(57)【要約】  ビデオ信号をマルチキャスト・セッション中の複数の受信機に伝送するためのシステムおよび方法が、ネットワーク・プロトコル・スタックの複数のレイヤのコーディングの制御および適応、伝送および保護方式を含めて説明されている。
2009506713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ信号をマルチキャスト・セッション中の複数の受信機に伝送するための方法であって、ネットワーク・プロトコル・スタックの複数のレイヤについてコーディングを制御するステップおよび適応するステップ、伝送方式および保護方式を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方式が変調および物理レイヤのチャネル・コーディング・モードを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アプリケーション・レイヤの前方誤り訂正コーディングをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
パケット化に適応するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
スケーラブル・ビデオ・コーディング・レートに適応するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の受信機が対象のサービス・エリアにあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記パケット化が複数のパケット・サイズから選択するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記ビデオ信号を一組の基本レイヤおよび拡張レイヤに前記分割されるビデオ信号の重要性に基づいて分割するステップと、
前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤに適用するステップと
をさらに備え、前記分割が同等でない保護を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モード、前記基本レイヤに対するパケット・サイズ、および前方誤り訂正コーディング方式を選択し、基本レイヤのチャネル使用率を最小化し、そしてチャネル信号対雑音比が閾値の信号対雑音比よりも大きい受信機に対して残留パケット損失率が所要パケット損失率よりも少ないことを保証するステップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するステップと、
拡張レイヤのソース・レート、拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードおよび拡張レイヤのパケット・サイズに動的に適応するステップおよび前方誤り訂正方式を前記拡張レイヤに全体のチャネル使用率制約の下で適用するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信機が無線機器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記受信機がモバイル機器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
複数の測定基準の中から選択された測定基準を使用することによりグループ・ビデオ品質を測定し、それに基づいて前記コーディング、伝送方式および保護方式の選択に適応するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が次式で定義される性能測定基準であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【数１】
2009506713.tif 000013
【請求項１５】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が、
【数２】
2009506713.tif 000014
として定義される制限付きミニマックス測定基準であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
許容チャネル使用率Ｔをビデオ・サービス品質要件および使用できるネットワーク資源に従って設定するステップと、
チャネル信号対雑音比の閾値を対象のサービス・エリアに基づいて選択するステップと、
基本レイヤのソース・ビット・レートおよび前記基本レイヤの所要残留パケット損失率を最低限のビデオ品質に基づいて選択するステップと、
前記基本レイヤに関するクロス・レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータを、残留パケット損失率が所要残留パケット損失率よりも少ないことをチャネル信号対雑音比が信号対雑音比の閾値より良好な受信機に対して保証しながら前記基本レイヤのチャネル使用率を最小化するように決定するステップと、
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するステップと、
前記拡張レイヤのソース・レートおよび拡張伝送パラメータおよび保護パラメータに動的に適応し、グループ・ビデオ品質測定基準を前記全体のチャネル使用率制約の下で前記フィードバックに基づいて最適化するステップと、
基本レイヤのソース・レートおよび拡張レイヤのソース・レートを選択するステップと、
前記ビデオ信号を前記基本レイヤのソース・レートおよび前記拡張レイヤのソース・レートに基づいて符号化するステップと、
基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズを選択するステップと、
基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットを前記選択された基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズに基づいて形成するステップおよびパケット・ヘッダを生成するステップおよび前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットにパケット・ヘッダを付加するステップと、
基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータを選択するステップと、
クロス・パケット前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットに前記選択された基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータに基づいて適用するステップと、
前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットならびに前方誤り訂正パケットを前記複数の受信機に伝送するステップと、
無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードに適応するステップと、
拡張レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータに前記フィードバックに基づいて動的に適応するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
制御メッセージを送り、前記中間機器に前記中間機器での前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御メッセージが各々のデータ・パケットでピギーバックされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ビデオ信号をマルチキャスト・セッション中の複数の受信機に伝送するためのシステムであって、ネットワーク・プロトコル・スタックの複数のレイヤについてコーディングを制御するステップおよび適応するステップ、伝送方式および保護方式のための手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記方式が物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
アプリケーション・レイヤの前方誤り訂正コーディングをさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
パケット化に適応するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
スケーラブル・ビデオ・コーディング・レートに適応するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記複数の受信機が対象のサービス・エリアにあることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
パケット化に適応するための前記手段が複数のパケット・サイズから選択するための手段を含むことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ビデオ信号を一組の基本レイヤおよび拡張レイヤに前記分割されるビデオ信号の重要性に依存して分割するための手段と、
前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤに適用するための手段と
をさらに備え、前記分割が同等でない保護を与えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モード、前記基本レイヤに対するパケット・サイズおよび前方誤り訂正コーディング方式を選択し、基本レイヤのチャネル使用率を最小化しそしてチャネル信号対雑音比が閾値の信号対雑音比よりも大きい受信機に対して残留パケット損失率が所要パケット損失率よりも少ないことを保証するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するための手段と、
ソース・レート、物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードおよびパケット・サイズに動的に適応するための手段および前方誤り訂正方式を前記拡張レイヤに全体のチャネル使用率制約の下で適用するための手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記受信機が無線機器であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３０】
前記受信機がモバイル機器であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３１】
複数の測定基準の中から選択された測定基準を使用することによりグループ・ビデオ品質を測定し、それに基づいて前記コーディング、伝送方式および保護方式の選択に適応するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が次式で定義される性能測定基準であることを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【数３】
2009506713.tif 000015
【請求項３３】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が、
【数４】
2009506713.tif 000016
として定義される制限付きミニマックス測定基準であることを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
許容チャネル使用率Ｔをビデオ・サービス品質要件および使用できるネットワーク資源に従って設定するための手段と、
チャネル信号対雑音比の閾値を対象のサービス・エリアに基づいて選択するための手段と、
基本レイヤのソース・ビット・レートおよび前記基本レイヤの所要残留パケット損失率を最低限のビデオ品質に基づいて選択するための手段と、
前記基本レイヤに関するクロス・レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータを、残留パケット損失率が所要残留パケット損失率よりも少ないことをチャネル信号対雑音比が信号対雑音比の閾値より良好な受信機に対して保証しながら前記基本レイヤのチャネル使用率を最小化するように決定するための手段と、
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するための手段と、
前記拡張レイヤのソース・レートおよび伝送パラメータおよび保護パラメータに動的に適応し、前記１つのグループ・ビデオ品質測定基準を前記全体のチャネル使用率制約の下で前記フィードバックに基づいて最適化するための手段と、
基本レイヤのソース・レートおよび拡張レイヤのソース・レートを選択するための手段と、
前記ビデオ信号を前記基本レイヤのソース・レートおよび前記拡張レイヤのソース・レートに基づいて符号化するための手段と、
基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズを選択するための手段と、
基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットを前記選択された基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズに基づいて形成するための手段およびパケット・ヘッダを生成するための手段および前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットにパケット・ヘッダを付加するための手段と、
基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータを選択するための手段と、
クロス・パケット前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットに前記選択された基本レイヤおよび拡張レイヤの前方誤り訂正パラメータに基づいて適用するための手段と、
前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットならびに前方誤り訂正パケットを前記複数の受信機に伝送するための手段と、
無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードに適応するための手段と、
拡張レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータに前記フィードバックに基づいて動的に適応するための手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３５】
制御メッセージを送り、前記中間機器に前記中間機器での前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記制御メッセージが各々のデータ・パケットでピギーバックされることを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
クロス・レイヤ制御モジュールと、
スケーラブル・ビデオ符号器と、
パケッタイザと、
前方誤り訂正符号器と、
通信装置と
を含むビデオ・サーバをさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３８】
前記クロス・レイヤ制御モジュールが前記スケーラブル・ビデオ符号器、前記パケッタイザ、前記前方誤り訂正符号器および前記通信装置を制御し、
許容チャネル使用率Ｔをビデオ・サービス品質要件および使用できるネットワーク資源に従って設定する機能と、
チャネル信号対雑音比の閾値を対象のサービス・エリアに基づいて選択する機能と、
基本レイヤに関するソース・ビット・レートおよび前記基本レイヤの所要残留パケット損失率を最低限のビデオ品質に基づいて選択する機能と、
前記基本レイヤのクロス・レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータを、残留パケット損失率が所要残留パケット損失率よりも少ないことをチャネル信号対雑音比が信号対雑音比の閾値より良好な受信機に対して保証しながら前記基本レイヤのチャネル使用率を最小化するように決定する機能と、
前記複数の受信機からネットワーク・トポロジおよびチャネル状態を含むフィードバックを前記通信装置から受信する機能と、
前記拡張レイヤのソース・レートおよび伝送パラメータおよび保護パラメータに動的に適応し、グループ・ビデオ品質測定基準を前記全体のチャネル使用率制約の下で前記フィードバックに基づいて最適化する機能と、
基本レイヤのソース・レートおよび拡張レイヤのソース・レートを選択する機能と、
基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズを選択する機能と、
基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータを選択する機能と、
無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調ならびにチャネル・コーディング・モードに適応する機能と、
拡張レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータに前記フィードバックに基づいて動的に適応する機能と
を実行することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記スケーラブル・ビデオ符号器が前記ビデオ信号を基本レイヤのソース・レートおよび前記拡張レイヤのソース・レートに基づいて符号化することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記パケッタイザが基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットを前記選択された基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズに基づいて形成し、そしてパケット・ヘッダを付加することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４１】
前記前方誤り訂正符号器がクロス・パケット前方誤り訂正コーディングを、前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットに前記選択された前方誤り訂正パラメータに基づいて適用することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４２】
前記通信装置が前記ビデオ・パケットおよび前方誤り訂正パケットを前記複数の受信機に伝送することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
前記クロス・レイヤ制御モジュールが無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを前記選択されたモードに基づいて制御および適応することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４４】
ある制御メッセージが前記無線ローカル・エリア・ネットワークの前記中間機器に前記通信装置を経由して送られ、前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御することを特徴とする請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
ある制御メッセージが前記無線ローカル・エリア・ネットワークの前記中間機器に、伝送される各々のデータ・パケット上に前記制御メッセージをピギーバックすることにより前記通信装置を経由して送られ、前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御することを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ローカル・エリア・ネットワーク(ＷＬＡＮｓ)上でマルチキャストするビデオ・コンテンツに関するものであり、さらに具体的には、そのプロトコル・スタックの多数のレイヤを跨って誤り制御戦略を調整して対象とするユーザへの分配を最適化することによるビデオ品質のその改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮｓ）上でのビデオ・マルチキャストは、多数の受信機への中継または録画ビデオのその分配、例えば、ＴＶ番組または空港、カフェ、ホテルおよびショッピング・モールなどのようなホット・スポットにおける地域特有のビデオ情報のその分配を効率よく可能にする。ユーザは、インターネットを閲覧しながらモバイル機器で自身のお気に入りのＴＶ番組を視聴することができる。他の例には、トンネルおよび地下鉄内のモバイル機器へのＷＬＡＮｓを使用した衛星ＴＶサービスの拡大、企業ユーザ向けの無線ビデオ教室およびビデオ研修などがある。
【０００３】
その誤り率は、無線ネットワークでは通常高い。マルチキャストに対しては、ＩＥＥＥ８０２．１１無線リンク・レイヤは、紛失パケットの再送を行わない。そのデータ・フレームは、誤りが発生した場合その受信機側で廃棄する。その所要信頼性は、従って、優れた受信状態でなければ、そのユーザには保証することができない。さらに、ビデオ・マルチキャスト・アプリケーションでは、同じビデオに対するその受信機が、異なるチャネル状態を体験する可能性があり、また一つの受信機に対するそのチャネル状態はフェージング、遮蔽、干渉および移動度のためにその時々において変わる。新しい受信機がそのセッション中に参加する場合、または一部の受信機が離脱する場合があってユーザのトポロジが変わることになる。
【０００４】
先行技術では、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮｓ）で信頼性のあるビデオ伝送を達成するために、各々のネットワーク・プロトコル・レイヤは個々の解、例えば、適切な物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング（ＰＨＹモード）の選択、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤ再送、アプリケーション・レイヤ前方誤り訂正（ＦＥＣ）、パケット・サイズの最適化、スケーラブル・ビデオ・コーディングの使用などを提供することが知られている。しかしながら、各々のレイヤでのそのメカニズムは、独立して動作し、そしてそれらのパラメータは、独立して選ばれる。このレイヤ化された取り組みは、ビデオ配信に対する最適なシステム性能をもたらさない。
【０００５】
近年、ＷＬＡＮｓにおけるビデオ搬送に対して最適なシステム性能を達成するためのクロス・レイヤ設計がかなり注目されてきている。ＷＬＡＮｓにおけるビデオ・ユニキャストに対して、ＭＡＣ再送制限、アプリケーション・レイヤＦＥＣ、パケット化およびスケーラブル・ビデオ・コーディングを一緒に適応させることによるクロス・レイヤ保護戦略が提案された。この戦略は、しかしながら、マルチキャストには適用できない。第一に、マルチキャストについては、多数のユーザが同じビデオを受信しており、そしてそのユーザ全てについてのその全体的なビデオ品質がシステム設計を最適化するために考慮されなければならない。当然のことながら、同じビデオのその受信機は、同じ時点で異なるチャネル状態を体験する可能性があり、そして同じ受信機がその時々において異なるチャネル状態をまた体験する可能性がある。受信機がそのセッション中に参加または離脱する可能性があり、その受信機のトポロジが動的に変わる。適応決定が先行技術におけるようなただ一人のユーザのフィードバックに基づいてなされることはできない。第二に、ＩＥＥＥ８０２．１１リンク・レイヤは、紛失したマルチキャスト・データ・フレームの再送を行わない。そのフレームは、誤りが発生した場合その受信側のＭＡＣで廃棄する。第三に、先行技術では、そのＰＨＹモードは固定であった。そのＰＨＹモードは、特にマルチキャストの場合（ユーザ毎のリンク適応および再送がない）、そのビデオ伝送品質に影響を及ぼす重要なパラメータであり、そしてそのＰＨＹモードは、それ故、クロス・レイヤ最適化に対して考慮する必要がある。第四に、先行技術では、その帯域幅割り当てが最適化される。そのチャネル帯域幅が異なるＰＨＹモードに対して調整できる場合その帯域幅割り当てを最適化するのは容易ではない。それどころか、そのチャネル使用率は、より一般資源と見なされる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の中で解決できるその課題は、使用できる無線ネットワーク資源を効率的に利用しながら、その所望の／対象のサービス・エリアにおいて同じマルチキャスト・ビデオのそのユーザ全てに対して、いかにサービス品質を提供するかである。従って、新しいクロス・レイヤ最適化アルゴリズムは、使用できる無線ネットワーク資源を効率的に利用しながら、その所望の／対象のサービス・エリアにおいて同じマルチキャスト・ビデオのそのユーザ全てに対してサービス品質を提供するために、ＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮｓ上で効率的およびロバストなビデオ・マルチキャスト・サービスを提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮｓにおけるスケーラブル・ビデオ・マルチキャストに対する適応型クロス・レイヤ最適化方法およびシステムに基づいている。本発明は、従って、異なるネットワーク・プロトコル・レイヤで使用できるその様々なコーディング、伝送および保護のメカニズムを、物理レイヤにおける変調およびチャネル・コーディング・モード（ＰＨＹモード）、アプリケーション・レイヤ前方誤り訂正（ＦＥＣ）オーバヘッド、パケット化、およびスケーラブル・ビデオ・コーディング・レートを含めて制御および適応して、その所望の／対象のサービス・エリアにおいてそのマルチキャスト・ビデオ・セッションのその受信機全てについてのその最適な総合ビデオ品質を達成することである。さらに、異なるクロス・レイヤ伝送および保護のパラメータが、そのスケーラブル・ビデオの基本レイヤおよび拡張レイヤに、そのレイヤ（基本および拡張）のその重要性に従って適用される。本発明のその方法およびシステムは、多数のユーザのユーザ・トポロジおよびチャネル状態のその変動に動的に適応することができる。
【０００８】
ビデオ信号をマルチキャスト・セッション中の複数の受信機に伝送するためのシステムおよび方法を、ネットワーク・プロトコル・スタックの複数のレイヤについてのコーディングの制御および適応、伝送および保護の方式を含めて、説明する。本発明のそのシステムおよび方法は、対象のサービス・エリア内においてマルチキャスト・セッション中の受信機に対して最適な総合ビデオ品質を達成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、その添付図面と併せて読む場合その以下の詳細な明細書から最もよく理解される。その図面は、以下で簡単に説明する以下の各図を含み、その各図上の同じ番号は同様の要素を表わす。
【００１０】
ここで図１を参照して、本発明の内容に即して考察される代表的なネットワーク・システムを示される。その無線機器１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄは、１つのビデオ・マルチキャスト・サーバにＩＥＥＥ８０２．１１無線中間機器１１０（例えば無線アクセス・ポイントまたは無線ルータなど）および高速有線アクセス・ネットワーク（例えばイーサネット(登録商標））を通して接続されている。無線機器は、無線モバイル機器例えば、しかし限定されることなく、モバイル電話、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡｓ）、ラップトップ、モバイル端末およびモバイル／無線であるかまたはあることができる任意の他の無線機器を含む。そのビデオ・サーバ１１５は、１つ以上のビデオ番組をその高速有線ネットワーク上でのマルチキャストでその無線中間機器１１０に伝送する。その中間機器はそのビデオをその無線機器にＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮｓ）上でのマルチキャストで分配する。その無線機器１０５ａから１０５ｄのそのユーザは、１つ以上のビデオ番組を見ることができる。図１に描かれているそのネットワーク・トポロジは例に過ぎず、そして限定するつもりではない。それは、本発明のそのクロス・レイヤ最適化方法およびシステムをしかるべき状況に置くために使用している。本明細書で説明しているそのクロス・レイヤ最適化方法およびシステムは、異なるネットワーク構成を有する任意のＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカル・エリア・ネットワーク上でのビデオ・マルチキャスト・アプリケーションで使用することができる。
【００１１】
ビデオ・サーバ１１５は、スケーラブル・ビデオ符号器、パケッタイザ、および前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号器を含む。ファイン・グレイン・スケーラビリティ（ＦＧＳ）をスケーラブル・ビデオの例として使用し、本発明を説明する。本発明は、しかしながら、他のスケーラブル・ビデオ・コーディングに適用することができる。原ビデオが基本レイヤ（ＢＬ）および拡張レイヤ（ＥＬ）に、そのビデオ符号器により符号化される。その基本レイヤ（ＢＬ）は、最重要なビデオ情報を担い、そしてその拡張レイヤ（ＥＬ）は重要性の低い情報を担う。ビデオの各々のレイヤは、パケット化され、そしてそのＦＥＣ符号は、そのビデオ・パケットにわたって使用され、パケットの紛失から保護する。使用されるＦＥＣは、任意の体系的な前方誤り訂正符号、例えば、リード・ソロモン（ＲＳ）符号が可能である。１つの（ｎ，ｋ）ＲＳ符号は、ｋ個のソース・パケットに対して適用され、ｈ＝（ｎ−ｋ）個のＦＥＣ保護パケットを形成することで（ｎ−ｋ）個の紛失パケットを回復することができる。そのＦＥＣ符号レートは、ｒ＝ｋ／ｎで定義される。異なるレイヤのそのビデオ・パケットおよびそれらのＦＥＣ保護パケットは、そのビデオ・サーバからそのＷＬＡＮ中間機器（ＩＤｓ）に高速インターネット上で送る。次いで、そのＷＬＡＮ  ＩＤｓは、そのマルチキャストＩＰパケットをＩＥＥＥ８０２．１１マルチキャストＭＡＣフレームにカプセル化し、そしてそのＭＡＣフレームをそのユーザに伝送する。
【００１２】
ＷＬＡＮチャネルのようなそのネットワーク資源を効率よく利用するために、ＢＬおよびＥＬのそのビデオ・ソースのビット・レート、そのクロス・レイヤ伝送および保護方式（ＰＨＹモードおよびアプリケーション・レイヤＦＥＣ）の外にそのパケット・サイズをも共に制御し、その所望の／対象のサービス・エリア内のそのマルチキャスト・ビデオのそのユーザ全てに対してその最適な総合ビデオ品質を達成する。これらのパラメータは、ユーザ・トポロジおよび多数のユーザのチャネル状態のその変動に、その受信機からのそのチャネル状態のフィードバックに基づいて、動的に適応する。さらに、その基本レイヤおよび拡張レイヤは、それらの重要性に従って異なる条件で保護および伝送され、すなわち、ＰＨＹモードの観点でのそのクロス・レイヤ動作パラメータ、パケット・サイズ、およびアプリケーション・レイヤＦＥＣは、ＢＬおよびＥＬに対して異なる。
【００１３】
本発明のその方法およびシステムにおいて、そのＰＨＹモードが適応される。ビデオ・セッションに対してその利用できる帯域幅は、そのＷＬＡＮチャネルがそのビデオ・データを伝送するために使用されるその時間が同じであっても、ＰＨＹモードが異なると変わる。従って、そのマルチキャスト・ビデオを流すためのそのチャネル使用率（その帯域幅ではなく）がその制約であると考えられる。１つのビデオ・セッションのそのチャネル使用率は、マルチキャスト・ビデオ・セッションのそのデータを伝送するために使用されるＷＬＡＮチャネル時間のその百分率として定義する。
【００１４】
ビデオ・マルチキャストでは、受信機は異なるチャネル条件、ひいては異なるビデオ品質を体験する。ＰＨＹモードｍの観点でのそのクロス・レイヤの動作パラメータである、パケット・サイズＬａ、アプリケーション・レイヤＦＥＣパラメータｎおよびｋが、あるユーザのその受信品質を最大限に高めても、他のユーザにとってはその最適なものではない可能性がある。同じビデオ・セッションのそのユーザ全てに対して何らかの複合的な性能測定基準をその全体的なチャネル使用率制約の下で最適化することが望ましい。同じビデオ・セッションの多数のユーザに対するその総合ビデオ品質を測定するために、性能測定基準を次のように定義する。
【００１５】
【数１】
2009506713.tif 000003
【００１６】
ここで、Ｒｓ＿ＢＬおよびＲｓ＿ＥＬはそれぞれＢＬおよびＥＬのそのソース・ビット・レートを表わし、γ（ｉ）はそのビデオ・マルチキャスト・セッションの第ｉ番目のユーザが体験するそのチャネルＳＮＲ値を表わし、ＪＢＬはその基本レイヤ・ビデオに対するクロス・レイヤの動作パラメータのその組、すなわち（ｍＢＬ，Ｌａ＿ＢＬ，ｎＢＬ，ｋＢＬ）であり、ＪＥＬはその拡張レイヤに対するクロス・レイヤの動作パラメータのその組（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）であり、ｗ（γ（ｉ））はγ（ｉ）のその値に依存する重みであり、そして次式を満たす。
【００１７】
【数２】
2009506713.tif 000004
【００１８】
その性能測定基準は、異なるチャネル状態を有するユーザによるその受信ビデオ品質の加重平均であり、ここでその重みはそのユーザのチャネル状態に依存する。可能性のある重み関数は、以下である。
【００１９】
【数３】
2009506713.tif 000005
【００２０】
ここで、ＮはそのチャネルＳＮＲγのその値が閾値γｔより大きいかまたは等しいユーザのその総数である。このことは、そのチャネルＳＮＲがγｔより良好な全てのユーザは平等に扱われ、それより劣るチャネル状態の他者はそのマルチキャスト・パラメータを選び、そして適応する際に考慮されないことを意味している。
【００２１】
本発明において、そのＷＬＡＮのその許容チャネル使用率Ｔは、そのビデオＱｏＳ（サービス品質）要件およびその使用できるネットワーク資源により決定される。与えられたチャネル使用率Ｔに対して、本発明は、そのＢＬ動作パラメータである、そのＢＬソース・レートＲｓ＿ＢＬおよびそのＢＬクロス・レイヤ保護および伝送の４つ組ＪＢＬ＝（ｍＢＬ，Ｌａ＿ＢＬ，ｎＢＬ，ｋＢＬ）を含めて、ならびにそのＥＬ動作パラメータである、そのＥＬソース・レートＲｓ＿ＥＬおよびそのＥＬクロス・レイヤ保護および伝送の４つ組ＪＥＬ＝（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）を含めて制御および適応してその対象のサービス・エリア内のそのユーザ全てに対するその最適な総合ビデオ品質Ｑｇ（ＪＢＬ，Ｒｓ＿ＢＬ，ＪＥＬ，Ｒｓ＿ＥＬ）を達成するようにする。これは、制約付き最適化問題として定式化することができるのである。
【００２２】
【数４】
2009506713.tif 000006
【００２３】
但し、
【００２４】
【数５】
2009506713.tif 000007
【００２５】
次に、これらのクロス・レイヤ・ソース・コーディング、伝送および保護のパラメータをどのように選び、そして適応するかを詳細に説明する。本発明において、そのＢＬは最低限容認できるビデオ品質で符号化し、そしてそのソース・ビット・レートＲｓ＿ＢＬは、その所望の最低限のビデオ品質およびそのビデオ・シーケンスの時空間特性に従って決定される。その拡張レイヤは、その使用できるチャネル使用時間を十分に利用してその基本レイヤ・ビデオを改善する。そのスケーラブル・ビデオ・コンテンツは、実時間でまたは後刻の分配用にオフラインで圧縮することができることに注意されたい。
【００２６】
そのＢＬに対しては、そのクロス・レイヤ伝送および保護の４つ組ＪＢＬは、その対象のサービス・エリア内の最悪ケースのユーザに対するその所要残留パケット損失率（ＰＬＲ）をそのＢＬチャネル使用率を最小化しながら満足するように選択される。そのＢＬ残留ＰＬＲは、非常に小さく維持されるので、最低限のＱｏＳはその対象のサービス・エリア内でチャネルＳＮＲがその閾値γｔより良好なそのユーザに対して保証される。Ｐｔ＿ＢＬがそのアプリケーションＱｏＳにより必要となるそのＢＬ残留ＰＬＲを表わすとすると、ＪＢＬは次式により得られる。
【００２７】
【数６】
2009506713.tif 000008
【００２８】
但し、
【００２９】
【数７】
2009506713.tif 000009
【００３０】
このことは、そのサービス・プロバイダ／ネットワーク管理者によりなされることができる。そのＢＬソース・レートＲｓ＿ＢＬおよびそのＢＬ伝送および保護のパラメータＪＢＬ＝（ｍＢＬ，Ｌａ＿ＢＬ，ｎＢＬ，ｋＢＬ）は、そのＥＬソース・レートＲｓ＿ＥＬおよびそのＥＬ伝送および保護のパラメータＪＥＬ＝（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）とともに、そのビデオ・セッション中式（４）に従って動的に適応されることができるが、そのＢＬパラメータは、ここではその所望のサービス・エリア内で最悪の可能性のあるチャネル状態に従って、そのサービス・プロバイダ／ネットワーク管理者によりそのセッションの初期化時に決定される。これは、そのＢＬパラメータがそのセッション中動的に変わると、ユーザはその変化間で受信ビデオ品質に劇的な変動を体験する可能性があり、望ましくないからである。従って、そのＢＬソース・コーディング、伝送および保護のパラメータは、そのセッション初期化時に対象のチャネルの最悪状態に基づいて選ばれ、そしてそのＥＬパラメータがそのセッション中ユーザ・トポロジおよび多数のユーザのチャネル状態のその変動に従って動的に変えられる。例えば、そのサービス・プロバイダ／ネットワーク管理者は、無線中間機器のビルディングのようなその対象のサービス・エリアを決定する。その無線中間機器の固定伝送電力Ｓ＝Ｓ０を仮定すると、そのエリア内での最悪のチャネルＳＮＲγｔは、実験測定または解析により得られる可能性がある。チャネルＳＮＲがγｔより良好なそのユーザは、それらのＢＬ残留ＰＬＲｓがその所要値Ｐｔ＿ＢＬより少ないことが保証されているので、それらは最低限のビデオ品質を有することができる。ｔＢＬが最小化される場合、ｔＥＬが全体のチャネル使用率が固定の下で最大化される。
【００３１】
さらに、そのＥＬソース・レートＲｓ＿ＥＬおよびそのＥＬクロス・レイヤ保護および伝送の４つ組ＪＥＬ＝（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）は、式（４）で定義されるそのネットワーク資源制約の下でそのグループ・ビデオ品質を最適化するように選択される。多数の受信機のそのフィードバックに基づいて、これらのＥＬ動作パラメータが、多数のユーザのユーザ・トポロジおよび無線チャネル状態のその変動に動的に適応される。あるユーザがチャネルＳＮＲがγｔより劣る非常に悪いチャネル状態にある場合、それは式（３）のその重み関数が使用されているように何ら機能しないことに注意されたい。
【００３２】
ＦＧＳビデオに対して、そのＢＬ残留ＰＬＲが非常に低い場合、大抵のビデオ・シーケンスに対するＢＬのそのチャネル歪は非常に小さいままである。その受信ＢＬビデオ品質は、そのＢＬソース・ビット・レートに依存する。Ｑ０がある受信機でのそのＢＬビデオ品質を表わし、そしてＲｒ＿ＥＬがそのＥＬのその実効受信データ・レート、およびθがそのビデオ・シーケンスに対するそのレート−歪モデルのそのパラメータを表わすものとする。そのグループ・ビデオ品質評価は次のように単純化することができる。
【００３３】
【数８】
2009506713.tif 000010
【００３４】
これは、そのグループ・ビデオ品質を最適化することがその対象のサービス・エリア内のそのユーザ全てにわたるその実効受信ＥＬデータ・レートのその加重平均を最大化することと同等であることを意味している。
【００３５】
図２を参照すると、そのクロス・レイヤ制御モジュール（そのクロス・レイヤ・コントローラとも呼ばれる）において、実行される本発明のそのランタイム最適クロス・レイヤ・アルゴリズムは、次のように要約される。ステップ２０５において、そのＷＬＡＮのその許容チャネル使用率Ｔは、そのビデオＱｏＳ（サービス品質）要件および使用できるネットワーク資源に従って設定される。そのチャネルＳＮＲ閾値γｔは、ステップ２１０において、その対象のサービス・エリアに基づいて選択される。そのＢＬソース・ビット・レートＲｓ＿ＢＬおよびＢＬのその所要残留ＰＬＲ  Ｐｔ＿ＢＬが、ステップ２１５において、その好ましい最低限のビデオ品質に基づいて選ばれる。ステップ２２０において、ＢＬのそのクロス・レイヤ伝送および保護のパラメータＪＢＬ＝（ｍＢＬ，Ｌａ＿ＢＬ，ｎＢＬ，ｋＢＬ）が、チャネルＳＮＲがそのＳＮＲの閾値γｔより良好な受信機に対するその所要残留ＰＬＲ  Ｐｔ＿ＢＬよりその残留ＰＬＲが少ないことを保証しながら（式５を使用して）、そのＢＬチャネル使用率を最小化するように決定される。非常に悪いチャネル状態（チャネルＳＮＲがその閾値より劣る）のユーザは、考慮されない。本発明のそのシステムおよび方法は、そのＥＬソース・レート、そのクロス・レートＥＬ伝送および保護の４つ組ＪＥＬ＝（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）に動的に適応し、その対象のサービス・エリア内のそのユーザ全てにわたるそのグループ・ビデオ品質を、その全体のチャネル使用率制約の下で（式４を使用して）変動するユーザ・トポロジおよび多数の受信機（各々の受信機はそのチャネルＳＮＲを評価し、そしてそのクロス・レイヤ制御装置にフィードバックする）によりフィードバックされるチャネル状態に基づいて、ステップ２２５において最大限に高める。ＦＧＳビデオに対して、本発明のそのクロス・レイヤ最適化アルゴリズムは、その所望のサービス・エリア内のそのユーザ全てにわたるその実効受信ＥＬデータ・レートのその加重平均を、式（６）を使用してステップ２２５において最大化するように単純化されることができる。
【００３６】
そのクロス・レイヤ制御モジュールは、そのスケーラブル・ビデオ符号器に指示して、そのクロス・レイヤ制御モジュールがそのクロス・レイヤ最適化アルゴリズムを実行することにより選ばれたそのＢＬおよびＥＬのソース・レートに基づいて、ステップ２３０でビデオを符号化する。そのクロス・レイヤ制御モジュールはまた、そのパケッタイザに指示してそのＢＬおよびＥＬのビデオ・パケットをその選ばれたパケット・サイズに基づいてステップ２３５において形成し、そしてそのＦＥＣ符号器に指示してそのクロス・パケットＦＥＣをその選択されたＦＥＣパラメータに基づいてステップ２４０において適用する。そのＢＬおよびＥＬのビデオ・パケットおよびＦＥＣパケットは、そのビデオ・サーバからその受信機（無線機器）に通信装置を経由してステップ２４５において伝送される。そのクロス・レイヤ制御モジュールは、そのＷＬＡＮ中間機器のそのＢＬおよびＥＬのＰＨＹモード（物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モード）を、そのクロス・レイヤ最適化アルゴリズムにより選ばれたそのモードに基づいてステップ２５０において制御および適応する。その制御メッセージは、その中間機器でのそのＰＨＹモードを制御するためにその通信装置を経由して単独で送られるか、または各々のデータ・パケットで、その中間機器がそのデータ・パケットの伝送に使用するそのＰＨＹモードを示すためにピギーバックされることができる。さらに、そのクロス・レイヤ制御モジュールはそのユーザチャネル状態のフィードバックを収集し、そして多数の受信機のそのチャネル・フィードバックに基づいてそのＥＬソース・レートＲｓ＿ＥＬおよびそのＥＬの伝送および保護のパラメータＪＥＬ＝（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）に動的に適応し、ステップ２５５においてそのグループ・ビデオ品質をオンザフライで最適化する。チャネルＳＮＲ値がγｔより劣るユーザは、そのＢＬおよびＥＬのマルチキャスト・パラメータを選び、そして適応する際に考慮されないことに注意されたい。
【００３７】
図３は、本発明によるビデオ・サーバ１１５の概略ブロック図である。そのビデオ・サーバ１１５は、スケーラブル・ビデオ符号器３０５、パケッタイザ３１０、前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号器３１５、通信装置３２０およびクロス・レイヤ制御モジュール３２５を含む。そのスケーラブル・ビデオ符号器３０５、そのパケッタイザ３１０、そのＦＥＣ符号器３１５およびその通信装置３２０は全てそのクロス・レイヤ制御モジュール３２５により制御されるかまたは指示される。そのスケーラブル・ビデオ符号器３０５は、その原ビデオを基本レイヤおよび拡張レイヤのビット・ストリームに符号化する。そのパケッタイザ３１０は、その基本レイヤおよび拡張レイヤのパケットをその対応するビット・ストリームから生成し、そしてその生成されたパケットにパケット・ヘッダを付加する。そのＦＥＣ符号器３１５は、異なるクロス−パケットＦＥＣコーディングをその基本レイヤおよび拡張レイヤのパケットに適用する。その通信装置３２０は、そのパケットを送受信する。そのクロス・レイヤ制御モジュール３２５は、そのビデオ・サーバ１１５にあるスケーラブル・ビデオ符号器３０５、パケッタイザ３１０、前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号器３１５およびその通信装置３２０を制御する。そのクロス・レイヤ制御モジュール３２５は、またその無線中間機器（ＩＤ）１１０のそのＩＥＥＥ８０２．１１ＰＨＹモードをその通信装置３２０を通して制御し、多数のユーザ１０５ａから１０５ｄのその最適な総合ビデオ品質をその所要ＱｏＳおよび資源制約の下で達成する。その制御メッセージは、そのクロス・レイヤ制御モジュールにより単独で送られ、そのＩＤのＰＨＹモードを設定することができる。あるいは、その制御メッセージは、各々のデータ・パッケージでピギーバックされ、そのＩＤによりいずれのＰＨＹモードがそのデータ・パケットの伝送に使用されるべきかを示すことができる。その無線ビデオ受信機は、そのチャネル状態をそのクロス・レイヤ制御モジュール３２５にフィードバックするであろう。そのビデオ・セッションの多数の受信機１０５ａ−１０５ｄのその評価されたチャネル状態に基づいて、そのクロス・レイヤ制御モジュール３２５は、そのソース・ビット・レート、パケット・サイズ、アプリケーション・レイヤＦＥＣ、およびＢＬおよびＥＬの両方に対するＩＥＥＥ８０２．１１ＰＨＹモードを決定および適応する。
【００３８】
代替の実施形態において、そのビデオ・サーバ１１５およびそのＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮ中間機器１１０が共同設置されることができる。そのグループ・ビデオ品質を測定する代替の測定基準を使用することがまた可能である。例えば、その最大の個々のビデオ品質劣化を、その対象のサービス・エリア内のその多数のユーザのなかでのマルチキャストのために最小化する代替の測定基準が採用されることができよう。その対象のサービス・エリア内でチャネルＳＮＲがγ（ｉ）（ここでγ（ｉ）は、そのチャネルＳＮＲの閾値γｔより大きいかまたは等しい）であるただ一人のユーザが考慮されると、その場合それからその許容チャネル使用率Ｔを前提として、その最適なクロス・レイヤのソース・コーディング、ＢＬおよびＥＬの伝送および保護のパラメータがこのユーザのそのビデオ品質を最大限高めるように選ばれることができる。マルチキャスト／同報では、そのユーザのその受信品質は、異なるチャネル状態を有する他のユーザがまたサービスされる必要があるので、ある程度その最適な性能から劣化する可能性がある。そのＥＬソース・コーディング、伝送および保護のパラメータは、そのサービス・エリア内の任意のユーザが蒙るその最大の性能劣化を最小化するように選ばれることができる。それは次式のように定式化される。
【００３９】
【数９】
2009506713.tif 000011
【００４０】
ここで、Ｑ（ｉ）ｏｐｔ（γ（ｉ））は、第ｉ番目のユーザに対して期待される最良のビデオ品質であり、それがそのユーザのみである場合にその最適なソース・コーディング、ＢＬおよびＥＬの伝送および保護のパラメータを使用することにより達成されるもので、そしてＱ（ｉ）はマルチキャストで使用されるその特定のパラメータに対してそれが実際に受信する性能である。あるユーザがその所望のサービス・エリア外で非常に悪いチャネル状態で、すなわちγ＞γｔであると、そのマルチキャスト・パラメータを選ぶのに考慮されないことに注意されたい。この測定基準は、その制限付きミニマックス測定基準と呼ばれる。１つの代替の実施形態は、そのＥＬソース・コーディング、伝送および保護のパラメータを決定するためにこの測定基準を使用することである。
【００４１】
図４は、４つのＩＥＥＥ８０２．１１ＰＨＹモードの下での２つの異なるペイロード・サイズに対するそのＰＬＲのシミュレーション図である。そのチャネルのＳＮＲが良くなると、異なるペイロード・サイズ間でその差異が少なくなる。所定のチャネルＳＮＲに対して、より低いデート・レート・モードでのそのＰＬＲは、高速のデータ・レート・モードでのそれよりは常に良好であり、すなわち、そのＰＨＹモードが有するデータ・レートが低ければ低いほど、それはよりロバストである。これは、その低いレート・モードがよりロバストな変調方式およびより多くのチャネル・コーディング・オーバヘッドを使用するからである。
【００４２】
そのチャネルＳＮＲの閾値γｔは、その対象のサービス・エリアにより決定される。本発明のそのアルゴリズムにより達成される、ＢＬのその最小のチャネル使用率は、そのチャネルＳＮＲの閾値、その所要ＢＬ残留ＰＬＲ、およびそのＢＬソース・レートに依存する。図５は、異なるγｔの下でのその最小のＢＬチャネル使用率およびＥＬデータを伝送するために残されたそのチャネル時間のシミュレーション図であり、そのＢＬデータ・レートは２００Ｋｂｐｓで、およびそのマルチキャスト・ビデオ・セッションに割り当てられるその全体のチャネル使用時間ｔｔｏｔは、ＷＬＡＮチャネルの１０％である。そのＢＬチャネル使用率は、チャネルＳＮＲの閾値が大きくなるにつれて低減していることを見て取ることができる。それらの変曲点は、その最適なモードがＳＮＲの閾値が増加するにつれて向上するからである。γｔが２．５ｄＢより少ない場合、そのＢＬチャネル使用率はそのｔｔｏｔを超え、そのＢＬビデオ品質は満たされることができない。
【００４３】
本発明のそのクロス・レイヤ最適化アルゴリズムがシミュレートされた。そのシミュレーションにおいて、そのビデオ・マルチキャストセッションに対するその全体のチャネル使用時間ｔｔｏｔは、１０％に固定され、ＢＬデータ・レートは２００Ｋｂｐｓで秒あたり２５フレームである。シミュレーションのために、そのマルチキャスト・ビデオ・セッションは８０ユーザで、そのチャネルＳＮＲは区間［０，３０］ｄＢで一様に分布していると仮定している。
【００４４】
図６は、そのサービスを受けるユーザ全てにわたってその平均実効受信ＥＬデータ・レートＲｄ＿ＥＬ＿ａｖのミュレーション図であり、その提案されている適応型クロス・レイヤ最適化アルゴリズムを使用してＰＨＹモード、アプリケーション・レイヤＦＥＣおよびパケット・サイズＪＥＬ＝（ｍＥＬ，Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）に異なるチャネルＳＮＲの閾値γｔの下で適応しており、ＦＧＳビデオに対するそのグループ・ビデオ品質を表わしている。そのシミュレーションで使用されているその重み関数は、式（３）の中で与えられている。比較のために、また、そのＰＨＹモードを固定してアプリケーション・レイヤＦＥＣおよびパケット・サイズ（Ｌａ＿ＥＬ，ｎＥＬ，ｋＥＬ）だけに適応することによるその結果を示す。本発明のそのアルゴリズムは、異なるチャネルＳＮＲの閾値の下で良好な性能を達成することに気付かれたい。その適切なＰＨＹモードを選ぶことが重要であることをまた見て取ることができる。ＢＬおよびＥＬのビデオ伝送の両方に対してＰＨＹモードを１または５に固定すると、Ｒｄ＿ＥＬ＿ａｖは、その提案されている適応型アルゴリズムを使用するものよりも常に劣ることに気付く。これは、モード５および１は、ＥＬの最適化には決して選択されないために生じる。図７は、様々なＳＮＲの閾値の下でＢＬおよびＥＬの両方に対するそのモード選択のシミュレーション図である。一方ＢＬに対するそのモードは、γｔが増加するにつれて徐々に向上する。そのＥＬは、大きい平均実効データ・レートＲｄ＿ＥＬ＿ａｖに対して常により高いモードが好ましい。
代替の重み関数がそのシステムの設計に使用されることができ、たとえば：
【００４５】
【数１０】
2009506713.tif 000012
【００４６】
このケースでは、チャネルＳＮＲがγｔに等しく、最悪の可能性のあるチャネル状態の架空のユーザがその所望のサービング・エリアに常にいると想定している。このように、そのＥＬソース・コーディング、伝送および保護のパラメータは、そのサービング・エリア内で最悪の可能性のあるチャネル状態のそのユーザのそのビデオ品質を最大限に高めるように選択される。あるユーザがその所望のサービング・エリア外にいて、すなわちγ＞γｔであると、それは考慮されないであろう。図８は、その受信機側の平均実効ＥＬビット・レートのシミュレーション図であり、その代替の重み関数を使用している。その曲線が向上し、そしてすべてのＰＨＹモードがそのＢＬのケースと同様に異なるＳＮＲｓの閾値とともに選択されていることを見て取ることができる。
【００４７】
図９は、その平均実効受信ＥＬビット・レートのシミュレーション図であり、その制限付きミニマックス測定基準をその総合ビデオ品質測定基準として使用している。図６から図９を比較すると、図６に対してはその最適化測定基準は、その閾値のユーザに有利に作用しないことが見て取ることができる。図７に対しては、そのＥＬソース・コーディング、伝送および保護のパラメータはその閾値のユーザに基づいてのみ選択される。図９に対するその制限付きミニマックス測定基準は、そのサービング・エリア内の全てのユーザのなかでその最大の性能劣化を最小化できている。全てのユーザは、自身の最適な性能からある程度劣化されることになりそうで、そして過度に不利益を蒙るユーザはいない。しかしながら、その制限付きミニマックス測度の有する１つの課題は、それが極めて計算が複雑であり、そしてそれに基づいたシステムの最適化が膨大な計算を要することである。
【００４８】
当然のことながら、本発明は、ハードウェア（たとえば、ＡＳＩＣチップ）、ソフトウェア、ファームウェア、専用プロセッサ、またはそれらの組み合わせといった様々な形で、例えばサーバ、中間機器（例えば無線アクセス・ポイントまたは無線ルータなど）、またはモバイル機器の中に実装される可能性がある。好ましくは、本発明は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせとして実装される。さらに、そのソフトウェアは、プログラム記憶装置上で明白に実施されるアプリケーション・プログラムとして好適に実装される。そのアプリケーション・プログラムは、任意の適切なアーキテクチャを備えるマシンにアップロードされ、そして実行されることができる。好ましくは、そのマシンは、１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）および入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース（含複数）のようなハードウェアを有するコンピュータ・プラットフォーム上に実装される。そのコンピュータ・プラットフォームはまた、オペレーティング・システムおよびマイクロ命令コードを含む。本明細書で説明されている様々な処理および機能は、そのマイクロ命令コードの一部かまたはそのアプリケーション・プログラムの一部（またはそれらの組み合わせ）のいずれかであることができ、そのオペレーティング・システムを経由して実行される。さらに、付加データ記憶装置および印刷装置のような様々な他の周辺機器はそのコンピュータ・プラットフォームに接続されることができる。
【００４９】
さらに当然のことながら、その添付図面に描かれている一部のその構成システム要素および方法のステップはソフトウェアで好適に実装され、そのシステム要素（またはその処理ステップ）間のその実際の接続は、本発明がプログラム化されるその仕方に依存して異なる可能性がある。本明細書のその教示を考慮すれば、当業者にはこれらのことおよび本発明の同様な実装または機器構成をもくろむことができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ネットワーク・システムの概略図である。
【図２】本発明のその方法のフローチャート図である。
【図３】本発明に従ったビデオ・サーバの概略ブロック図である。
【図４】異なるＩＥＥＥ８０２．１１ａＰＨＹモードに対するそのパケット損失率のシミュレーション図である。
【図５】ビデオ基本レイヤおよび拡張レイヤに対するそのチャネル使用率のシミュレーション図である。
【図６】本発明のそのクロス・レイヤ最適化アルゴリズムの性能のシミュレーション図である。
【図７】本発明のそのクロス・レイヤ最適化アルゴリズムにおけるその基本レイヤおよび拡張レイヤＰＨＹモード選択のシミュレーション図である。
【図８】その拡張レイヤ・ソース・コーディング、伝送および保護パラメータがそのサービス・エリアにおいて最悪の可能性のあるチャネル状態に従って選択される場合のその性能のシミュレーション図である。
【図９】その総合ビデオ品質測定基準として制限付きミニマックス測定基準を使用して、その拡張レイヤのソース・コーディング、伝送および保護のパラメータを決定する場合のその性能のシミュレーション図である。
【図１】
2009506713.tif 000017
【図２】
2009506713.tif 000018
【図３】
2009506713.tif 000019
【図４】
2009506713.tif 000020
【図５】
2009506713.tif 000021
【図６】
2009506713.tif 000022
【図７】
2009506713.tif 000023
【図８】
2009506713.tif 000024
【図９】
2009506713.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月1日(2008.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ信号をマルチキャスト・セッション中の複数の受信機に伝送するための方法であって、ネットワーク・プロトコル・スタックの複数のレイヤについてのコーディング方式、伝送方式および保護方式を制御するステップおよび連帯して適応するステップを備え、前記コーディング方式が物理レイヤのチャンネル・コーディング・モードを備え、コーディングおよびパケット化前記伝送方式が変調を備え、前記保護方式がアプリケーション・レイヤの前方誤り訂正を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
スケーラブル・ビデオ・コーディング・レートに適応するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の受信機が対象のサービス・エリアにあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記パケット化が複数のパケット・サイズから選択するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビデオ信号を一組の基本レイヤおよび拡張レイヤに前記分割されるビデオ信号の重要性に基づいて分割するステップと、
前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤに適用するステップと
をさらに備え、前記分割が同等でない保護を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モード、前記基本レイヤに対するパケット・サイズ、および前方誤り訂正コーディング方式を選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するステップと、
拡張レイヤのソース・レート、拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードおよび拡張レイヤのパケット・サイズに動的に適応するステップおよび前方誤り訂正方式を前記拡張レイヤに全体のチャネル使用率制約の下で適用するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記受信機が無線機器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記受信機がモバイル機器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の測定基準の中から選択された測定基準を使用することによりグループ・ビデオ品質を測定し、それに基づいて前記コーディング、伝送方式および保護方式の選択に適応するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が次式で定義される性能測定基準であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【数１】
2009506713.tif 000026
【請求項１２】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が、
【数２】
2009506713.tif 000027
として定義される制限付きミニマックス測定基準であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
許容チャネル使用率Ｔをビデオ・サービス品質要件および使用できるネットワーク資源に従って設定するステップと、
チャネル信号対雑音比の閾値を対象のサービス・エリアに基づいて選択するステップと、
基本レイヤのソース・ビット・レートおよび前記基本レイヤの所要残留パケット損失率を最低限のビデオ品質に基づいて選択するステップと、
前記基本レイヤに関するクロス・レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータを、残留パケット損失率が所要残留パケット損失率よりも少ないことをチャネル信号対雑音比が信号対雑音比の閾値より良好な受信機に対して保証しながら前記基本レイヤのチャネル使用率を最小化するように決定するステップと、
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するステップと、
前記拡張レイヤのソース・レートおよび拡張伝送パラメータおよび保護パラメータに動的に適応し、グループ・ビデオ品質測定基準を前記全体のチャネル使用率制約の下で前記フィードバックに基づいて最適化するステップと、
基本レイヤのソース・レートおよび拡張レイヤのソース・レートを選択するステップと、
前記ビデオ信号を前記基本レイヤのソース・レートおよび前記拡張レイヤのソース・レートに基づいて符号化するステップと、
基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズを選択するステップと、
基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットを前記選択された基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズに基づいて形成するステップおよびパケット・ヘッダを生成するステップおよび前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットにパケット・ヘッダを付加するステップと、
基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータを選択するステップと、
クロス・パケット前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットに前記選択された基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータに基づいて適用するステップと、
前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットならびに前方誤り訂正パケットを前記複数の受信機に伝送するステップと、
無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードに適応するステップと、
拡張レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータに前記フィードバックに基づいて動的に適応するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
制御メッセージを送り、前記中間機器に前記中間機器での前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記制御メッセージが各々のデータ・パケットでピギーバックされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ビデオ信号をマルチキャスト・セッション中の複数の受信機に伝送するためのシステムであって、ネットワーク・プロトコル・スタックの複数のレイヤについてのコーディング方式、伝送方式および保護方式を制御しおよび連帯して適応する手段を備え、前記コーディング方式が物理レイヤのチャンネル・コーディング・モードを備え、コーディングおよびパケット化前記伝送方式が変調を備え、前記保護方式がアプリケーション・レイヤの前方誤り訂正を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
スケーラブル・ビデオ・コーディング・レートに適応するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の受信機が対象のサービス・エリアにあることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
パケット化に適応するための前記手段が複数のパケット・サイズから選択するための手段を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ビデオ信号を一組の基本レイヤおよび拡張レイヤに前記分割されるビデオ信号の重要性に依存して分割するための手段と、
前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤに適用するための手段と
をさらに備え、前記分割が同等でない保護を与えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モード、前記基本レイヤに対するパケット・サイズおよび前方誤り訂正コーディング方式を選択するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するための手段と、
ソース・レート、物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードおよびパケット・サイズに動的に適応するための手段および前方誤り訂正方式を前記拡張レイヤに全体のチャネル使用率制約の下で適用するための手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記受信機が無線機器であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記受信機がモバイル機器であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
複数の測定基準の中から選択された測定基準を使用することによりグループ・ビデオ品質を測定し、それに基づいて前記コーディング、伝送方式および保護方式の選択に適応するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２６】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が次式で定義される性能測定基準であることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【数３】
2009506713.tif 000028
【請求項２７】
前記グループ・ビデオ品質測定基準が、
【数４】
2009506713.tif 000029
として定義される制限付きミニマックス測定基準であることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
許容チャネル使用率Ｔをビデオ・サービス品質要件および使用できるネットワーク資源に従って設定するための手段と、
チャネル信号対雑音比の閾値を対象のサービス・エリアに基づいて選択するための手段と、
基本レイヤのソース・ビット・レートおよび前記基本レイヤの所要残留パケット損失率を最低限のビデオ品質に基づいて選択するための手段と、
前記基本レイヤに関するクロス・レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータを、残留パケット損失率が所要残留パケット損失率よりも少ないことをチャネル信号対雑音比が信号対雑音比の閾値より良好な受信機に対して保証しながら前記基本レイヤのチャネル使用率を最小化するように決定するための手段と、
前記複数の受信機からチャネル状態を含むフィードバックを受信するための手段と、
前記拡張レイヤのソース・レートおよび伝送パラメータおよび保護パラメータに動的に適応し、前記１つのグループ・ビデオ品質測定基準を前記全体のチャネル使用率制約の下で前記フィードバックに基づいて最適化するための手段と、
基本レイヤのソース・レートおよび拡張レイヤのソース・レートを選択するための手段と、
前記ビデオ信号を前記基本レイヤのソース・レートおよび前記拡張レイヤのソース・レートに基づいて符号化するための手段と、
基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズを選択するための手段と、
基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットを前記選択された基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズに基づいて形成するための手段およびパケット・ヘッダを生成するための手段および前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットにパケット・ヘッダを付加するための手段と、
基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータを選択するための手段と、
クロス・パケット前方誤り訂正コーディングを前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットに前記選択された基本レイヤおよび拡張レイヤの前方誤り訂正パラメータに基づいて適用するための手段と、
前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットならびに前方誤り訂正パケットを前記複数の受信機に伝送するための手段と、
無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードに適応するための手段と、
拡張レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータに前記フィードバックに基づいて動的に適応するための手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
制御メッセージを送り、前記中間機器に前記中間機器での前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記制御メッセージが各々のデータ・パケットでピギーバックされることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
クロス・レイヤ制御モジュールと、
スケーラブル・ビデオ符号器と、
パケッタイザと、
前方誤り訂正符号器と、
通信装置と
を含むビデオ・サーバをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３２】
前記クロス・レイヤ制御モジュールが前記スケーラブル・ビデオ符号器、前記パケッタイザ、前記前方誤り訂正符号器および前記通信装置を制御し、
許容チャネル使用率Ｔをビデオ・サービス品質要件および使用できるネットワーク資源に従って設定する機能と、
チャネル信号対雑音比の閾値を対象のサービス・エリアに基づいて選択する機能と、
基本レイヤに関するソース・ビット・レートおよび前記基本レイヤの所要残留パケット損失率を最低限のビデオ品質に基づいて選択する機能と、
前記基本レイヤのクロス・レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータを、残留パケット損失率が所要残留パケット損失率よりも少ないことをチャネル信号対雑音比が信号対雑音比の閾値より良好な受信機に対して保証しながら前記基本レイヤのチャネル使用率を最小化するように決定する機能と、
前記複数の受信機からネットワーク・トポロジおよびチャネル状態を含むフィードバックを前記通信装置から受信する機能と、
前記拡張レイヤのソース・レートおよび伝送パラメータおよび保護パラメータに動的に適応し、グループ・ビデオ品質測定基準を前記全体のチャネル使用率制約の下で前記フィードバックに基づいて最適化する機能と、
基本レイヤのソース・レートおよび拡張レイヤのソース・レートを選択する機能と、
基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズを選択する機能と、
基本レイヤおよび拡張レイヤのクロス・パケット前方誤り訂正パラメータを選択する機能と、
無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調ならびにチャネル・コーディング・モードに適応する機能と、
拡張レイヤの伝送パラメータおよび保護パラメータに前記フィードバックに基づいて動的に適応する機能と
を実行することを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記スケーラブル・ビデオ符号器が前記ビデオ信号を基本レイヤのソース・レートおよび前記拡張レイヤのソース・レートに基づいて符号化することを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記パケッタイザが基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットを前記選択された基本レイヤのパケット・サイズおよび拡張レイヤのパケット・サイズに基づいて形成し、そしてパケット・ヘッダを付加することを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記前方誤り訂正符号器がクロス・パケット前方誤り訂正コーディングを、前記基本レイヤのビデオ・パケットおよび拡張レイヤのビデオ・パケットに前記選択された前方誤り訂正パラメータに基づいて適用することを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記通信装置が前記ビデオ・パケットおよび前方誤り訂正パケットを前記複数の受信機に伝送することを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記クロス・レイヤ制御モジュールが無線ローカル・エリア・ネットワーク中間機器の前記基本レイヤおよび前記拡張レイヤの物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを前記選択されたモードに基づいて制御および適応することを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
ある制御メッセージが前記無線ローカル・エリア・ネットワークの前記中間機器に前記通信装置を経由して送られ、前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
ある制御メッセージが前記無線ローカル・エリア・ネットワークの前記中間機器に、伝送される各々のデータ・パケット上に前記制御メッセージをピギーバックすることにより前記通信装置を経由して送られ、前記物理レイヤの変調およびチャネル・コーディング・モードを制御することを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【国際調査報告】
2009506713.tif 000030
2009506713.tif 000031
2009506713.tif 000032
2009506713.tif 000033
2009506713.tif 000034
2009506713.tif 000035
2009506713.tif 000036