WO2014188664A1 - 放送システム、クライアント、同期プログラム、及び同期方法 - Google Patents

Abstract

　同期パケットのジッタ増大を招くことなく、キューイング遅延を補償して同期精度を向上させる放送システムを提供する。放送データサーバ（１０１）は、クライアント（１０２、１０３）をスレーブ装置として同期をとるために、複数のクライアント（１０２、１０３）に同期パケットを送信するマスタ装置としても機能する。放送データサーバ（１０１）は、複数の映像パケットをそれぞれ異なる送信間隔で複数のクライアント（１０２、１０３）に送信し、同期パケットを送信する送信部（１３）を備えており、クライアント（１０２、１０３）は、映像パケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部（２２）と、帯域推定の結果に基づいて、同期パケットの時刻情報を補正する時刻情報補正部（２３）とを備えている。

Description

放送システム、クライアント、同期プログラム、及び同期方法 関連する出願

　本出願では、２０１３年５月２０日に日本国に出願された特許出願番号２０１３－１０６５３７の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。

分野

　本開示は、放送データパケットを配信するサーバと放送データパケットの配信を受ける複数のクライアントとを備えた放送システム、及びそのクライアント、複数のクライアントの同期をとるための同期プログラム、及び同期方法に関する。

背景及び概要

　従来より、アナログテレビの電波空き帯域であるＶＨＦ(Very-High Frequency)－ｌｏｗ帯やＵＨＦ帯（Ultra-High Frequency）の地上波デジタル放送における未使用チャネルを利用した放送システムが提案されている。このような放送システムは、例えば防災及び被災時のための放送システムとして有用であり、すでに一部地域で実証実験が行われている。

　このような放送システムでは、ＩＰネットワークで接続された複数の無線基地局を設置してカバーエリアを重複させることで、広域をカバーしている。この場合に、複数の無線基地局で同一の周波数を用いるＳＦＮ（Single Frequency Network）を採用すると、周波数利用効率の観点から有利である。

　ＳＦＮは、低速なシングルキャリア無線においては実現がされている。しかしながら、ＩＳＤＢ－Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial）のようなＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調を用いる放送システムでは、基地局間同期のわずかなずれがあるだけでも、サブチャネル間の符号間干渉が起こってしまうため、無線基地局間の精密な同期が要求される。

　上記のようにＩＰネットワークで接続された複数の無線基地局でＳＦＮにより広帯域をカバーする放送システムでは、一の無線基地局をマスタ装置とし、他の無線基地局をスレーブ装置として、複数の無線基地局を同期させる。同期を確立する方式として、放送中継方式があるが、この方式では回り込みキャンセラが必要となり、コスト高となる。また、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いる方式もあるが、この方式ではＧＰＳ電波を受信可能な場所に無線基地局を設置しなければならないという制約がある。

　よって、ＩＰネットワークを用いて安価に無線基地局間の同期を実現することが望ましい。ＩＰネットワークを介して接続されたマスタ装置とスレーブ装置との間で、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）等の手法で同期を確立する場合には、マスタ装置とスレーブ装置との間で同期パケットが送受信される。

　図３は、ＰＴＰによる時刻同期の一例の原理を説明する図である。マスタ装置１０２は、スレーブ装置１０３に同期メッセージを送信し（Ｓ７１）、その送信時刻ｔ_１を記録して、フォローアップメッセージによって、その記録した送信時刻ｔ_１をスレーブ装置１０３に通知する（Ｓ７２）。この送信時刻ｔ_１は、マスタ装置１０２のクロックで計測した同期メッセージの送信時刻である。スレーブ装置１０３では、同期メッセージを受信した時刻を記録する。この受信時刻ｔ_２は、スレーブ装置１０３のクロックで計測した同期メッセージの受信時刻である。また、スレーブ装置１０３は、フォローアップメッセージを受信すると、送信時刻ｔ_１を記録する。

　次に、スレーブ装置１０３は、マスタ装置１０２に遅延要求メッセージを送信する（Ｓ７３）。このとき、スレーブ装置１０３は、遅延要求メッセージの送信時刻ｔ_３を記録して、この送信時刻ｔ_３を遅延要求メッセージに含めて送信する。この送信時刻ｔ_３は、スレーブ装置１０３のクロックで計測した遅延要求メッセージの送信時刻である。マスタ装置１０２は、この遅延要求メッセージを受信すると、受信時刻ｔ_４を記録して、遅延応答メッセージによって、記録した受信時刻ｔ_４をスレーブ装置１０３に通知する。この受信時刻ｔ_４は、マスタ装置１０２のクロックで計測した遅延要求メッセージの受信時刻である。

　マスタ装置１０２とスレーブ装置１０３との間の伝送遅延時間が対称であるという前提条件をおくと、以下の式（１）及び（２）が成り立つ。
　Ｄ＋Ｏ＝ｔ_２－ｔ_１　　・・・（１）
　Ｄ－Ｏ＝ｔ_４－ｔ_３　　・・・（２）
　ここで、Ｄはマスタ装置１０２とスレーブ装置１０３との間の伝送遅延時間である。また、Ｏは、マスタ装置１０２のクロックとスレーブ装置１０３のクロックとのずれ（オフセット）であり、スレーブ装置１０３のクロックが進んでいるときに正の値になる。

　式（１）及び（２）から、伝送遅延時間Ｄ及びオフセットＯは、以下の式（３）及び（４）によって求めることができる。
　Ｄ＝（（ｔ_２－ｔ_１）＋（ｔ_４－ｔ_３））／２　　・・・（３）
　Ｏ＝（（ｔ_２－ｔ_１）－（ｔ_４－ｔ_３））／２　　・・・（４）

　このように、ＰＴＰによる時刻同期の処理においては、同期メッセージや遅延要求メッセージのパケット（同期パケット）の送信時間や受信時刻に基づいて、オフセットと伝送延時間が求められた上で、時刻同期が行われる。

　図４は、ＰＴＰによる周波数同期の一例の原理を説明する図である。マスタ装置１０２は、スレーブ装置１０３に同期メッセージを送信し（Ｓ８１）、その送信時刻ｔ_１を記録して、フォローアップメッセージによって、記録した送信時刻ｔ_１をスレーブ装置１０３に通知する（Ｓ８２）。この送信時刻ｔ_１は、マスタ装置のクロックで計測した同期メッセージの送信時刻である。スレーブ装置１０３では、同期メッセージの受信時刻ｔ_２を記録する。この受信時刻ｔ_２は、スレーブ装置１０３のクロックで計測した同期メッセージの受信時刻である。また、スレーブ装置１０３は、フォローアップメッセージを受信すると、送信時刻ｔ_１を記録する。

　所定の時間後に、マスタ装置１０２は、再びスレーブ装置１０３に同期メッセージを送信し（Ｓ８３）、その送信時刻ｔ_１´を記録して、フォローアップメッセージによって、記録した送信時刻ｔ_１´をスレーブ装置１０３に通知する（Ｓ８４）。この送信時刻ｔ_１´は、マスタ装置のクロックで計測した同期メッセージの送信時刻である。スレーブ装置１０３では、同期メッセージの受信時刻ｔ_２´を記録する。この受信時刻ｔ_２´は、スレーブ装置１０３のクロックで計測した同期メッセージの受信時刻である。また、スレーブ装置１０３は、フォローアップメッセージを受信すると、送信時刻ｔ_１´を記録する。

　スレーブ装置１０３は、記録された同期メッセージ送信時刻ｔ_１、ｔ_１´、及び同期メッセージ受信時刻ｔ_２、ｔ_２´を用いて、ｔ_１´－ｔ_１＝ｔ_２´－ｔ_２となるようにクロック周波数を調整する。このように、ＰＴＰによる周波数同期の処理においては、同期メッセージのパケットの送信時間及び受信時刻に基づいて、クロック周波数が調整されて周波数同期が行われる。

　上記のように、時刻同期においても周波数同期においても、同期パケットを伝送する伝送経路における伝送遅延が一定であることが、精密な同期を確立する上で重要になる。しかしながら、実際には、同期パケットの伝送経路には伝送ゆらぎがあり、伝送遅延は必ずしも一定でない。

　図５は、この課題を説明する図である。図５は、放送システムの構成を示す図である。放送システム２００は、映像を配信する映像サーバ２０１と、複数のクライアント２０２、２０３と、その他の装置２０４とを備え、それらがＩＰネットワークを介して通信可能に接続されている。ＩＰネットワークにはルータ／スイッチ２０５が設けられている。ルータ／スイッチ２０５は、映像サーバ２０１、クライアント２０２、２０３、その他の装置２０４の間で伝送されるパケットのルーティング及びスイッチングを行う。

　この放送システム２００では、映像サーバ２０１から複数のクライアント２０２、２０３に対して映像を配信する。クライアント２０２、２０３はＩＰネットワークを介して他の装置２０４とも通信を行うことができる。また、クライアント２０２、２０３では、映像サーバ２０１から映像パケットを受信するのと同時に、他の装置２０４から通信パケットを受信することも可能である。

　映像サーバ２０１は、クライアント２０２、２０３どうしの同期を取るためのマスタ装置としても機能する。すなわち、映像サーバ２０１は正確なクロックを持っており、スレーブ装置としてのクライアント２０２、２０３はそれぞれマスタ装置としての映像サーバ２０１との間で同期パケットの送受信を行い、映像サーバ２０１との同期を確立する。

　図５に示すように、クライアント２０２において映像サーバ２０１から同期パケットを受信するとともに、他の装置２０４から何らかの通信パケットを受信する場合を考えると、特にクライアント２０２と他の装置２０４との間の通信負荷が大きいと、ルータ／スイッチ２０５では、ルータ／スイッチ２０５でキューイング遅延が発生する。そうすると、映像サーバ２０１から送信された同期パケットのクライアント２０２への到達が、このルータ／スイッチ２０５でのキューイング遅延によって遅れてしまう。すなわち、ルータ／スイッチ２０５でのキューイング遅延によって同期パケットの到達時刻が揺らぎ、その結果、同期の制度が劣化してしまう。

　従来、キューイング遅延を補償して同期精度を向上させる技術として、次のような技術が提案されている（例えば、特許第５０４５６２４号を参照）。この技術では、マスタ装置は同期パケットの前後に、既知の間隔で、帯域推定用のプローブパケットを送信する。スレーブ装置は、同期パケットとプローブパケットとの間隔を測定し、既知の間隔でなければキューイング遅延が発生していると判断して時刻情報の補正を行う。これによって、キューイング遅延を補償して同期精度を向上できる。

　しかしながら、上記の従来技術においても、プローブパケット及び同期パケットの両方が遅延すると、キューイング遅延の発生やその量を把握できなくなる。そして、帯域が混雑しているほど、そのような事態が生じるは高い。また、帯域が狭い場合には、プローブパケットを伝送することで、帯域が余計に圧迫されて、却って同期パケットのジッタ増大を招いてしまう。

　本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、同期パケットのジッタ増大を招くことなく、キューイング遅延を補償して同期精度を向上させる放送システムを提供することを目的とする。

　本開示の放送システムは、映像パケットを配信するサーバと、映像パケットの配信を受ける複数のクライアントと、クライアントをスレーブ装置として同期をとるためのマスタ装置とを備え、サーバとクライアント、及びマスタ装置とクライアントが、それぞれＩＰネットワークを介して互いに通信可能とされた放送システムである。サーバは、複数の映像パケットをそれぞれ異なる送信間隔で複数のクライアントに送信する映像パケット送信部を備えており、マスタ装置は、複数のクライアントに同期パケットを送信する同期パケット送信部を備えており、放送システムは、クライアントにおける映像パケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部を備えている。

　本開示のクライアントは、ＩＰネットワークを介して映像パケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとるためにＩＰネットワークを介してマスタ装置から同期パケットを受信する。このクライアントは、映像パケット及び同期パケットを受信する受信部と、受信部における映像パケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部とを備えている。

　以下に説明するように、本開示には他の態様が存在する。したがって、この開示は、本発明の一部の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。

図１は、本開示の第１の実施の形態における放送システムの構成を示す図である。 図２Ａは、本開示の第１の実施の形態における映像サーバからの映像パケット及び同期パケットの送信タイミングを示す図である。 図２Ｂは、本開示の第１の実施の形態における映像パケットのビットレートの変化を示すグラフである。 図３は、ＰＴＰによる時刻同期の一例の原理を説明する図である。 図４は、ＰＴＰによる周波数同期の一例の原理を説明する図である。 図５は、放送システムの構成を示す図である。

実施の形態の詳細な説明

　以下に説明する実施の形態は、本開示を実施する場合の一例を示すものであって、本開示を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本開示の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

　実施の形態の放送システムは、放送データパケットを配信するサーバと、放送データパケットの配信を受ける複数のクライアントと、クライアントをスレーブ装置として同期をとるためのマスタ装置とを備え、サーバとクライアント、及びマスタ装置とクライアントが、それぞれＩＰネットワークを介して互いに通信可能とされた放送システムである。サーバは、複数の放送データパケットをそれぞれ異なる送信間隔で複数のクライアントに送信する放送データパケット送信部を備えており、放送システムは、クライアントにおける放送データパケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部を備えている。

　この構成によれば、本来伝送すべき放送データパケットを用いて帯域の混雑程度の推定を行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫するという状況を回避できる。

　放送データパケットは、映像データをパケット化した映像パケットであってよい。放送データとしては、映像データ、音声データ、テキストデータ、プログラムデータがあり得るが、放送システムにおいては、映像パケットが常に配信されている可能性が高く、よって、この構成によれば、定期的に帯域推定が行える可能性が高い。

　放送システムは、マスタ装置とスレーブ装置の間で送受信される同期パケットを用いてマスタ装置とスレーブ装置との同期処理を行う同期処理部をさらに備えていてよく、同期処理部は、帯域推定に基づいて同期処理を行ってよい。この構成によれば、本来伝送すべき放送データパケットを用いて帯域の混雑程度の推定を行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫することになって同期パケットのジッタの増大を招くという状況を回避できる。

　放送システムは、さらに、帯域推定の結果に基づいて、受信部にて受信した同期パケットの時刻情報を補正する時刻情報補正部を備えていてよい。この構成によれば、同期パケットの時刻情報を補正することで同期精度を向上できる。

　サーバは、放送データパケットの送信間隔を徐々に小さくしてよい。この構成によれば、放送データパケットの送信間隔が小さいほどパケットの衝突によるキューイング遅延が発生しやすいという原理を利用して、帯域推定を行うことができる。

　帯域推定部は、受信部にて受信した放送データパケットの送信間隔の情報又は送信時刻の情報から算出された送信間隔とクライアントにおける放送データパケットの受信間隔との差に基づいて遅延の有無を判断し、遅延があったときの送信間隔に基づく値を帯域推定の結果として出力してよい。

　この構成によれば、遅延があったときの送信間隔に基づく値に従って同期パケットの時刻情報が補正されるので、放送データパケットの送信間隔が小さいほどパケットの衝突によるキューイング遅延が発生しやすいという原理を利用して、キューイング遅延を補償するように、同期パケットの時刻情報を補正できる。

　マスタ装置は、帯域推定の結果に基づいて、送信する同期パケットの数を変更してよい。この構成によれば、帯域が混雑しているときにはマスタ装置から比較的多くの同期パケットを送ることで、スレーブ装置ではパケット同士の衝突によるキューイング遅延が生じていない同期パケットを利用して同期処理を行うことが可能となり、同期精度が向上する。

　マスタ装置は、帯域推定の結果に基づいて、同期パケットの送信を中止してよい。この構成によれば、帯域が混雑しているときには、精度が低くなってしまう同期処理を行わないようにできる。また、帯域の混雑が解消された後に同期処理を行うようにすれば、同期精度を向上できる。

　サーバは、帯域推定の結果に基づいて放送データパケットの送信間隔を制御してよい。この構成によれば、帯域推定の結果を放送データパケットのビットレートに反映させることができる。

　サーバは、帯域推定の結果に基づく限度で放送データパケットの送信間隔を小さくしてよい。この構成によれば、帯域推定のために送信間隔を極端に小さくして放送データパケットを送信することによる放送データパケットのロスを回避ないし減少できる。サーバが放送データパケット送信間隔を徐々に小さくしていく場合にも、サーバは、帯域推定にて帯域が混雑していることが判明したときには、放送データパケットの送信間隔を、放送データパケットのロスが生じない程度の小ささで留める。

　サーバは、帯域推定の結果に基づく限度の放送データパケットの送信間隔より小さい送信間隔のダミーパケットを送信してよく、クライアントの帯域推定部は、ダミーパケットの受信間隔にも基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行ってよい。

　帯域が混雑しておりキューイング遅延が発生しているクライアントと、キューイング遅延が発生していないクライアントがある場合において、すべてのクライアントにおいて放送データパケットのロスが生じないようにするために、最も帯域が混雑しているクライアントを基準として、放送データパケットの送信間隔を決定すると、放送データパケットのロスが発生する可能性は低くなるがが、帯域が混雑していないクライアントでは帯域を推定するのに十分に送信間隔の小さい放送データパケットが送信されてこなくなるので、帯域推定を精度よく行うことができない。これに対して、上記の構成によれば、放送データパケットの送信間隔をあまりに小さくしないことで放送データパケットのロスが生じる可能性を低減するとともに、ダミーパケットをより小さい送信間隔で送信するので、帯域推定の精度を確保できる。

　サーバとマスタ装置とが同一の装置であってよい。この構成によれば、映像を複数のクライアントに配信するサーバが、複数のクライアントの同期を確立するためのマスタ装置ともなる。

　実施の形態のクライアントは、ＩＰネットワークを介して放送データパケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとる。このクライアントは、放送データパケット及び同期パケットを受信する受信部と、受信部における映像パケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部とを備えている。

　この構成によれば、帯域の混雑程度の推定を、本来伝送すべき映像パケットを用いて行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫するという状況を回避できる。

　受信部はさらに、ＩＰネットワークを介してマスタ装置から同期パケットを受信してよく、クライアントは、さらに、同期パケットを用いてマスタ装置との同期処理を行う同期処理部をさらに備えていてよく、同期処理部は、帯域推定に基づいて同期処理を行ってよい。この構成によれば、帯域の混雑程度の推定を、本来伝送すべき映像パケットを用いて行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫することになって同期パケットのジッタ増大を招くという状況を回避できる。

　クライアントは、さらに、帯域推定の結果に基づいて、受信部にて受信した同期パケットの時刻情報を補正する時刻情報補正部を備えていてよい。この構成によれば、同期処理に用いる同期パケットの時刻情報が帯域推定の結果に基づいて補正されるので、同期精度を向上できる。

　クライアントは、マスタ装置に帯域推定の結果を通知する通知部をさらに備えていてよい。この構成によれば、マスタ装置において、同期処理に用いる同期パケットの時刻情報を帯域推定の結果に基づいて補正することで、同期精度を向上できる。

　受信部はさらに、放送データパケットの送信間隔又は送信時刻の情報を受信してよく、帯域推定部は、受信部にて受信した送信間隔の情報又は送信時刻の情報から算出された送信間隔と、受信部における放送データパケットの受信間隔とを比較することで、ＩＰネットワークの帯域推定を行ってよい。この構成によれば、放送データパケットの送信間隔と放送データパケットの受信間隔とに差がある場合に、キューイング遅延が発生していると判断できる。

　帯域推定部は、送信間隔と受信間隔との差に基づいて遅延の有無を判断し、遅延があったときの送信間隔に基づく値を帯域推定の結果として出力してよい。この構成によれば、この構成によれば、放送データパケットの送信間隔が小さいほどパケットの衝突によるキューイング遅延が発生しやすいという原理を利用して、帯域推定を行うことができる。

　実施の形態の同期プログラムは、ＩＰネットワークを介して放送データパケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとるクライアントのコンピュータを、映像パケットを受信する受信部、及び受信部における映像パケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部として機能させる。

　この構成によっても、帯域の混雑程度の推定を、本来伝送すべき映像パケットを用いて行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫するという状況を回避できる。

　実施の形態の同期方法は、ＩＰネットワークを介して放送データパケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとるクライアントにおける同期方法であって、放送データパケットを受信する放送データパケット受信ステップと、放送データパケット受信ステップにおける放送データパケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定ステップとを含んでいる。

　この構成によっても、帯域の混雑程度の推定を、本来伝送すべき放送データパケットを用いて行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫するという状況を回避できる。

　実施の形態の同期方法は、放送データパケットを配信するサーバと、放送データパケットの配信を受ける複数のクライアントと、クライアントをスレーブ装置として同期をとるためのマスタ装置とを備え、サーバとクライアント、及びマスタ装置とクライアントが、それぞれＩＰネットワークを介して互いに通信可能とされた放送システムにおける同期方法であって、複数の放送データパケットをそれぞれ異なる送信間隔でサーバから複数のクライアントに送信する放送データパケット送信ステップと、同期パケットをマスタ装置からスレーブ装置に送信する同期パケット送信ステップと、クライアントにおける放送データパケットの受信間隔に基づいて、ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定ステップとを含んでいる。

　この構成によっても、帯域の混雑程度の推定を、本来伝送すべき放送データパケットを用いて行うことができるので、専ら帯域推定に用いるパケットを送信することによって却って帯域を圧迫することになって同期パケットのジッタ増大を招くという状況を回避できる。

　以下、本開示の実施の形態の放送システムについて、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
　図１は、本開示の第１の実施の形態の放送システムの構成を示す図である。放送システム１００は、放送データを配信する放送データサーバ１０１放送データサーバ１０１と、複数のクライアント１０２、１０３と、その他の装置１０４とを備え、それらがＩＰネットワークを介して通信可能に接続されている。なお、図１の例では、放送システム１００に２つのクライアント１０２、１０３が含まれているが、クライアントの数は３以上であってもよい。

　ＩＰネットワークには、中継装置としてのルータ／スイッチ１０５が設けられている。ルータ／スイッチ１０５は、放送データサーバ１０１、クライアント１０２、１０３、その他の装置１０４の間で伝送されるパケットのルーティング及びスイッチングを行う。

　放送データサーバ１０１は、複数のクライアント１０２、１０３に対して放送データを配信する。具体的には、放送データサーバ１０１は、放送データを放送データパケットとして送信し、クライアント１０２、１０３はこの放送データパケットを受信する。ここで、放送データとは、放送規格等で定められたコンテンツの再生やデータ通信に使用されるデータをいい、映像データ、音声データ、テキストデータ、プログラムデータを含むものである。以下では、放送データが映像データであり、放送データパケットが映像データをパケット化した映像パケットである例を説明するが、放送データ及び放送データパケットはこれに限られない。

　クライアント１０２、１０３はＩＰネットワークを介して他の装置１０４とも通信を行うことができる。また、クライアント１０２、１０３では、放送データサーバ１０１からの映像パケットの受信と、他の装置１０４からの通信パケットの受信を同時に行うことも可能である。他の装置１０４は、任意のウェブサーバであってよい。

　放送データサーバ１０１は、クライアント１０２、１０３どうしの同期を取るためのマスタ装置としても機能する。すなわち、放送データサーバ１０１は正確なクロックを持っており、スレーブ装置としてのクライアント１０２、１０３はそれぞれマスタ装置としての放送データサーバ１０１との間で同期パケットの送受信を行い、放送データサーバ１０１との同期を確立する。同期確立の具体的な方法としては、上記で説明したＰＴＰ等の方法を用いることができる。

　放送データサーバ１０１は、映像配信のための構成として、映像記憶部１１と、パケット間隔制御部１２と、送受信部１３とを備えている。映像記憶部１１は、映像情報を恒久的に記憶しておくハードディスクのような記憶装置であってもよいし、他の装置から受信した映像情報を配信のために一時的に記憶しておくメモリのような記憶装置であってもよい。パケット間隔制御部１２は、映像記憶部１１に記憶された映像情報を映像パケットとして送信する際の映像パケットの間隔を制御する。

　放送データサーバ１０１は、さらに、マスタ装置としての構成として、同期パケット生成部１４と、時刻情報決定部１５を備えている。同期パケット生成部１４は、同期パケットを生成する。時刻情報決定部１５は、同期パケット生成部１４にて同期パケットが生成されて放送データサーバ１０１から送信される時刻を示す時刻情報を決定する。放送データサーバ１０１のこれらの構成は、コンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現される。

　クライアント１０２、１０３は、送受信部２１と、帯域推定部２２と、時刻情報補正部２３と、同期処理部２４と、映像処理部２５を備えている。送受信部２１は、放送データサーバ１０１から送信されてくる映像パケットや同期パケット、他の装置１０４から送信されてくる通信パケットを受信する。また、送受信部２１は、放送データサーバ１０１に対して同期パケットや、後述する帯域推定の結果を示すパケットを送信し、必要に応じて他の装置１０４に通信パケットを送信する。

　同期処理部２４は、送受信部２１で受信した同期パケットに基づいて、上記で説明したＰＴＰによるクロック同期及び周波数同期のための処理を実行する。なお、この同期処理において用いる同期パケットの時刻情報は、必要に応じて後述するように時刻情報補正部２３にて補正されたものである。映像処理部２５は、映像パケットとして送られてくる映像データをデコードして映像信号を出力する。映像信号は図示しない表示装置によって表示されて、クライアント１０２、１０３のユーザの視聴に供される。クライアント１０２、１０３における上記及び下記の構成は、コンピュータが所定のプログラムを実行することで実現される。

　以下、ルータ／スイッチ１０５におけるキューイング遅延を補償するための構成を説明する。図２（ａ）は、放送データサーバ１０１からの映像パケット及び同期パケットの送信タイミングを示す図である。図２（ｂ）は、映像パケットのビットレートの変化を示すグラフである。パケット間隔制御部１２は、図２（ａ）に示すように、映像パケットの送信間隔を段階的に小さくしていく。これによって、図２（ｂ）に示すように、映像パケットのビットレート（転送レート）は、段階的に大きくなっていく。

　パケット間隔制御部１２は、送信間隔を変更するごとに、送受信部１３を介して、変更された送信間隔をスレーブ装置としてのクライアント１０２、１０３に通知する。なお、このように送信間隔を個別に通知するのではなく、各映像パケットにその送信時刻を示すタイムスタンプを付すことで、スレーブ装置であるクライアント１０２、１０３にて各映像パケットの送信間隔を算出できるようにしてもよい。

　クライアント１０２、１０３の送受信部２１は、映像パケットを受信する。帯域推定部２２は、映像パケットの受信間隔を測定する。帯域推定部２２は、さらに、測定した受信間隔と放送データサーバ１０１から通知されてきた送信間隔とを比較する。放送データサーバ１０１からクライアント１０２、１０３に映像パケットの送信時刻を送信する場合には、クライアント１０２、１０３は、それらの送信時刻から算出された送信間隔と、測定した受信間隔とを比較する。

　帯域推定部２２は、受信間隔が送信間隔より所定の閾値以上に長くなっている場合に、キューイング遅延が発生していると判断する。なお、帯域推定部２２は、上記の所定の閾値を０としてもよく、即ち、測定した受信間隔が映像パケットの送信間隔よりも長くなっている場合に、キューイング遅延が発生していると判断してもよい。

　一般的には、映像パケットの送信間隔が小さいほど、ルータ／スイッチ１０５において他のパケットとの衝突によるキューイング遅延が発生しやすいといえる。従って、映像パケットの送信間隔が比較的大きいにもかかわらずキューイング遅延が発生しているということは、帯域が非常に混雑していることを意味し、映像パケットの送信間隔が比較的小さくなって初めてキューイング遅延が発生するということは、帯域に比較的余裕があることを意味する。よって、映像パケットの送信間隔がどの大きさであるときにキューイング遅延が発生したかを分析することで、帯域の混雑程度を知ることができる。

　よって、上述のように、映像パケットの送信間隔は徐々に小さくされていくが、帯域推定部２２は、キューイング遅延が発生したときの送信間隔に基づく値を帯域推定の結果として出力する。時刻情報補正部２３は、推定結果に基づいて、同期パケットの受信時刻に対してキューイング遅延を補償するための補正を行う。時刻情報補正部２３は、推定結果を数値解析して補正パラメータを決定してもよいし、実験結果に基づいて決定された推定結果と補正パラメータとの関係に従って、推定結果から補正パラメータを求めてもよい。

　具体的には、時刻情報補正部２３は、帯域が混雑しているときには、受信時刻を実際の受信時刻よりも前の時刻にシフトする。すなわち、補正パラメータはこの時刻シフト量である。時刻シフト量は、帯域の混雑の程度、すなわち、帯域推定にてキューイング遅延が観測されたときの映像パケットの送信間隔に基づいて決定する。時刻情報補正部２３は、混雑の程度が高いほど、すなわち、キューイング遅延が発生した際の映像パケットの送信間隔が大きいほど、時刻シフト量を大きくする。

　なお、時刻情報補正部２３は、同期パケットの受信時刻に代えて、又は、同期パケットの受信時刻に加えて、受信した同期パケットの送信時刻を補正してよい。この場合、時刻情報補正部２３は、帯域が混雑しているときは、送信時刻を実際の送信時刻よりも後の時刻にシフトする。即ち、時刻情報補正部２３が補正する時刻情報は、同期パケットの受信時刻であっても、送信時刻であっても、その両方であってもよい。

　同期処理部２４は、時刻情報補正部２３にて補正された時刻を同期パケットの受信時刻及び／又は送信時刻として同期処理を行う。

　以上のように、本実施の形態の放送システム１００によれば、放送データサーバ１０１は、送信間隔が段階的に小さくなるように映像パケットを配信し、また、放送データサーバ１０１はそのように送信間隔が変更されるごとにその送信間隔を通知し、又は放送データサーバ１０１が映像パケットの送信時刻を通知してクライアント１０２、１０３にて送信間隔を算出するので、各クライアント１０２、１０３では、映像パケットの受信間隔と、映像パケットの送信間隔とを比較することで、ルータ／スイッチ１０５でキューイング遅延が生じているか否かを判断できる。

　また、映像パケットの送信間隔が小さくなるほどパケットの衝突によるキューイング遅延が発生しやすくなるので、サーバ装置１０１が送信間隔が段階的に小さくなるように映像パケットを配信する過程で、受信間隔と送信間隔との差が所定の閾値以上になったときの送信間隔から、帯域がどの程度混雑しているかを判断できる。

　そして、本実施の形態の放送システム１００では、そのような送信間隔と受信間隔の差によるキューイング遅延の有無の判断やキューイング遅延が発生した時の送信間隔に基づく帯域の混雑程度の判断を、専らそれらの判断に用いるためのプローブパケットを利用して行うのではなく、いずれにしても送信することになる映像パケットを利用して行うので、プローブパケットを伝送することによって帯域を圧迫することもない。

　放送システム１００は、上記のように帯域推定の結果に基づいてクライアント１０２、１０３にて受信した同期パケットの時刻情報を補正する処理に代えて、又は、それに加えて、以下の構成を採用してよい。

　即ち、帯域推定部２２は、送受信部２１を介して、マスタ装置としての放送データサーバ１０１に推定結果を通知する。この推定結果を放送データサーバ１０１に通知する送受信部２１は、本開示の通知部に相当する。放送データサーバ１０１の送受信部１３は、推定結果を受信する。複数のクライアント１０２、１０３のそれぞれが推定結果を送信してくるので、放送データサーバ１０１の送受信部１３は、複数のクライアント１０２、１０３の各々から推定結果を受信する。

　放送データサーバ１０１の同期パケット生成部１４は、推定結果に基づいて同期パケット数を増減させる。すなわち、同期パケット生成部１４は、同種のメッセージ（例えば同期メッセージ）を示す複数の同期パケットを重複して生成してよい。具体的には、同期パケット生成部１４は、帯域が混雑している場合には、同期パケット数を多くする。この場合、クライアント１０２、１０３の同期処理部２４は、衝突が発生していない同期パケットを採用して同期処理を行う。なお、上述のように、推定結果はクライアントごとに求められるが、同期パケット生成部１４は、キューイング遅延が最も大きい推定結果を用いて、同期パケット数を増減させる。

　同期パケット生成部１４は、上記の同期パケット数の増減に代えて、又はこれに加えて、推定結果に基づいて、帯域の混雑程度が所定の程度以上である場合には、同期パケットの送信を中止し、帯域の混雑程度が所定の程度を下回ったときに、同期のために同期パケットの送信を再開してよい。

（第２の実施の形態）
　次に本開示の第２の実施の形態の放送システムを説明する。本実施の形態の放送システムの構成は第１の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態の放送システムをさらに改良したものである。

　本実施の形態では、放送データサーバ１０１のパケット間隔制御部１２は、映像パケットの送信間隔を段階的に小さくしていくが、図２に示すように予め決められたパターンで映像パケットの送信間隔を段階的に小さくしていくのでなく、クライアント１０２、１０３における帯域推定の結果に基づいて、帯域の推定に必要であると想定される限度まで、映像パケットの送信間隔を小さくする。

　このために、クライアント１０２、１０３は、帯域推定部２２にて得られた帯域推定の結果を映像サーバ１０２に通知する。映像サーバ１０２のパケット間隔制御部１２は、最初は図２に示すように、映像パケットの送信間隔を徐々に小さくしていって、予め設定された限度まで送信間隔を小さくするが、そのようにして映像パケットを送信することで、クライアント１０２、１０３にて帯域が推定されて、その結果が通知された後には、その推定結果に基づいて帯域の推定に必要であると想定される送信間隔までしか送信間隔を小さくしない。

　また、パケット間隔制御部１２は、上記のようにして送信間隔を制御して、送信間隔を最小限度まで徐々に小さくしていっても、どのクライアントでもキューイング遅延が発生していない場合には、送信間隔を最小限度より小さくして映像パケットを送信する。パケット間隔制御部１２は、このようにして、映像パケットの送信間隔を増減させる。

　本実施の形態によれば、帯域が混雑している場合に映像パケットの送信間隔を小さくしすぎることで、ルータ／スイッチ１０５においてバッファ容量を超えるキューイングが生じ、それによって映像パケットをロスしてしまうという可能性を低減できる。

　なお、キューイング遅延は、クライアントごとに求められるが、パケット間隔制御部１２は、送信間隔の最小限度を、最大のキューイング遅延を基準として決定する。すなわち、パケット間隔制御部１２は、キューイング遅延が最も大きいクライアントにおいても、映像パケットのロスが発生しないように、送信間隔の最小限度を決定する。これにより、すべてのクライアントについて、映像パケットをロスしてしまうという可能性を低減できる。

（第３の実施の形態）
　次に本開示の第３の実施の形態の放送システムを説明する。本実施の形態の放送システムの構成は第２の実施の形態と同様であり、第２の実施の形態の放送システムをさらに改良したものである。

　本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、パケット間隔制御部１２は、映像パケットの送信間隔を徐々に小さくしていくが、帯域推定の結果に基づいて、帯域の推定に必要であると想定される限度までしか送信間隔を小さくしないようにする。そして、その映像パケットの送信間隔の最小限度は、複数のクライアント１０２、１０３についての、最大のキューイング遅延を基準として決定される。

　これにより、最大のキューイング遅延が発生しているクライアントを含むすべてのクライアントについて、映像パケットのロスを軽減できるが、最大のキューイング遅延が発生しているクライアント以外のクライアントについては、映像パケットの最小限度の送信間隔ではまだキューイング遅延が発生していないので、その後さらにどこまで送信間隔を小さくしていけばキューイング遅延が発生するのかを知ることができない。

　そこで、本実施の形態のパケット間隔制御部１２は、最大のキューイング遅延が発生しているクライアント以外のクライアントに対しては、映像パケットの送信間隔の最小限度よりも送信間隔を小さくしたダミー映像パケットを送信する。このように、パケット間隔制御部１２は、最大のキューイング遅延が発生しているクライアント以外のクライアントについては、より送信間隔の小さいダミー映像パケットを送信するので、このダミー映像パケットを受信したクライアントは、ダミー映像パケットの受信間隔を用いて、上記と同様にして帯域を推定する。

　ダミー映像パケットは、それがダミーであることが分かるように付属情報が付されており、クライアント１０２、１０３の映像処理部２５は、このダミー映像パケットを受信した場合にも、そのデータに対しては映像処理を行わない。なお、ダミー映像パケットは、マルチキャストで送信（配信）されてもよいし、最大のキューイング遅延が発生しているクライアント以外の各クライアントに対してユニキャストで送信されてもよい。

　本実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、すべてのクライアントについて、映像パケットをロスしてしまうという可能性を低減できるとともに、帯域に比較的余裕があるクライアントにおいても正確にキューイング遅延量を測定でき、同期パケットの受信時刻を適切に補正できる。

　なお、上記の実施の形態では、スレーブ装置としてのクライアントにおいて、帯域の推定及び時刻情報の補正を行ったが、帯域の推定及び時刻情報の補正は、スレーブ装置以外の装置において行ってもよい。例えば、マスタ装置がスレーブ装置から映像パケットの受信間隔の情報を取得して、マスタ装置において帯域の推定及び時刻情報の補正を行ってよい。また、例えば、マスタ装置がスレーブ装置から帯域推定の結果を取得して、マスタ装置において時刻情報の補正を行ってよい。

　また、上記の実施の形態では、映像配信を行う放送データサーバ１０１が、複数のクライアントの同期を確立するためのマスタ装置として用いられたが、複数のクライアントの同期確立のためのマスタ装置と映像配信を行う放送データサーバ１０１とは別の装置であってもよい。例えば、放送データサーバ１０１から映像配信を受ける複数のクライアントの１つをマスタ装置としてもよい。

　また、上記の実施の形態では、放送データサーバ１０１が映像パケットの送信間隔を徐々に小さくしていったが、逆に、徐々に大きくしていってもよい。また、映像パケットの送信間隔は一定であってもよい。映像パケットの送信間隔が一定であっても、帯域推定部２２は、当該一定の送信間隔でキューイング遅延が生じているか否かを判断することは可能である。

　以上に現時点で考えられる本開示の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能であり、そして、本開示の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。

　本開示は、放送データパケットを配信するサーバと放送データパケットの配信を受ける複数のクライアントとを備えた放送システム等として有用である。

　１００　放送システム
　１０１　放送データサーバ
　１１　映像記憶部
　１２　パケット間隔制御部
　１３　送受信部
　１４　同期パケット生成部
　１５　時刻情報決定部
　１０２、１０３　クライアント
　２１　送受信部
　２２　帯域推定部
　２３　時刻情報補正部
　２４　同期処理部
　２５　映像処理部
　１０４　他の装置
　１０５　ルータ／スイッチ
　２００　放送システム
　２０１　映像サーバ
　２０２、２０３　クライアント
　２０４　他の装置
　２０５　ルータ／スイッチ

Claims (21)

1. 　放送データパケットを配信するサーバと、前記放送データパケットの配信を受ける複数のクライアントと、前記クライアントをスレーブ装置として同期をとるためのマスタ装置とを備え、前記サーバと前記クライアント、及び前記マスタ装置と前記クライアントが、それぞれＩＰネットワークを介して互いに通信可能とされた放送システムであって、
   　前記サーバは、複数の放送データパケットをそれぞれ異なる送信間隔で前記複数のクライアントに送信する放送データパケット送信部を備え、
   　前記放送システムは、前記クライアントにおける前記放送データパケットの受信間隔に基づいて、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部を備えた
   　ことを特徴とする放送システム。
2. 　前記放送データパケットは、映像データをパケット化した映像パケットであることを特徴とする請求項１に記載の放送システム。
3. 　前記マスタ装置と前記スレーブ装置の間で送受信される同期パケットを用いて前記マスタ装置と前記スレーブ装置との同期処理を行う同期処理部をさらに備え、
   　前記同期処理部は、前記帯域推定に基づいて前記同期処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の放送システム。
4. 　前記帯域推定の結果に基づいて、前記同期パケットの時刻情報を補正する時刻情報補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の放送システム。
5. 　前記サーバは、前記放送データパケットの送信間隔を徐々に小さくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放送システム。
6. 　前記帯域推定部は、前記受信部にて受信した前記放送データパケットの送信間隔の情報又は送信時刻の情報から算出された送信間隔と前記クライアントにおける前記放送データパケットの受信間隔との差に基づいて遅延の有無を判断し、遅延があったときの送信間隔に基づく値を前記帯域推定の結果として出力することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放送システム。
7. 　前記マスタ装置は、前記帯域推定の結果に基づいて、送信する前記同期パケットの数を変更することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一項に記載の放送システム。
8. 　前記マスタ装置は、前記帯域推定の結果に基づいて、前記同期パケットの送信を中止することを特徴とする請求項３ないし７のいずれか一項に記載の放送システム。
9. 　前記サーバは、前記帯域推定の結果に基づいて前記放送データパケットの送信間隔を制御することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の放送システム。
10. 　前記サーバは、前記帯域推定の結果に基づく限度で前記放送データパケットの送信間隔を小さくすることを特徴とする請求項９に記載の放送システム。
11. 　前記サーバは、前記帯域推定の結果に基づく限度の前記放送データパケットの送信間隔より小さい送信間隔のダミーパケットを送信し、
    　前記クライアントの帯域推定部は、前記ダミーパケットの受信間隔にも基づいて、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行う
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の放送システム。
12. 　前記サーバと前記マスタ装置とが同一の装置であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の放送システム。
13. 　ＩＰネットワークを介して放送データパケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとるクライアントであって、
    　前記放送データパケットを受信する受信部と、
    　前記受信部における前記放送データパケットの受信間隔に基づいて、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部と、
    　を備えたことを特徴とするクライアント。
14. 　前記受信部はさらに、前記ＩＰネットワークを介して前記マスタ装置から同期パケットを受信し、
    　前記クライアントは、さらに、前記同期パケットを用いて前記マスタ装置との同期処理を行う同期処理部をさらに備え、
    　前記同期処理部は、前記帯域推定に基づいて前記同期処理を行うことを特徴とする請求項１３に記載のクライアント。
15. 　前記帯域推定の結果に基づいて、前記受信部にて受信した同期パケットの時刻情報を補正する時刻情報補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載のクライアント。
16. 　前記マスタ装置に前記帯域推定の結果を通知する通知部をさらに備えたことを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載のクライアント。
17. 　前記受信部はさらに、前記放送データパケットの送信間隔又は送信時刻の情報を受信し、
    　前記帯域推定部は、前記受信部にて受信した前記送信間隔の情報又は前記送信時刻の情報から算出された送信間隔と、前記受信部における前記放送データパケットの受信間隔とを比較することで、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行うことを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか一項に記載のクライアント。
18. 　前記帯域推定部は、前記送信間隔と前記受信間隔との差に基づいて遅延の有無を判断し、遅延があったときの前記送信間隔に基づく値を前記帯域推定の結果として出力することを特徴とする請求項１７に記載のクライアント。
19. 　ＩＰネットワークを介して放送データパケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとるクライアントのコンピュータを、
    　前記放送データパケットを受信する受信部、及び
    　前記受信部における前記映像パケットの受信間隔に基づいて、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定部、
    　として機能させることを特徴とする同期プログラム。
20. 　ＩＰネットワークを介して放送データパケットの配信を受けるとともに、マスタ装置との同期をとるクライアントにおける同期方法であって、
    　前記放送データパケットを受信する放送データパケット受信ステップと、　前記放送データパケット受信ステップにおける前記放送データパケットの受信間隔に基づいて、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定ステップと、
    　を含むことを特徴とする同期方法。
21. 　放送データパケットを配信するサーバと、前記放送データパケットの配信を受ける複数のクライアントと、前記クライアントをスレーブ装置として同期をとるためのマスタ装置とを備え、前記サーバと前記クライアント、及び前記マスタ装置と前記クライアントが、それぞれＩＰネットワークを介して互いに通信可能とされた放送システムにおける同期方法であって、
    　複数の放送データパケットをそれぞれ異なる送信間隔で前記サーバから前記複数のクライアントに送信する映像パケット送信ステップと、　前記クライアントにおける前記放送データパケットの受信間隔に基づいて、前記ＩＰネットワークの帯域推定を行う帯域推定ステップと、
    　を含むことを特徴とする同期方法。

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