図2(A)参照)、チャネル分割部106に出力する。このとき、基本レイヤは、帯域算出部112から出力された帯域B_BLにて符号化を行う。
【0059】
そして、ステップS1500では、チャネル分割部106で、チャネル分割処理を行う。具体的には、映像符号化部104から出力された符号化データと、帯域算出部112から出力された拡張レイヤの分割帯域B_EL(1)〜B_EL(i)とを用いて、拡張レイヤを複数のチャネルに分割し、基本レイヤを含めた分割データを映像リスト(図3参照)と共に映像送信部108に出力する。
【0060】
たとえば、図2(A)に示す構造の符号化データを例にとって説明すると、基本レイヤを1つのチャネルとし(BL)、拡張レイヤ(EL)をあらかじめ決められたデータ量で分割し別チャネルとする。
【0061】
一例として、符号化データを4つに分割する場合、各チャネルのビットレートが設定ビットレートB_BL、B_EL(1)、B_EL(2)、B_EL(3)となるように、拡張レイヤ(EL)をEL_1、EL_2、EL_3と3つに分割する(図2(B)参照)。なお、当然のことながら、分割数は4に限定されない。
【0062】
そして、ステップS1600では、映像送信部108で、映像送信処理を行う。具体的には、チャネル分割部106から出力された分割データ(1つの基本レイヤと複数に分割された拡張レイヤ、図2(B)参照)を対応する別々のチャネルでネットワーク180にマルチキャスト送信するとともに、各レイヤの帯域とチャネル番号が示された映像リスト(図3参照)をマルチキャスト送信する。
【0063】
次いで、上記構成を有する映像受信装置150の動作について、図6に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図6に示すフローチャートは、映像受信装置150の図示しない記憶装置(たとえば、ROMやフラッシュメモリなど)に制御プログラムとして記憶されており、同じく図示しないCPUによって実行される。
【0064】
まず、ステップS2000では、自端末が移動中か否か、より具体的には、自端末が移動しているかまたは移動を開始するか否かを判断する。この判断は、たとえば、端末における電波状況や、無線アクセスポイントをまたぐハンドオーバ状態などの情報を用いて行う。また、ユーザが端末の移動を明示する方法も可能である。この判断の結果として自端末が移動中の場合は(S2000:YES)、ステップS2100に進み、自端末が移動中でない場合は(S2000:NO)、ただちにステップS2200に進む。
【0065】
ステップS2100では、端末情報送信部152で端末移動情報送信処理を行う。具体的には、自端末が移動中であるため、端末移動情報を映像送信装置100に送信するとともに、映像受信部154に出力する。そして、ステップS2200に進む。
【0066】
ステップS2200では、映像受信部154で映像受信処理を行う。具体的には、映像送信装置100から送信された映像リストを受信し、映像リストに示された帯域と現在の受信帯域とを比較し、チャネル番号の下から順に受信可能な複数のチャネル番号を決定する。ただし、上記のように、端末情報送信部152から端末移動情報を入力した場合は、少なくとも基本レイヤのチャネルは受信する。そして、決定したチャネル番号の映像データを受信し、受信した映像データを映像復号化部156に出力するとともに、受信した映像データの量から現在の受信帯域を測定する。
【0067】
そして、ステップS2300では、映像復号化部156で映像復号化処理を行う。具体的には、映像受信部154から出力された映像データ(符号化データ)を復号化し、復号化して得られた映像を映像表示部158に出力する。
【0068】
そして、ステップS2400では、映像表示部158で映像表示処理を行う。具体的には、映像復号化部156から出力された映像を画面に表示する。
【0069】
次いで、上記構成の映像伝送システムにおける主要な信号のやり取りについて、図7(A)および図7(B)のシーケンス図を用いて説明する。ここで、図7(A)は、移動時の場合であり、図7(B)は、定常時の場合である。
【0070】
まず、図7(A)を用いて移動時の場合について説明する。
【0071】
移動時の場合(移動を開始する場合を含む)、受信端末150は、端末情報(具体的には端末移動情報)を、ネットワーク180を通じて送信端末100に送信する
(▲1▼)。
【0072】
そして、送信端末100は、受信端末150からの端末移動情報を受信すると、帯域を算出し、具体的には、基本レイヤの帯域(ビットレート)を極限まで下げ超低レートに設定した後(▲2▼)、映像リストをネットワーク180を通じて受信端末150に送信する(▲3▼)。
【0073】
そして、受信端末150は、送信端末100からの映像リストを受信すると、受信した映像リストを用いて受信チャネルを決定する(▲4▼)。
【0074】
そして、送信端末100は、入力映像に対して、1フレームごとに、映像符号化とチャネル分割を行い、分割後の符号化データを別々のチャネルでネットワーク180を通じて受信端末150に送信する(▲5▼)。
【0075】
そして、受信端末150は、送信端末100からの符号化映像データを上記受信チャネルで受信し、復号化し、画面に表示する(▲6▼)。
【0076】
次に、図7(B)を用いて定常時の場合について説明する。
【0077】
定常時の場合、送信端末100は、受信端末150からの端末移動情報を受信せず、帯域を算出し、具体的には、基本レイヤの帯域(ビットレート)を所定の定常時のレートに設定した後(▲1▼)、映像リストをネットワーク180を通じて受信端末150に送信する(▲2▼)。その後の処理は、図7(A)に示す移動時の場合と同様であるため、その説明を省略する(ただし、図中の番号は1ずつ繰り上がっている)。
【0078】
このように、本実施の形態によれば、受信端末150が移動中の場合は、階層符号化データの基本レイヤの帯域を極限まで下げるため、移動中の受信端末は、少なくとも基本レイヤのみを受信することで、途切れない映像受信を行うことができる。
【0079】
図8は、本実施の形態を適用したMPEG−4 FGSによる映像伝送システムの一例を示す構成図である。
【0080】
映像サーバ100は、基本レイヤと複数(N個)の拡張レイヤとで構成される映像ストリームをネットワークに伝送して各種の端末150a、150b、150cに送る。たとえば、端末150aは、高帯域の端末(たとえば、高品位のパソコンやデジタルテレビなど)であり、端末150bは、中帯域の端末(たとえば、中品位のパソコンなど)であり、端末150cは、低帯域の端末(たとえば、携帯電話やPDAなど)である。高帯域の端末150aは、高帯域のLAN180aに接続され、中帯域の端末150bは、中帯域のインターネット180bに接続され、低帯域の端末150cは、低帯域のモバイル網180cに接続されている。
【0081】
このとき、高帯域のLAN180a、中帯域のインターネット180b、および低帯域のモバイル網180cにそれぞれ接続された各端末150a、150b、150cは、各自の受信帯域に合わせて、受信するストリームを選択し、帯域に応じた品質の映像を受信することができる。たとえば、高帯域の端末150aは、基本レイヤとすべての拡張レイヤ1〜Nを受信して、高品質の映像を得ることができる。また、中帯域の端末150bは、基本レイヤと2つの拡張レイヤ1〜2を受信して、中品質の映像を得ることができる。また、低帯域の端末150cは、基本レイヤと1つの拡張レイヤ1を受信して、低品質の映像を得ることができる。
【0082】
しかも、このとき、低帯域の端末150cが移動中の場合、映像サーバ100は基本レイヤの帯域を極限まで下げるため、移動中の端末150cは、少なくとも基本レイヤのみを受信することで、映像を途切れることなく受信することができる。
【0083】
(実施の形態2)
本実施の形態では、無線を含み帯域変動の大きい環境で階層符号化映像ストリームを伝送する映像伝送システムにおいて、端末の移動などにより大きな帯域変動が予想される場合には基本レイヤの帯域を極限まで下げるとともに、最下位の(つまり、基本レイヤに一番近い)拡張レイヤの帯域を上げることにより、途切れのない映像受信を可能とするだけでなく、基本レイヤの帯域変更による品質低下を防止することができる映像伝送システムについて説明する。
【0084】
図9は、本発明の実施の形態2に係る映像伝送システムの構成を示す図である。なお、この映像伝送システムにおける映像送信装置200は、図1に示す映像伝送システムにおける映像送信装置100と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、映像受信装置150は、図1に示すものと全く同一であるため、その説明を省略する。
【0085】
本実施の形態の特徴は、実施の形態1では端末の移動時に基本レイヤの帯域を極限まで下げるだけであるのに対し、ここでは、端末の移動時に基本レイヤの帯域を極限まで下げるとともに、さらに、最下位の拡張レイヤの帯域を上げて画質の補完を図ることである(図10参照)。このため、映像送信装置200は、帯域算出部202を有する。
【0086】
帯域算出部202は、図1の帯域算出部112と同様に、端末情報受信部110から出力された端末情報を用いて、基本レイヤの帯域および拡張レイヤの分割帯域をそれぞれ算出し、前者(基本レイヤの帯域)を映像符号化部104に、後者(拡張レイヤの分割帯域)をチャネル分割部106にそれぞれ出力する。ただし、本実施の形態では、帯域算出部202は、端末移動情報を入力すると、基本レイヤの帯域を下げるとともに、最下位の拡張レイヤの帯域を上げる。この結果、基本レイヤの帯域を下げたことによる他の端末への影響を抑えることができる。処理の詳細については、後で説明する。
【0087】
次いで、上記構成を有する映像送信装置200の動作について、図11に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図11に示すフローチャートは、映像送信装置200の図示しない記憶装置(たとえば、ROMやフラッシュメモリなど)に制御プログラムとして記憶されており、同じく図示しないCPUによって実行される。
【0088】
本実施の形態では、図11に示すように、ステップS1320を図5に示すフローチャートに挿入し、ステップS1300を削除している。
【0089】
ステップS1000〜ステップS1200は、図5に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0090】
ステップS1320では、帯域算出部202で、移動モード帯域算出処理を行う。具体的には、受信端末からの端末移動情報を受信した場合であるため、基本レイヤの帯域B_BLと拡張レイヤの分割帯域B_EL(1)〜B_EL(i)(iはあらかじめ設定された分割レイヤ数)を算出し、映像符号化部104に基本レイヤの帯域を出力するとともに、チャネル分割部106に拡張レイヤの分割帯域を出力する。そして、ステップS1400に進む。
【0091】
ここで、基本レイヤの帯域算出方法は、実施の形態1と同様に、上記の(式1)を用いて算出する。
【0092】
これに対し、拡張レイヤの分割帯域B_EL(1)は、たとえば、次の(式2)、
【数2】
を用いて算出する。ただし、B_EL(1)は、最下位の拡張レイヤの帯域、B1_EL(1)は、最下位拡張レイヤの定常モードの帯域、B_BLは、移動モードの基本レイヤの帯域、B1_BLは、定常モードの基本レイヤの帯域である。また、最下位以外の拡張レイヤの帯域B_EL(2)〜B_EL(i)は、定常モードの場合と同一とする。
【0093】
このように、最下位の拡張レイヤの帯域を基本レイヤの帯域の減少に合わせて向上させることにより、品質低下を防止することができる。
【0094】
ステップS1400〜ステップS1600は、図5に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0095】
このように、本実施の形態によれば、受信端末150が移動中の場合は、階層符号化データの基本レイヤの帯域を極限まで下げるとともに、最下位の拡張レイヤの帯域を上げるため、移動中の受信端末は、少なくとも基本レイヤのみを受信することで、途切れない映像受信を行うことができるだけでなく、他の端末は、受信映像の品質低下を防止することができる。
【0096】
(実施の形態3)
本実施の形態では、無線を含み帯域変動の大きい環境で階層符号化映像ストリームを伝送する映像伝送システムにおいて、端末の移動などにより大きな帯域変動が予想される場合には基本レイヤの帯域を極限まで下げるとともに、最下位の(つまり、基本レイヤに一番近い)拡張レイヤの帯域を細かく分割することにより、途切れのない映像受信を可能とするだけでなく、帯域変動時の受信映像の品質を可及的に向上することができる映像伝送システムについて説明する。
【0097】
図12は、本発明の実施の形態3に係る映像伝送システムの構成を示す図である。なお、この映像伝送システムにおける映像送信装置300は、図1に示す映像伝送システムにおける映像送信装置100と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、映像受信装置150は、図1に示すものと全く同一であるため、その説明を省略する。
【0098】
本実施の形態の特徴は、実施の形態1では端末の移動時に基本レイヤの帯域を極限まで下げるだけであるのに対し、ここでは、端末の移動時に基本レイヤの帯域を極限まで下げるとともに、さらに、最下位の拡張レイヤの帯域を上げて細かく分割して帯域変動時の帯域への適応度を上げることである(図13参照)。このため、映像送信装置300は、帯域算出部302を有する。
【0099】
帯域算出部302は、図1の帯域算出部112と同様に、端末情報受信部110から出力された端末情報を用いて、基本レイヤの帯域および拡張レイヤの分割帯域をそれぞれ算出し、前者(基本レイヤの帯域)を映像符号化部104に、後者(拡張レイヤの分割帯域)をチャネル分割部106にそれぞれ出力する。ただし、本実施の形態では、帯域算出部302は、端末移動情報を入力すると、基本レイヤの帯域を下げるとともに、最下位の拡張レイヤの帯域を上げて細かく分割する。この結果、基本レイヤの帯域を下げたことによる他の端末への影響を抑え、しかも、帯域変動時の帯域への適応度を上げることができる。処理の詳細については、後で説明する。
【0100】
次いで、上記構成を有する映像送信装置300の動作について、図14に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図14に示すフローチャートは、映像送信装置300の図示しない記憶装置(たとえば、ROMやフラッシュメモリなど)に制御プログラムとして記憶されており、同じく図示しないCPUによって実行される。
【0101】
本実施の形態では、図14に示すように、ステップS1340を図5に示すフローチャートに挿入し、ステップS1300を削除している。
【0102】
ステップS1000〜ステップS1200は、図5に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0103】
ステップS1340では、帯域算出部302で、移動モード帯域算出処理を行う。具体的には、受信端末からの端末移動情報を受信した場合であるため、基本レイヤの帯域B_BLと拡張レイヤの分割帯域B_EL(1)〜B_EL(i)(iはあらかじめ設定された分割レイヤ数)を算出し、映像符号化部104に基本レイヤの帯域を出力するとともに、チャネル分割部106に拡張レイヤの分割帯域を出力する。そして、ステップS1400に進む。
【0104】
ここで、基本レイヤの帯域は、実施の形態1と同様に、上記の(式1)を用いて算出する。
【0105】
これに対し、拡張レイヤの分割帯域B_EL(j)は、たとえば、次の(式3)、
【数3】
を用いて算出する。ただし、B_EL(j)は、最下位を第1位として第j位の拡張レイヤの帯域、B1_EL(1)は、最下位拡張レイヤの定常モードの帯域、B_BLは、移動モードの基本レイヤの帯域、B1_BLは、定常モードの基本レイヤの帯域、Mは、最下位の拡張レイヤの分割数である。
【0106】
たとえば、移動モードにおけるM=3の場合の帯域分割結果の一例は、図15(C)に示すとおりである。なお、図15(A)は符号化データの構造を示し、図15(B)は定常モードにおける帯域分割結果の一例を示し、それぞれ図2(A)および図2(B)に対応している。
【0107】
このように、最下位の拡張レイヤの帯域を基本レイヤの帯域の減少に合わせて向上させた上で細かく分割することにより、帯域変動が大きい環境において、各端末が受信可能なチャネルを選択することにより細かい単位で受信映像の品質を適応させることができる。
【0108】
ステップS1400〜ステップS1600は、図5に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0109】
このように、本実施の形態によれば、受信端末150が移動中の場合は、階層符号化データの基本レイヤの帯域を極限まで下げるとともに、最下位の拡張レイヤの帯域を上げて細かく分割してチャネル数を増加させるため、移動中の受信端末は、基本レイヤに加えて受信可能な分割拡張レイヤを選択的に受信することで、途切れない映像受信を行うことができるだけでなく、伝送帯域に細かく適応した品質で映像受信を行うことができる。
【0110】
(実施の形態4)
本実施の形態では、無線を含み帯域変動の大きい環境で階層符号化映像ストリームを伝送する映像伝送システムにおいて、端末のレイヤ受信状況に応じて、拡張レイヤの構成を算出することにより、映像の伝送効率の向上を図ることができる映像伝送システムについて説明する。
【0111】
図16は、本発明の実施の形態4に係る映像伝送システムの構成を示す図である。なお、この映像伝送システムにおける映像送信装置400および映像受信装置450は、図1に示す映像伝送システムにおける映像送信装置100および映像受信装置150とそれぞれ同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0112】
本実施の形態の特徴は、受信端末情報(具体的には受信レイヤ情報)を用いて各拡張レイヤの帯域を決定することである。たとえば、受信者が少ない場合は拡張レイヤを分割し(図17の▲1▼参照)、共通に受信される拡張レイヤは1つのレイヤにまとめる(図17の▲2▼参照)。このため、映像送信装置400は、映像送信部402、受信状況受信部404、および帯域算出部406を有し、映像受信装置450は、受信状況送信部452を有する。
【0113】
映像送信部402は、図1の映像送信部108と同様に、チャネル分割部106から出力された分割データおよび映像リストを別々のチャネルでネットワーク180に送信する。さらに、本実施の形態では、帯域算出部406から出力される映像リストもネットワーク180に送信する。なお、チャネル分割部106から出力される映像リストと帯域算出部406から出力される映像リストは、同様のものである(図3参照)。
【0114】
受信状況受信部404は、複数の受信端末(映像受信装置450)から送信された受信状況を受信し、受信レイヤ情報を生成して帯域算出部406に出力する。ここで、受信状況は、各受信端末が現在受信しているレイヤの情報であり、受信レイヤ情報は、各レイヤに対する受信端末の総数を示す情報である。
【0115】
受信レイヤ情報の一例は、たとえば、図18(A)および図18(B)に示すとおりである。ここで、CLIENT_NUMは、受信端末の総数を示し、BL=xは、基本レイヤを受信している端末の数がxであり、EL_I=yは、拡張レイヤEL_I(Iは拡張レイヤの番号)を受信している端末の数がyであることをそれぞれ示している。
【0116】
帯域算出部406は、受信状況受信部404から出力された受信レイヤ情報を用いて、拡張レイヤの分割帯域を算出し、算出した拡張レイヤの分割帯域をチャネル分割部106に出力する。また、あらかじめ設定された基本レイヤの帯域を映像符号化部104に出力する。
【0117】
受信状況送信部452は、当該受信端末450が現在受信しているレイヤの情報を受信状況として送信端末(映像送信装置400)に送信する。このとき、現在受信しているレイヤの情報は、映像受信部154aから与えられる。
【0118】
次いで、上記構成を有する映像送信装置400の動作について、図19に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図19に示すフローチャートは、映像送信装置400の図示しない記憶装置(たとえば、ROMやフラッシュメモリなど)に制御プログラムとして記憶されており、同じく図示しないCPUによって実行される。
【0119】
本実施の形態では、図19に示すように、ステップS1120、ステップS1140、ステップS1160、およびステップS1180を図5に示すフローチャートに挿入し、ステップS1100、ステップS1200、およびステップS1300を削除している。
【0120】
ステップS1000は、図5に示すフローチャートのステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0121】
ステップS1120では、受信状況受信部404は、受信状況受信処理を行う。具体的には、複数の受信端末(映像受信装置450)から送信された受信状況を受信し、受信レイヤ情報(図18(A)および図18(B)参照)を生成して帯域算出部406に出力する。
【0122】
そして、ステップS1140では、帯域算出部406で、拡張レイヤ構成算出処理を行う。具体的には、あらかじめ設定された基本レイヤの帯域を映像符号化部104に出力するとともに、受信状況受信部404から出力された受信レイヤ情報を用いて、拡張レイヤの構成つまり分割帯域を算出し、得られた拡張レイヤの分割帯域をチャネル分割部106に出力する。
【0123】
ここで、拡張レイヤの分割は、たとえば、次の(式4)および(式5)、
【数4】
【数5】
を用いて行う。
【0124】
すなわち、全端末において受信されている拡張レイヤの総数が1以上の場合は、(式4)を用いる。ただし、(式4)において、B_EL(i)´は、帯域算出後の拡張レイヤiの帯域、B_EL(i)は、前回の拡張レイヤiの帯域、mは、全受信端末が受信している拡張レイヤの総数である。たとえば、図18(A)の例では、全端末数が3であり、EL_1、EL_2の受信端末数がいずれも3であるため、m=2となる。
【0125】
このように、(式4)を用いる場合は、全端末で受信されている拡張レイヤを1つにまとめることにより、ヘッダ情報などのオーバーヘッドを削減し、伝送効率を向上することできる(図17の▲2▼参照)。
【0126】
また、全端末において受信されている拡張レイヤの総数が0であり、かつ、次の(式6)の条件が満たされる場合は、
【数6】
(式5)を用いる。すなわち、受信端末が少ない場合は、最下位の拡張レイヤを分割する。ただし、(式5)において、Mは、帯域分割パラメータであり、拡張レイヤEL_1の帯域を等分割するためのパラメータである。また、(式6)において、Kは、端末割合パラメータ、CLIENT_NUMは、受信端末の総数、N(EL_1)は、拡張レイヤEL_1を受信している端末の数である。
【0127】
たとえば、図18(B)において、K=2、M=3と想定すると、全端末数の1/2の端末がEL_1を受信していない場合は、(式5)を用いて、拡張レイヤEL_1を3つに分割し、より多くの端末において拡張レイヤを受信しやすくことができる。
【0128】
また、全端末において受信されている拡張レイヤの総数が0であり、かつ、(式6)の条件が満たされない場合は、前回と同じ帯域を用いる。
【0129】
そして、ステップS1160では、帯域算出部406で、ステップS1140の処理結果としてレイヤ構成が変更されたか否かを判断する。この判断は、拡張レイヤの分割帯域が前回算出した帯域と異なるか否かによってなされる。この判断の結果として拡張レイヤの構成が変わった場合は(S1160:YES)、映像リスト(図3参照)を生成して映像送信部402に出力し、ステップS1180に進む。これに対し、拡張レイヤの構成が変わらない場合は(S1160:NO)、ただちにステップS1400に進む。
【0130】
ステップS1180では、映像送信部402で、映像リスト送信処理を行う。具体的には、帯域算出部406から出力された映像リストをネットワーク180に送信する。そして、ステップS1400に進む。
【0131】
ステップS1400〜ステップS1600は、図5に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0132】
次いで、上記構成を有する映像受信装置450の動作について、図20に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図20に示すフローチャートは、映像受信装置450の図示しない記憶装置(たとえば、ROMやフラッシュメモリなど)に制御プログラムとして記憶されており、同じく図示しないCPUによって実行される。
【0133】
本実施の形態では、図20に示すように、ステップS2250を図6に示すフローチャートに挿入し、ステップS2000およびステップS2100を削除している。
【0134】
ステップS2200は、図6に示すフローチャートのステップと同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態では、映像受信部154aは、現在受信しているレイヤの情報を受信状況送信部452に出力する。
【0135】
ステップS2250では、受信状況送信部452で、受信状況送信処理を行う。具体的には、当該受信端末450が現在受信しているレイヤの情報を受信状況として送信端末(映像送信装置400)に送信する。
【0136】
なお、本実施の形態では、受信状況の送信を映像受信処理の度に行っているが、これに限定されるわけではなく、伝送路の混雑を避けるため、一定の間隔で送信することも可能である。
【0137】
ステップS2300およびステップS2400は、図6に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。
【0138】
このように、本実施の形態によれば、受信端末からの受信状況に応じて、共通受信されている拡張レイヤを1つのレイヤとし、または、受信端末が少ない場合は最下位の拡張レイヤを分割するため、伝送効率を向上するだけでなく、多くの端末でより高品位な映像を受信することができる。
【0139】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、伝送帯域が変動する無線ネットワークなどを含むネットワークにおいて、受信端末の移動などにより帯域が大きく変動した場合においても、途切れのない映像伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る映像伝送システムの構成を示す図
【図2】(A)MPEG−4 FGS符号化を用いた場合の符号化データの構造の一例を示す図
(B)図2(A)の符号化データに対するチャネル分割結果の一例を示す図
【図3】映像リストの一例を示す図
【図4】実施の形態1の概念を説明するための図
【図5】実施の形態1に対応する映像送信装置の動作を示すフローチャート
【図6】実施の形態1に対応する映像受信装置の動作を示すフローチャート
【図7】(A)実施の形態1に対応する映像伝送システムにおける端末移動時の主要な情報のやり取りを示すシーケンス図
(B)実施の形態1に対応する映像伝送システムにおける定常時の主要な情報のやり取りを示すシーケンス図
【図8】実施の形態1を適用したMPEG−4 FGSによる映像伝送システムの一例を示す構成図
【図9】本発明の実施の形態2に係る映像伝送システムの構成を示す図
【図10】実施の形態2の概念を説明するための図
【図11】実施の形態2に対応する映像送信装置の動作を示すフローチャート
【図12】本発明の実施の形態3に係る映像伝送システムの構成を示す図
【図13】実施の形態3の概念を説明するための図
【図14】実施の形態3に対応する映像送信装置の動作を示すフローチャート
【図15】(A)MPEG−4 FGS符号化を用いた場合の符号化データの構造の一例を示す図
(B)定常モードにおける図15(A)の符号化データに対するチャネル分割結果の一例を示す図
(C)移動モードにおける図15(A)の符号化データに対するチャネル分割結果の一例を示す図
【図16】本発明の実施の形態4に係る映像伝送システムの構成を示す図
【図17】実施の形態4の概念を説明するための図
【図18】(A)受信レイヤ情報の一例を示す図
(B)受信レイヤ情報の他の一例を示す図
【図19】実施の形態4に対応する映像送信装置の動作を示すフローチャート
【図20】実施の形態4に対応する映像受信装置の動作を示すフローチャート
【図21】従来の映像伝送システムの構成の一例を示す図
【符号の説明】
100、200、300、400 映像送信装置
102 映像入力部
104 映像符号化部
106 チャネル分割部
108、402 映像送信部
110 端末情報受信部
112、202、302、406 帯域算出部
150、450 映像受信装置
152 端末情報送信部
154、154a 映像受信部
156 映像復号化部
158 映像表示部
Claims (5)
- 階層符号化データを複数に分割し別チャネルで映像送信装置からネットワークを通じて映像受信装置に伝送する映像伝送システムであって、
前記映像送信装置は、
前記映像受信装置から映像受信装置が移動中であることを示す情報を受信する受信手段と、
前記映像受信装置が移動中である場合は、分割階層符号化データのうち基本レイヤの映像符号化帯域を予め設定した下限帯域まで下げる制御手段と、を有し、
前記映像受信装置は、前記情報を送信する送信手段、
を有することを特徴とする映像伝送システム。 - 前記制御手段は、
基本レイヤの映像符号化帯域を予め設定した下限帯域まで下げる場合、下げた分の基本レイヤの映像符号化帯域分だけ、最下位の拡張レイヤの映像符号化帯域を増やす、
ことを特徴とする請求項1記載の映像伝送システム。 - 前記制御手段は、
基本レイヤの映像符号化帯域を予め設定した下限帯域まで下げる場合、最下位の拡張レイヤの映像符号化帯域を予め設定した数に分割する、
ことを特徴とする請求項1記載の映像伝送システム。 - 階層符号化データを複数に分割し別チャネルで映像送信装置からネットワークを通じて映像受信装置に伝送する映像伝送システムであって、
前記映像送信装置は、前記映像受信装置から前記映像受信装置の階層符号化データの受信者数を示す情報を受信する受信手段と、
前記情報において階層符号化データの拡張レイヤの受信者数が所定値以下と判断される場合、最下位の拡張レイヤの映像符号化帯域を分割する制御手段と、を有し、
前記映像受信装置は、前記情報を送信する送信手段、を有することを特徴とする映像伝送システム。 - 前記制御手段は、
受信状況として、所定数の受信者において共通に受信されている複数の拡張レイヤが存在すると判断される場合、当該共通に受信されている複数の拡張レイヤを1つのレイヤに結合する、
ことを特徴とする請求項4記載の映像伝送システム。
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