JP4838273B2 - メディア内同期化のための適応型メディア再生方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明はメディア内同期化品質を向上させるための適応型メディア再生装置を提供することを第2目的とする。
しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定するものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物、および代替物を含むものとして理解しなければならない。
以下、メディア(media)とはビデオおよびオーディオのうちの1つを含む概念である。
図1は一般的な適応型メディア再生(AMP)方式を適用したネックワークシステム構造を示すブロック図である。図2は本発明の一実施形態に係る適応型メディア再生(AMP)を行う受信側の適応型メディア再生装置の構成を示すブロック図であり、図3は本発明の一実施形態に係る適応型メディア再生装置において行われる適応型メディア再生(AMP)過程を説明するための概念図である。
再生バッファ115はネットワークデバイス140から受信するビデオパケットをバス170を介して受信して格納する。
AMP制御部130は、中央処理部120およびメインメモリによって制御されるように連結され、バス170に接続している再生バッファ115、ビデオデコーダ150、ビデオ出力部160間のバス170を介したデータの伝送を制御し、ビデオ出力部170の出力時間を制御する。
送信機10においてタイムスタンプを有するメディアユニットは、図1に示すように、IPネットワーク20を介して適応型メディア再生装置100の再生バッファ115に伝送される。適応型メディア再生装置100におけるAMP制御部130はメディアユニットの再生時間をスケジュールする。
図5は再生途切れ時の再生不連続モデルを示す概念図であり、図6は再生スキップ時の再生不連続モデルを示す概念図であって、再生タイムラインにおける連続的なメディアユニット間の基本的な再生不連続モデルを示す。
一般式1と一般式2から、k番目とk−1番目メディアユニット間の再生不連続量は次の一般式3のように求められる。
さらに、tp[k]における遅延は次の一般式4のように定義することができる。
再生途切れの場合の再生不連続モデルは次の一般式5のように定義することができる。
最後に、一般式5と一般式6から、単一再生不連続モデルを次の一般式7のように定義することができる。
再生において時間的な歪み量を測定するためには、視聴者が感じる再生品質の特性を考慮するときに、長い再生不連続さが短い再生不連続さよりさらに加重値を与えて計算される。つまり、メディア内同期化品質は再生不連続さの長さが線形的に増加するに伴って幾何級数的に減少する。時間的歪み量を測定するための尺度として、再生不連続さの平均二乗誤差(Root Mean Square Error;以下、RMSE)を用いることができる。
j番目からk番目メディアユニットまでのメディア内同期化品質は次の一般式8のように計算することができる。
はj番目からk番目メディアユニットまでの再生不連続のRMSEを示す。
一般式7からメディア内同期化品質を増加させるためには、再生途切れと再生スキップのような長い再生不連続の場合を最小化することが重要である。AMP技法は再生速度を調節することによって再生途切れとスキップの場合を減らすのに用いられ得る。ここで、AMP技法による再生速度調節の変化範囲は人間の知覚特性を考慮して決定することができる。よって、次の一般式9のようにAMP技法の再生速度の調節範囲を定義することができる。
一方、再生途切れおよび再生スキップによる再生不連続量がメディア内同期化品質の低下により大きく影響を及ぼすといっても、AMP技法によって発生する再生不連続量もメディア内同期化品質の低下に影響を及ぼし得る。よって、再生不連続のRMSEを最小化する効率的なAMP制御技法が求められる。以下、本発明の一実施形態に係る再生不連続モデルに基づいたAMPメディア再生方法について説明する。
時間的な歪みを最小化するためには、AMP技法は再生途切れと再生スキップを避けられるように設計されるべきであり、そのために再生途切れと再生スキップを防ぐための最大/最小AMP因子(factor)値を求める。先ず、単一メディアユニット(MU)途切れの場合を考慮する。ここでは、単一メディアユニット途切れの場合の時間的な歪みを最小化できるAMP因子値の効果的な範囲を求める。その後は複数のメディアユニット途切れの場合に広げることができる。また、再生スキップの場合にも再生途切れの場合と類似するように単一メディアユニット(MU)途切れおよび複数のメディアユニット途切れの場合を考慮することができる。
2.1.1単一メディアユニット途切れ
先ず、再生不連続モデルを用いて単一メディアユニット途切れの場合を分析する。AMP技法を適用しない場合、tp[k]においてnp[k]=1であると仮定する。そうすると、再生不連続のRMSEは一般式7と一般式8を用いて次の一般式10のように求めることができる。
よって、一般式14と一般式15から、tp[k]において再生途切れを避けるためのAMP因子値の最小値は次の一般式16のように決定することができる。
単一メディアユニットの場合の分析は複数のメディアユニット途切れの場合を考慮することで一般的な場合に広げることができる。tp[k]後に連続的な(m+1)個のメディアユニット途切れがあると仮定すれば、一般式16は次の一般式17のように複数のメディアユニット途切れの場合の再生途切れを避けるためのAMP条件に広げることができる。
2.2.1複数のメディアユニットスキップ(Multiple MUs skip)
再生バッファのオーバーフローおよび再生スキップは、再生バッファ115のバッファレベルがbs−S/fpsより大きい時に発生する。
再生スキップのための分析は再生途切れの場合と類似する。よって、具体的な分析過程は省略する。
先ず、tp[k]において連続的な(m+1)個のメディアユニットがスキップしたと仮定すれば、AMP因子値の最大値は次の一般式20のように決定され、最小値は次の一般式21のように決定される。
上記では再生途切れと再生スキップを避けるためのAMP因子値の最大値および最小値を定義した。上記AMP因子値の最大値および最小値の正義によって本発明の一実施形態に係る適応型メディア再生方法では、与えられた状況に伴うAMP因子値を動的に決定する。
以下、本発明の一実施形態に係る適応型メディア再生方法について説明する。
図7は本発明の一実施形態に係るネットワークメディアストリーミングシステムの適応型メディア再生装置におけるバッファ基盤適応型メディア再生方法を説明するフローチャートであり、図8は図7の現在フレームの再生間隔を計算するための過程を説明するフローチャートである。図9は図8の再生途切れ時の再生速度の最大値および最小値を求める過程を説明するフローチャートであり、図10は図8の再生スキップ時の再生速度の最大値および最小値を求める過程を説明するフローチャートである。
より大きい値を有する。第1番目メディアユニットは再生バッファ115のバッファレベルが目標バッファレベルより大きい時に再生される。
130では、前記現在のj番目フレームを受信してから前記算出した再生間隔だけ待機した後に前記現在のj番目フレームを再生する(ステップ730)。
先ず、AMP制御部130では現在のj番目フレームから未来の(j+w)番目フレームのバッファレベルを予測する(ステップ721)。具体的には、先ずAMP制御部130ではtp[k]からtp[j+w]までの受信率を次の一般式22の加重値式によって算出する。
AMP制御部130では一般式15に前記予測した受信率rest[i]を適用して、未来の(j+w)番目フレームのバッファレベルbest[j+w]を予測することができる。
3.1シミュレーション環境
図11は、本発明の一実施形態に係るバッファ基盤適応型メディア再生方法の性能評価のためのシミュレーショントポロジーを示す概念図である。Node 0と34はビデオ送信機と受信機を示す。Node 0はビデオソースをNode 34でストリームする。ここで、ソースビット率は4.8Mbpsである。ネットワーク混雑を与えるためにNode 77はシミュレーションシナリオによってNode 33で3Mbpsのパレートトラフィック(pareto traffic)を伝送する。このような設定により、Node 2と10でボトルネック(bottle neck)地点が発生する。受信側のバッファ大きさであるbsは4.8Mbitに設定される。また、AMP因子値の閾値△thは0.25に設定される。
よって、一般式15で用いられたr[i]はppf[i]*8*1500として計算され得る。ここでppf[i]はtp[i]とtp[i−1]との間の受信したパケット数を示す。図12のようにppfはppforiginを中心に変わる。シナリオ1において、Node 77はパレートトラフィックを2秒間隔で開始と止めを繰り返すように設定した。それと同様にシナリオ2では5秒、シナリオ3では20秒間隔で開始と止めを繰り返すように設定した。
図13は、本発明の一実施形態に係るバッファ基盤適応型メディア再生方法を3つのシナリオに対してシミュレーションした場合の受信機で測定された再生不連続のRMSE値を示すグラフである。シナリオ1は、第2番目技法(TH−based AMP)の下位閾値LWMが0.3secであり、上位閾値HWMが0.7secであり、第3番目技法である本発明のバッファ基盤適応型メディア再生方法のwが37である場合を示す。シナリオ2は、第2番目技法(TH−based AMP)の下位閾値LWMが0.1secであり、上位閾値HWMが0.9secであり、第3番目技法である本発明のバッファ基盤適応型メディア再生方法のwが25である場合を示す。シナリオ3は、第2番目技法(TH−based AMP)の下位閾値LWMが0.2secであり、上位閾値HWMが0.8secであり、第3番目技法である本発明のバッファ基盤適応型メディア再生方法のwが12である場合を示す。図13に示すように、3つのシナリオに対し、本発明のバッファ基盤適応型メディア再生方法が最も小さい再生不連続のRMSEを有することが分かる。
図14〜図16に示すように、第2番目技法(TH−based AMP)において、AMP制御はバッファレベルに応じて動作し、AMP因子値は0.25、0、−0.25の3つの値だけを有する。しかし、本発明のバッファ基盤適応型メディア再生方法は、上述したAMP制御アルゴリズムに応じて動作するため、AMP因子値は動的に変わることが分かる。
また、本発明のバッファ基盤適応型メディア再生方法は、上記再生速度の最大値と最小値を求めるために現在のバッファレベルを用いず、wだけ以後の未来のバッファレベルを予測して用いる。
115:再生バッファ
130:AMP制御部
Claims (11)
- ネットワークメディアストリーミングシステムの受信側におけるバッファ基盤適応型メディア再生方法は、
受信したメディアストリームの現在のj番目フレーム(ここで、jは自然数)を再生するための再生間隔を算出するステップ;および
前記現在のj番目フレームを受信してから前記算出した再生間隔だけ待機した後に前記現在のj番目フレームを再生するステップを含み、
前記受信したメディアストリームの現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出するステップは、
前記メディアストリームの平均受信率と(j−1)番目フレームの再生時間と(j−2)番目フレームの再生時間との間の受信率に加重値を適用して前記 j番目フレームにおける予測受信率を算出し、(j−1)番目フレームのバッファレベルから前記予測受信率を利用して(j+w)番目フレーム(ここで、wは自然数)のバッファレベルを算出するステップ;
前記算出したバッファレベルに基づいて前記現在のj番目フレームにおける再生途切れおよび再生スキップのうちの1つを予測するステップ;および
前記予測した再生途切れおよび再生スキップのうちの1つの場合に対し、再生速度調節パラメータに基づいて前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出するステップを含むことを特徴とするメディア再生方法。 - 前記算出したバッファレベルに基づいて前記現在のj番目フレームにおける再生途切れまたは再生スキップのうちの1つを予測するステップは、前記算出したバッファレベルにアンダーフローが発生する場合には前記再生途切れとして予測し、前記算出したバッファレベルにオーバーフローが発生する場合には前記再生スキップとして予測することを特徴とする、請求項1に記載のメディア再生方法。
- 前記予測した再生途切れおよび再生スキップのうちの1つの場合に対し、再生速度調節パラメータに基づいて前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出するステップは、前記予測した再生途切れ時の再生速度調節パラメータの最大値と最小値を算出するか、または前記予測した再生スキップ時の再生速度調節パラメータの最大値と最小値を算出し、前記算出した再生速度調節パラメータの最大値と最小値に基づき前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出することを特徴とする、請求項1に記載のメディア再生方法。
- 前記予測した再生途切れおよび再生スキップのうちの1つの場合に対し、再生速度調節パラメータに基づいて前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出するステップは、 前記算出した再生速度調節パラメータの最大値と最小値の中間値に基づき前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出すること特徴とする、請求項3に記載のメディア再生方法。
- 前記算出したバッファレベルにアンダーフローまたはオーバーフローが発生しない場合には、前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を0に設定することを特徴とする、請求項4に記載のメディア再生方法。
- 前記現在のj番目フレームの次のフレームである(j+1)番目フレームから受信したメディアストリームの最後のフレームまで前記再生間隔を算出して再生するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のメディア再生方法。
- 請求項1に記載されたネットワークメディアストリーミングシステムの受信側におけるバッファ基盤適応型メディア再生方法を実行するためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- ネットワークから受信したメディアパケットを格納する再生バッファ;
前記再生バッファに格納されたメディアパケットを復号化するビデオデコーダ;および
前記メディアストリームの平均受信率と(j−1)番目フレームの再生時間と(j−2)番目フレームの再生時間との間の受信率に加重値を適用して前記 j番目フレームにおける予測受信率を算出し、(j−1)番目フレームのバッファレベルから前記予測受信率を利用して前記復号化されたメディアパケットの(j+w)番目フレーム(ここで、jおよびwは自然数)のバッファレベルを算出し、前記算出したバッファレベルに基づいて前記現在のj番目フレームにおける再生途切れおよび再生スキップのうちの1つを予測し、前記予測した再生途切れおよび再生スキップのうちの1つの場合に対し、再生速度調節パラメータに基づいて前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出する適応型メディア再生制御部を含む適応型メディア再生装置。 - 前記適応型メディア再生制御部は、前記算出したバッファレベルにアンダーフローが発生する場合には前記再生途切れとして予測し、前記算出したバッファレベルにオーバーフローが発生する場合には前記再生スキップとして予測することを特徴とする、請求項8に記載の適応型メディア再生装置。
- 前記適応型メディア再生制御部は、前記予測した再生途切れ時の再生速度調節パラメータの最大値と最小値を算出するか、または前記予測した再生スキップ時の再生速度調節パラメータの最大値と最小値を算出し、前記算出した再生速度調節パラメータの最大値と最小値に基づき前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出することを特徴とする、請求項9に記載の適応型メディア再生装置。
- 前記適応型メディア再生制御部は、 前記算出した再生速度調節パラメータの最大値と最小値の中間値に基づき前記現在のj番目フレームを再生するための再生間隔を算出することを特徴とする、請求項10に記載の適応型メディア再生装置。
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