(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画像記憶装置から配信された動画像データを変換パラメータに基づいて変換する動画像変換手段と、該動画像変換手段に対して動的に変更される該変換パラメータを指定する変換パラメータ設定手段とを有する動画像変換装置と、
前記動画像変換装置から送信された前記動画像データを受信端末へ交換するために、データ蓄積手段を有する１つ以上のパケット交換ノードとを有する通信システムにおいて、
前記パケット交換ノードは、
前記データ蓄積手段に蓄積されたデータ量が第１の所定量に達したと判定した後、前記データ量が第２の所定量に達するまで、輻輳兆候状態にあると判定し、前記データ量が第２の所定量に達したと判定した後、前記データ量が第１の所定量に達するまで、輻輳回避状態にあると判定するデータ監視手段と、
前記データ監視手段が、第１の所定量に達したと判定した際に、前記動画像変換装置へ輻輳兆候状態情報を送信し、第２の所定量に達したと判定した際に、前記動画像変換装置へ輻輳回避状態情報を送信する監視結果送信手段と
を更に有し、
前記動画像変換装置は、前記輻輳兆候状態情報又は前記輻輳回避状態情報を受信する監視結果受信手段を更に有し、
前記動画像変換装置の前記変換パラメータ設定手段は、前記監視結果受信手段が前記輻輳兆候状態情報を受信した際に、前記動画像変換手段に対して、現在転送中の動画像データより低いコーディングビットレートを有する動画像データに変換するような変換パラメータを指定し、前記監視結果受信手段が前記輻輳回避状態情報を受信した際に、前記動画像変換手段に対して、現在転送中の動画像データより高いコーディングビットレートを有する動画像データに変換するような変換パラメータを指定する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記パケット交換ノードについて、前記データ量監視手段は、前記データ量が前記所定量に達したと判定した際に、過去の時点から現在の時点までの期間Ｔｐにおける前記データ量の増減量ΔＱに基づいて、現在の時点から期間Ｔｆ後の未来の時点に前記輻輳回避状態となるようなコーディングビットレート値を算出し、前記監視結果送信手段は、該コーディングビットレート値を更に送信し、
前記動画像変換装置について、前記監視結果受信手段は、前記コーディングビットレート値を更に受信し、前記変換パラメータ設定手段は、該コーディングビットレート値に基づいて動画像データを変換するような変換パラメータを指定し、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記パケット交換ノードの前記データ量監視手段は、前記増減量ΔＱが増分量である場合、前記未来の時点で予測されるデータ蓄積量と、前記第２の所定量との差分となるデータ量を減らすような低いコーディングビットレート値が算出されることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記パケット交換ノードの前記データ量監視手段は、前記増減量ΔＱが減分量である場合、前記未来の時点で予測されるデータ蓄積量と、現在のデータ量との差分となるデータ量を増やすような高いコーディングビットレート値が算出されることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項５】
前記パケット交換ノードについて、前記データ蓄積手段は、前記受信端末毎に設けられ、前記データ量監視手段は、前記受信端末毎に前記データ蓄積量を監視し、前記監視結果送信手段は、前記受信端末毎に輻輳兆候状態情報又は輻輳回避状態情報を送信し、
前記動画像変換装置について、前期監視結果受信手段は、前記受信端末毎の輻輳兆候状態情報又は輻輳回避状態情報を受信し、前記変換パラメータ設定手段は、受信端末毎に設けられた前記動画像変換手段に対して、該受信端末毎に前記変換パラメータを指定する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像データ転送における輻輳を回避する通信システムに関する。詳細には、サーバからインターネット又はイントラネット等の通信網を介して配信される動画像データを閲覧する際に、利用者が使用している通信路の特性に応じて配信元のデータの圧縮率を変更し、データ転送量の制御を可能にする輻輳制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配信元の動画像データの圧縮率を変更することによりデータ転送量を変更して輻輳制御を行うシステムの一例が、特開２０００−８３０２９号公報に記載されている。この公報の動画像データ転送システムは、同一のビデオデータを互いに異なる圧縮率で圧縮した複数のビデオデータを格納した記憶手段と、通信網の負荷状況に応じて該複数のビデオデータのうちいずれか一つを動的に選択して該通信網を介して宛先に転送する手段とを備えるものである。
【０００３】
また、本願と同一の出願人により出願された特願２０００−１３２２７６号「動画像変換を制御するシステム、そのサーバ、そのゲートウェイ及びその制御プログラムを記録した記録媒体」は、ゲートウェイ又は受信端末に通信品質管理手段を設け、該通信品質管理手段で取得した通信品質情報に基づいて算出した動画像変換の符号化パラメータにあわせて、動画像の圧縮率をリアルタイムに変更し且つ配信するシステムについて言及している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した特開２０００−８３０２９号公報に記載のシステムは、互いに異なる圧縮率で圧縮した複数のビデオデータを予め格納しておく必要があるために、ビデオデータの配信者にとっては非常に煩雑である。また、ビデオカメラ等で撮影される動画像データをリアルタイムで通信網上に配信する場合には、対応することができない。
【０００５】
一方、前述した特願２０００−１３２２７６号に記載のシステムは、通信品質管理手段が、通信網の両端に位置するノードに配置されているため、通信網において輻輳が発生した場合、その結果として生じるスループットの低下、遅延の発生又はパケットの損失が発生することを検出した後に、動画像の圧縮率を変更することとなり、通信網の品質の変化を素早く且つ正確に取得することが難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、前述の問題点を解決し、輻輳が発生する前に、現在転送中の動画像データの圧縮率を動的に変更して、輻輳を回避する通信システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明によれば、
動画像記憶装置から配信された動画像データを変換パラメータに基づいて変換する動画像変換手段と、該動画像変換手段に対して動的に変更される該変換パラメータを指定する変換パラメータ設定手段とを有する動画像変換装置と、
動画像変換装置から送信された動画像データを受信端末へ交換するために、データ蓄積手段を有する１つ以上のパケット交換ノードとを有する通信システムにおいて、
パケット交換ノードは、
データ蓄積手段に蓄積されたデータ量が第１の所定量に達したと判定した後、データ量が第２の所定量に達するまで、輻輳兆候状態にあると判定し、データ量が第２の所定量に達したと判定した後、データ量が第１の所定量に達するまで、輻輳回避状態にあると判定するデータ監視手段と、
データ監視手段が、第１の所定量に達したと判定した際に、動画像変換装置へ輻輳兆候状態情報を送信し、第２の所定量に達したと判定した際に、動画像変換装置へ輻輳回避状態情報を送信する監視結果送信手段と
を更に有し、
動画像変換装置は、輻輳兆候状態情報又は輻輳回避状態情報を受信する監視結果受信手段を更に有し、
動画像変換装置の変換パラメータ設定手段は、監視結果受信手段が輻輳兆候状態情報を受信した際に、動画像変換手段に対して、現在転送中の動画像データより低いコーディングビットレートを有する動画像データに変換するような変換パラメータを指定し、監視結果受信手段が輻輳回避状態情報を受信した際に、動画像変換手段に対して、現在転送中の動画像データより高いコーディングビットレートを有する動画像データに変換するような変換パラメータを指定する
ことを特徴とする。これにより、輻輳が発生する前に、現在転送中の動画像データの圧縮率を動的に変更し、輻輳を回避することができ、通信帯域の有効利用を図ることも可能とする。また、急激なデータ蓄積量の変化に対して、輻輳兆候検出情報及び輻輳回避検出情報を送信する頻度を制御することが可能とする。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、
パケット交換ノードについて、データ量監視手段は、データ量が所定量に達したと判定した際に、過去の時点から現在の時点までの期間Ｔｐにおけるデータ量の増減量ΔＱに基づいて、現在の時点から期間Ｔｆ後の未来の時点に輻輳回避状態となるようなコーディングビットレート値を算出し、監視結果送信手段は、該コーディングビットレート値を更に送信し、
動画像変換装置について、監視結果受信手段は、コーディングビットレート値を更に受信し、変換パラメータ設定手段は、該コーディングビットレート値に基づいて動画像データを変換するような変換パラメータを指定することも好ましい。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、パケット交換ノードのデータ量監視手段は、増減量ΔＱが増分量である場合、未来の時点で予測されるデータ蓄積量と、第２の所定量との差分となるデータ量を減らすような低いコーディングビットレート値が算出されることも好ましい。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、パケット交換ノードのデータ量監視手段は、増減量ΔＱが減分量である場合、未来の時点で予測されるデータ蓄積量と、現在のデータ量との差分となるデータ量を増やすような高いコーディングビットレート値が算出されることも好ましい。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、パケット交換ノードについて、データ蓄積手段は、受信端末毎に設けられ、データ量監視手段は、受信端末毎にデータ蓄積量を監視し、監視結果送信手段は、受信端末毎に輻輳兆候状態情報又は輻輳回避状態情報を送信し、動画像変換装置について、前期監視結果受信手段は、受信端末毎の輻輳兆候状態情報又は輻輳回避状態情報を受信し、変換パラメータ設定手段は、受信端末毎に設けられた動画像変換手段に対して、該受信端末毎に変換パラメータを指定することも好ましい。このように、受信端末毎に輻輳状態を判断することにより、公衆網におけるデータトラフィック制御が可能とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明による通信システムの構成図である。該通信システムは、動画像配信装置１、動画像変換装置２、パケット交換装置３及び受信端末４から構成される。
【００１９】
動画像配信装置１は、第１の通信路５を介して動画像変換装置２へ動画像データを送信する動画像配信機能１１を有する。動画像データは、動画像配信装置１に予め蓄積されていても、蓄積されていなくてもよい。
【００２０】
動画像変換装置２は、動画像変換機能２１、変換パラメータ設定機能２２及び監視結果受信機能２３を有する。動画像変換機能２１は、変換パラメータ設定機能２２に設定されているパラメータを取得し、該パラメータに基づいて、第１の通信路５を介して受信した動画像データを変換し、該変換後の動画像データを通信路２へ送信する。監視結果受信機能２３は、第４の通信路８を介して受信端末を特定する宛先情報を含む輻輳兆候／回避状態情報を受信し、変換パラメータ設定機能２２へ通知する。該変換パラメータ設定機能２２は、その輻輳兆候／回避状態情報に基づいて動画像変換パラメータを変更する。
【００２１】
尚、監視結果受信機能２３により受信した輻輳兆候状態情報に、監視結果に基づき算出された許容コーディングビットレート値がある場合は、該許容コーディングビットレート値にあわせて動画像変換パラメータを変更する。
【００２２】
また、変換パラメータ設定機能２２は、監視結果受信機能２３からの輻輳回避状態情報の受信により、予め設定された増大量にあわせて動画像変換パラメータを変更する。
【００２３】
尚、監視結果受信機能２３により受信した輻輳回避状態情報に、監視結果に基づき算出された許容コーディングビットレート値がある場合は、該許容コーディングビットレート値にあわせて動画像変換パラメータを変更する。
【００２４】
パケット交換ノード３は、データ蓄積機能３１、データ量監視機能３２及び監視結果送信機能３３を有する。
【００２５】
データ蓄積機能３１は、第２の通信路６を介して受信した動画像データを一旦蓄積し、該動画像データに含まれる受信端末を特定する宛先により決定される第３の通信路７へデータを送信する。従って、第３の通信路において転送可能なデータ量が、蓄積されているデータ転送量に対して小さい場合、データ蓄積量は次第に増大する。
【００２６】
データ量監視機能３２は、データ蓄積機能３１におけるデータ蓄積量を監視し、該監視結果に基づき前記データ量が予め設定された第１の所定量に達したことを認識すると、監視結果送信機能３３を起動する。
【００２７】
監視結果送信機能３３は、データ量監視機能３２からのトリガにより、受信端末を特定する宛先情報を含む輻輳兆候状態情報を作成し、第４の通信網７を介して、該動画像変換装置２へ送信する。
【００２８】
尚、監視結果送信機能３３は、輻輳兆候状態情報に、監視結果に基づき算出された許容コーディングビットレート値を付加してもよい。
【００２９】
また、データ量監視機能３２は、データ蓄積機能３１におけるデータ蓄積量を監視し、該監視結果に基づき前記データ量が予め設定された第１の所定量に達した後に、予め設定された第２の所定量より下回ったことを認識すると、監視結果送信機能３３を起動する。
【００３０】
監視結果送信機能３３は、データ量監視機能３２からのトリガにより、受信端末を特定する宛先情報を含む輻輳回避状態情報を作成し、第４の通信網７を介して、該動画像変換装置２へ送信する。
【００３１】
尚、該監視結果送信機能３３は、輻輳回避状態情報に、監視結果に基づき算出された許容コーディングビットレート値を付加してもよい。
【００３２】
受信端末４は、第３の通信路７を介して受信した動画像データを表示する動画像表示機能４１を有する。
【００３３】
尚、動画像変換機能と輻輳検出機能が同一ノードであってもよい。
【００３４】
図２は、データ量監視機能３２において輻輳兆候／回避状態を判定するフローチャートである。
【００３５】
前回及び今回のデータ蓄積量をそれぞれq_prev [kbyte]、q_now [kbyte]とし、また、第１の所定量（q_max [kbyte]）、第２の所定量（q_min [kbyte]）及びカウンタ閾値ｍを予め設定する。各々の処理は次の通りである。
【００３６】
Ｓ１１：今回のデータ蓄積量の、第１及び第２の所定量に対する大小を判定する。
Ｓ１２：S１１において今回のデータ蓄積量が第２の所定量以下の場合、前回のデータ蓄積量の第２の所定量に対する大小を判定する。
Ｓ１３：S１１において今回のデータ蓄積量が第１の所定量以上の場合、前回のデータ蓄積量の第１の所定量に対する大小を判定する。
Ｓ１４：Ｓ１３において前回のデータ蓄積量が第１の所定量以上の場合、カウンタを１インクリメントする。
Ｓ１５：カウンタ値と予め決められた定数ｍの大小を比較する。
Ｓ１６：Ｓ１５においてカウンタ値がｍ以上になった場合、若しくは、Ｓ１３において前回のデータ蓄積量が第１の所定量以下の場合、カウンタ値をリセットし、輻輳兆候フラグをセットし、S１７処理を行う。
Ｓ１７：輻輳兆候を検出したと判断する。
Ｓ１８：Ｓ１１において今回のデータ蓄積量が第１の所定量より少なく、第２の所定量より多い場合、カウンタをリセットする。
Ｓ１９： 輻輳兆候フラグをチェックし、セットされている場合は、S20処理を、セットされていない場合は、終了する。
Ｓ２０：Ｓ１２において前回のデータ蓄積量が第２の所定量より多い場合、カウンタ値をリセットし、輻輳兆候フラグをリセットし、Ｓ２１処理を行う。
Ｓ２１：輻輳回避を検出したと判断する。
【００３７】
図３は、輻輳兆候状態と判定された場合に、監視結果に基づき算出される許容コーディングビットレート値の計算方法の説明図である。
【００３８】
第１の所定量（q_max [kbyte]）及び第２の所定量（q_min [kbyte]）は、データ蓄積量の最大値（q_limit [kbyte]）より小さい値として予め設定される。また、データ量監視機能３２は、Ｔ[s]毎に、データ蓄積機能３１におけるデータ蓄積量を監視する。
【００３９】
データ蓄積量がはじめて第１の所定量（q_max [kbyte]）を超えた場合、輻輳兆候状態にあると判断する。次に、ｍ×Ｔ[s]後に、第２の所定量（q_min [kbyte]）までデータ蓄積量が減少するように、現在転送されている動画像に対する新たなコーディングビットレート値を決定する。決定手順は次の通りである。
【００４０】
まず、制御を行わない場合のデータ蓄積量を、今までのデータ量変化の履歴をもとに類推する。もっとも簡単な方法は、前回のデータ蓄積量（q_prev [kbyte]）と今回のデータ蓄積量(q_now [kbyte])でのデータの変化量（ΔＱ＝q_now−q_prev [kbyte]）を線形外挿することである。この場合、ｍ×Ｔ[s]間で増加すると類推される変化量はｍ×ΔＱである。従って、ｍ×Ｔ[s]間でのデータ削減量は、ｍ×ΔＱ＋（ｑ−q_min） [kbyte]となる。
【００４１】
従って、現在のコーディングビットレート値に対して、
{ｍ×ΔＱ＋（ｑ−q_min）}×８／（ｍ×Ｔ）  [kbps]
減少させることとなる。
【００４２】
図４は、輻輳回避が検出された場合の、監視結果に基づき算出される許容コーディングビットレート値の計算方法の説明図である。
【００４３】
輻輳兆候が検出された後、データ蓄積量が第２の所定量（q_min）を下回った場合、輻輳回避と判断する。この段階で制御を行わない場合、今後もデータ蓄積量が減少していくため、第３の通信路の帯域を有効に利用していないこととなる。そこで、輻輳の兆候が起こらない範囲内で転送される動画像のコーディングビットレート値を決定する。決定手順は次の通りである。
【００４４】
まず、制御を行わない場合のデータ蓄積量を、今までのデータ量変化の履歴をもとに類推する。もっとも簡単な方法は、前回のデータ量（q_prev [kbyte]）と今回のデータ量(q_now [kbyte])でのデータの変化量（ΔＱ＝q_now−q_prev [kbyte]）を元に線形外挿することである。この場合、ｍ×Ｔ[s]間で増加すると類推される変化量はｍ×ΔＱである。従って、ｍ×Ｔ[s]間でのデータ増加量は、ｍ×ΔＱ[kbyte]となる。
【００４５】
従って、現在のコーディングビットレート値に対して、
{ｍ×ΔＱ}×８／（ｍ×Ｔ）＝ΔＱ×８／Ｔ  [kbps]
減少させることとなる。
【００４６】
図５は、実際のデータ蓄積量及び平滑化されたデータ蓄積量の時間変化のグラフである。
【００４７】
データ蓄積量を監視する周期Ｔ[s]が短い場合、変化量が大きくなるために、輻輳兆候の検出、輻輳回避の検出の頻度が高くなる。従って、検出の頻度を減少させるために、計算する基準を平滑化する。例えば、パケットが流入するたびに以下の式で定義されるものを利用する。但し、q、q_now及びq_prevは、それぞれ、現在の実際のデータ蓄積量、現在の平滑化データ蓄積量、及びパケットが流入する前に計算されたデータ蓄積量を表すものとする。
【００４８】
q_now  ＝  （１−Ｗ）×q_prev  ＋  Ｗ×q
【００４９】
図５は、実際のデータ蓄積量に対して、パケットが流入するたびに上式でＷ＝0.5とした場合の算出結果を示す。
【００５０】
図６は、監視結果送信機能３３において作成される輻輳兆候状態情報及び輻輳回避状態情報のフレームの構成図である。
【００５１】
フレームは、輻輳兆候状態情報か輻輳回避状態情報かを示す制御ヘッダフィールド５１と、送信する情報数を設定する情報数フィールド５２と、該フィールド５２で設定された情報数分の情報端末識別情報５３と、受信端末のビットレート変更量５４とを有する。
【００５２】
図７は、複数ユーザに対応した本発明による通信システムの構成図である。
【００５３】
動画像配信機能１１は、動画像コンテンツ毎に有する。従って、該動画像配信機能１１は、１つ以上のユーザの要求に対して、動画像を配信する。動画像変換機能２１及びデータ蓄積機能３１は、ユーザ毎にトラフィック状況や受信端末能力が異なるため、ユーザ毎に該機能を有する。データ量監視機能３２は、ユーザ毎に設定された１つ以上のデータ蓄積機能３１に対して、データ量を監視する。また、変換パラメータ設定機能２２は、ユーザ毎に設定された１つ以上の動画像変換機能２１に対して、コーディングパラメータを設定する。
【００５４】
更に、動画像変換装置２及びパケット交換ノード３は、それぞれ複数備えていてもよい。この場合、監視結果送信機能３３は、輻輳兆候情報及び輻輳回避情報を１つ以上の監視結果受信機能２３へ送信し、監視結果受信機能２３は、輻輳兆候情報及び輻輳回避情報を１つ以上の監視結果送信機能３３から受信する。
【００５５】
前述した本発明の通信システムの実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略が、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００５６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の通信システムによれば、輻輳が発生する前に、現在転送中の動画像データの圧縮率を動的に変更し、輻輳を回避することができる。従って、受信端末においては、ストリーミング型の動画像データを、フレーム落ちがなく、また遅延することなく、再生することが可能となる。
【００５７】
また、本発明の通信システムによれば、動画像配信装置において、予め圧縮率の異なるビデオデータを記憶しておく必要がなく、ネットワークの伝送状況に応じて動画像データの圧縮率を変更することが可能となる。
【００５８】
更に、本発明の通信システムによれば、パケット交換ノードと端末との間が無線である移動通信網であって、電波の受信状況に応じて伝送レートが急激に変化した場合においても、動画像データの送信データ量を制御することができるため、パケット交換ノードにおいてデータ量が溢れることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による通信システムの構成図である。
【図２】データ量監視機能３２において輻輳兆候／回避状態を判定するフローチャートである。
【図３】輻輳兆候状態と判定された場合に、監視結果に基づき算出される許容コーディングビットレート値の計算方法の説明図である。
【図４】輻輳回避が検出された場合の、監視結果に基づき算出される許容コーディングビットレート値の計算方法の説明図である。
【図５】実際のデータ蓄積量及び平滑化されたデータ蓄積量の時間変化のグラフである。
【図６】監視結果送信機能３３において作成される輻輳兆候状態情報及び輻輳回避状態情報のフレーム構成図である。
【図７】複数ユーザに対応した本発明による通信システムの構成図である。
【符号の説明】
１  動画像配信装置
２  動画像変換装置
３  パケット交換ノード
４  受信端末
５  第1の通信路
６  第２の通信路
７  第３の通信路
８  第４の通信路
１１  動画像配信機能
２１  動画像変換機能
２２  変換パラメータ設定機能
２３  監視結果受信機能
３１  データ蓄積機能
３２  データ量監視機能
３３  監視結果受信機能
４１  動画像表示機能
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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