(57)【要約】    【課題】  ストリームデータの配信に適した再送方式として、ＴＣＰ／ＩＰに替わる新たな再送方式を提供する。    【解決手段】  受信装置２０６，２０７は、送信装置２０２，２０３からパケット通信網２０１を介して受信した６４ＫＢのパケット毎にエラーチェックを行い、パケット毎のビットエラーまたはパケット損の有無を、ＡＣＫパケットにより送信装置２０２，２０３に対して返信する。ここで、送信装置２０２，２０３は、受信したＡＣＫパケットに基づいてエラーが発生していることを検出すると、再送バッファからパケットを読み出す。この再送パケットの読み出しの読み出し期間中に、次の映像信号のパケットバッファへの書き込みが行われる。よって、次の映像信号がパケット化されて送信される前に、再送パケットの送信が終了する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット通信網を介したストリームデータの伝送に用いられる再送方式であって、
一定周期内に伝送パケットと再送パケットの伝送帯域を確保して通信を行い、前記パケット通信網でエラーが発生した際に前記一定周期内で前記再送パケットの再送を行うことを特徴とする再送方式。
【請求項２】
通信レートに応じて前記再送パケットの再送回数を決定することを特徴とする請求項１記載の再送方式。
【請求項３】
再送バッファサイズであるウインドウサイズを固定し、再送回数を以下の式を満足する回数に設定することを特徴とする請求項２記載の再送方式。
Ｗｓ／Ｖｐ＞（Ｎ＋１）×Ｗｓ／Ｖｎ＋Ｎ×ＲＴＴ
Ｗｓ：ウインドウサイズ（再送バッファサイズ）（＝固定値）
Ｎ：再送回数の最大値
Ｖｐ：データレート
Ｖｎ：ネットワークの伝送レート（＝固定値）
ＲＴＴ：Round Trip Times（＝固定値）
【請求項４】
通信レートに応じて、再送バッファサイズであるウインドウサイズを決定することを特徴とする請求項１記載の再送方式。
【請求項５】
再送回数を固定し、前記ウインドウサイズを以下の式を満足する大きさに設定することを特徴とする請求項４記載の再送方式。
Ｗｓ／Ｖｐ＞（Ｎ＋１）×Ｗｓ／Ｖｎ＋Ｎ×ＲＴＴ
Ｗｓ：ウインドウサイズ（再送バッファサイズ）
Ｎ：再送回数の最大値（＝固定値）
Ｖｐ：データレート
Ｖｎ：ネットワークの伝送レート（＝固定値）
ＲＴＴ：Round Trip Times（＝固定値）
【請求項６】
前記パケット通信網上の通信経路を設定することを特徴とする請求項１記載の再送方式。
【請求項７】
前記パケット通信網の通信経路の設定は、ＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）機能を用いて行うことを特徴とする請求項６記載の再送方式。
【請求項８】
ＲＴＴを一定にまたは所定期間内に保証する手段として、パケット長により遅延が変化しないカットスルー型イーサネット（登録商標）スイッチを使用し、一定時間内に応答信号を返信することを特徴とする請求項３または記載の再送方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット通信網を介してストリームデータを伝送するストリーム伝送に用いられる再送方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面液晶テレビジョン、プラズマテレビジョンなどの普及に伴いテレビジョン放送（ＴＶ放送という）の映像品質として、より高精細なものが求められている。また、既にハイビジョン放送が放映されているが、地上デジタルＴＶ放送の開始とともに、ＴＶ放送はデジタルハイビジョン放送（ＨＤＴＶ）へ順次移行される予定である。
【０００３】
ＨＤＴＶは、デジタル方式のため、天候の影響を受け難いものであり、また、画像品質（解像度）も、これまでのアナログ形式のＴＶ放送に比して、格段に高品質化される。
【０００４】
このような高画質化の流れは、ＴＶ放送の分野だけではなく、インターネット上での映像配信にも影響を及ぼしている。例えば映像メディアにおける高品質コンテンツの一つとして映画すなわちデジタルシネマの分野においては、ＨＤＴＶの解像度よりもさらに高品質な表示方式が求められている。このような要求に対し、各方面でデジタルシネマ配信の伝送実験などが行われており、その一例として電子情報通信学会、信学技報ＣＳ２００３−１２６に記載された「ＴＣＰマルチコネクションを用いた超高精細動画像の長距離・高速ストリーム伝送実験」について説明する。
【０００５】
このシステムは、解像度３８４０×２０４８（約８００万）画素，ＲＧＢ各１０ｂｉｔ、毎秒２４ｆｐｓ表示のＳＨＤ（Super High Definition）デジタルシネマ配信システムであり、ＨＤＴＶの４倍の解像度を有し、３５ｍｍフィルムを超える画像品質の上映が可能である。３５ｍｍオリジナルネガまたはインターポジフィルムを１コマずつスキャンし、動画像データとして利用する。ＳＨＤ動画像は、そのビットレートが非圧縮で約５．７Ｇｂｐｓとなるため、視覚的な画像劣化を起こさない５０Ｍｂｐｓ〜３００Ｍｂｐｓ程度に圧縮され、非圧縮ＰＣＭ音声データと共にシネマ配信サーバに保存される。画像圧縮には、ＪＰＥＧ２０００が利用されている。動画像および音声データは、シネマクライアント（デコーダ）の要求に応じて、ギガビットイーサネット（登録商標）を用いたＩＰネットワークを通じてＴＣＰストリーム伝送され、プロジェクタおよびスピーカから出力される。
【０００６】
このシステムを用いて３０００ｋｍに及ぶＩＰ網で伝送実験を行った結果、５０Ｍｂｐｓのデータのみストリーム伝送が完了した。また、コネクション数６４の並列ストリーム伝送に対しては、２００Ｍｂｐｓのストリーム伝送が可能であった。
【０００７】
このシステムでのＲＴＴ（Round Trip Times）は５９ｍｓｅｃであり、ＴＣＰウインドウサイズを４ＭＢと拡張し、スループットの理論値を５７０Ｍｂｐｓとなるよう設定したが、結果として５０Ｍｂｐｓのスループットしか得られなかった。この理論値との差については、上記文献によれば、ＬｉｎｕｘのＴＣＰプロトコルスタックの独自輻輳回避アルゴリズムにより送信側で輻輳ウインドウサイズが十分に広がらないためとされている。
【０００８】
また、ＴＣＰマルチコネクションを使ったデータ伝送においては、独自輻輳回避アルゴリズムによる制限は、ＴＣＰソケット毎に行われるため、実質的な輻輳ウインドウサイズが拡大し、これは、スループットの拡大に大きく寄与するとされている。さらに、送信データのバースト性を抑えることによって、ネットワークへの負荷の低減に加え、バッファの輻輳を抑えることができ、これにより、スループットが向上すると記載されている。
【非特許文献１】電子情報通信学会、信学技報ＣＳ２００３−１２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記文献に記載されているように、ＴＣＰ／ＩＰを用いたストリーム伝送方式の場合は、理論値通りのスループットが得られないなど様々な問題が指摘されている。１つ目の問題点として、オペレーティングシステム（ＯＳ）に制御されたストリームデータの送信トラフィックパターンに関しては、ピークレートが伝送レートに近い非常にバースト性の高い伝送が行われているため、ネットワーク上でパケット損が発生する課題がある。また次なる問題点として、ＴＣＰプロトコルスタックの独自輻輳回避アルゴリズムにより送信側で輻輳ウインドウサイズが十分に広がらないことが指摘されている。その他として、上記文献には記載されていないが、実ネットワーク上では、トラフィック状況または通信相手の距離によりＲＴＴが大きく変動するため、パケットの到達が遅れてスループットが低下することも考えられる。また、伝送路上での伝送エラーによるパケット損により、再送処理が行われたときの伝送レートの低下も大きな問題となる。
【００１０】
上記文献に記載された伝送実験においては、様々な取り組みによりスループットを向上させるための提案が行われているが、汎用ＯＳを用いた、またはＴＣＰ／ＩＰを用いたストリーム伝送では、伝送路の速度に対し送信データの伝送レートがかなり低く制限されることを避けることができないと予想される。
【００１１】
今後、高品質な映像データ配信システムを構築する際には、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル以外の新たなリアルタイム再送手法が求められる。
【００１２】
そこで、本発明は、ストリームデータの配信に適した再送方式として、ＴＣＰ／ＩＰに替わる新たな再送方式を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するため、パケット通信網を介したストリームデータの伝送に用いられる再送方式であって、一定周期内に伝送パケットと再送パケットの伝送帯域を確保して通信を行い、前記パケット通信網でエラーが発生した際に前記一定周期内で前記再送パケットの再送を行うことを特徴とする再送方式を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ストリームデータの配信に適した再送方式として、新たな再送方式を提供することができる。例えば、高品質な映像データをリアルタイム配信する際にネットワーク上で伝送エラーが発生しても映像データに乱れを生じさせることなくモニタに高品位映像を表示することができる。さらに詳細にはネットワークの伝送速度までのストリーム伝送が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態に係る再送方式が適用されるネットワークの構成を示すブロック図である。
【００１７】
ネットワークにおいては、図１に示すように、パケット通信網２０１に、複数の送信装置２０２，２０３、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０５、複数の受信装置２０６，２０７、管理装置２１０などが直接接続される。パケット通信網２０１は、例えば伝送速度１０Ｇｂｐｓのイーサネット（登録商標）からなる。また、パケット通信網２０１には、図示されていないが、上記以外の多数のＰＣやネットワーク装置が直接接続されている。
【００１８】
送信装置２０２，２０３は、映像ソースからＤＶＩ（Digital Visual Interface）形式の映像信号を入力し、この映像信号を１０Ｇｂｐｓのパケットに変換してパケット通信網２０１へ送信する。ここで、送信装置２０２は、映像ソースを成すＰＣ２０４と接続される。ＰＣ２０４は、映像信号を出力するＤＶＩ端子が設けられているグラフィックカードおよびシリアルＩ／Ｆを搭載し、ＤＶＩ端子およびシリアルＩ／Ｆは、それぞれ、送信装置２０２と接続される。送信装置２０３は、映像ソースをなすＰＣ２０５と接続され、ＰＣ２０５は、映像信号を出力するＤＶＩ端子が設けられているグラフィックカードを搭載する。また、ＰＣ２０５は、上述したように、パケット通信網２０１に接続される。
【００１９】
受信装置２０６，２０７は、パケット通信網２０１を介してパケット信号を受信し、受信したパケットをＤＶＩ形式の映像信号へ変換してモニタ２０８，２０９へ出力する。モニタ２０８，２０９は、例えば解像度１６００×１２００（ＵＸＧＡ）を有するものである。
【００２０】
管理装置２１０は、パケット通信網２０１のトラフィックなどを監視、管理し、映像通信を行う際には、通信経路などを指定するための指示を行う。
【００２１】
次に、上記ネットワークにおける映像信号の再送方式について図２を参照しながら説明する。図２は図１のネットワークにおける映像信号の送受信のタイミングを示す図である。
【００２２】
各送信装置２０２，２０３においては、ＰＣ２０４，２０５からのＤＶＩ形式の映像信号が１０Ｇｂｐｓのパケットに変換される。ここでは説明の都合上、上記映像信号のデータレートは４Ｇｂｐｓであるとする。また、送信装置２０２，２０３は、例えば６４ＫＢの大きさ（ウインドウサイズ）のパケットバッファおよび再送バッファを有する。
【００２３】
送信装置２０２，２０３は、ＰＣ２０４，２０５からの映像信号を６４ＫＢ分パケットバッファに書き込んだ（図２（ａ）を参照）後、パケットバッファから映像信号をパケット通信網２０１の伝送速度である１０Ｇｂｐｓの速度で読み出す。読み出された映像信号は１．５ＫＢの長さに分割され、パケット通信網２０１のパケット形式（イーサネット（登録商標）パケット形式）に変換されてパケット通信網２０１へ送出される（図２（ｂ）を参照）。すなわち、６４ＫＢ周期（＝１２８μｓ）毎に４Ｇｂｐｓの映像信号が１０Ｇｂｐｓのパケットに変換される。このときデータ長は１２８μｓから５１．２μｓに変換され、７６．８μsのパケット間隔でもって連続的に映像パケットが伝送される。
【００２４】
ここで、パケット通信網２０１に送信されたパケットがパケット通信網２０１内でビットエラーまたはパケット損が発生した場合を想定する。受信装置２０６，２０７は、受信した６４ＫＢのパケット毎にエラーチェックを行い、パケット毎のビットエラーまたはパケット損の有無を、ＡＣＫパケットにより送信装置２０２，２０３に対して返信する（図２（ｃ）を参照）。ここで、パケットが送信装置２０２，２０３からパケット通信網２０１を通して受信装置２０６，２０７まで伝送され、パケットエラーを検出してＡＣＫパケットが送信装置２０２，２０３に送り返され、ＡＣＫパケットが検出されるまでの時間ＲＴＴ（Round Trip Times）は、その最大値が予め測定などにより知られているものとする。ここでは、ＲＴＴ＝１２．８μｓであり、その時間内に送信装置２０２，２０３は、送信したパケットにエラーが発生したか否かを検出することができる。
【００２５】
送信装置２０２，２０３は、再送用バッファに送信パケットを記憶しており、受信したＡＣＫパケットに基づいて送信したパケットにエラーが発生していないことを検出すると、再送バッファをクリアし、エラーが発生していることを検出すると、再送バッファからパケットを読み出す。この再送パケットの読み出しは、５１．２μｓの時間を掛けて行われるが、その読み出し期間中に、次の映像信号のパケットバッファへの書き込みが行われているので、次の映像信号がパケット化されて送信される前に、再送パケットの送信が終了する。再送パケットから次のパケットが送信されるまでの時間は、１２．８μｓの余裕があり、この間、映像信号以外のデータを送信することが可能である。受信装置２０６，２０７は、受信した映像パケットを一旦受信バッファに蓄積し、パケットにエラーがあった場合は、それを廃棄し、エラーがなかった場合は、モニタ２０８，２０９への送信速度である４Ｇｂｐｓの速度で受信バッファからパケットを読み出す（図２（ｄ）を参照）。このようにして、モニタ２０８，２０９に対して映像信号を出力することができる。ここで、再送パケットにエラーがあった場合は、再送要求を行うことなく、パケットが廃棄されまたはエラーパケットがそのまま映像信号へ変換される。
【００２６】
次に、データレートが２．５Ｇｂｐｓである場合について図３を参照しながら説明する。図３は図１のネットワークにおいてデータレートを２．５Ｇｂｐｓとした場合の映像信号の送受信のタイミングを示す図である。
【００２７】
データレートを２．５Ｇｂｐｓとした場合、動作は、基本的には、上述したと同様であるが、再送パケットにエラーまたはパケット損があった場合に、さらに再送処理を行うことができる。図３に示すように、６４ＫＢの映像信号のデータ長は、２０４．８μｓと大きくなるため、パケット長５１．２μｓのパケットを３つ分伝送することが可能な帯域が生じ、２回の再送が可能になる（図３（ａ）および（ｂ）を参照）。すなわち、再送パケットにエラーが発生して受信装置２０６，２０７でそれを検出した場合は、ＡＣＫパケットが返信され、ＡＣＫパケットの受信に応じて２度目のパケット再送が行われる。但し、２度目の再送パケットにエラーまたはパケット損が発生した場合は、再送要求を行うことなく、パケットが廃棄されまたはエラーパケットがそのまま映像信号へ変換される（図３（ｃ）および（ｄ）を参照）。
【００２８】
このようにして映像信号にエラーが発生しても、一定時間内にパケットの再送を行うことによって、映像に乱れを発生させることなく、映像を再生することができる。
【００２９】
次に、映像伝送に関する設定について説明する。
【００３０】
まず、ウインドウサイズと再送回数の決定について説明する。
【００３１】
通信に先立ち映像ソースであるＰＣ２０４，２０５と送信装置２０２，２０３の間で通信の調停が行われる。ＰＣ２０４，２０５は、映像伝送アプリケーションを起動し、通信相手および通信レートを送信装置２０２，２０３へ通知する。ここで、通信相手が例えば本実施の形態のようにＵＸＧＡの表示が可能なモニタである場合、その解像度に相当する伝送速度４Ｇｂｐｓが通信レートとして送信装置２０２，２０３へ通知される。例えばＰＣ２０４の場合、ＰＣ２０４は、通信相手および通信レートを含む情報を、シリアルＩ／Ｆを介して送信装置２０２へ直接送る。また、ＰＣ２０５の場合、上記情報は、ＰＣ２０５からパケット通信網２０１を介して、ネットワークのトラフィックを管理している管理装置２１０へ一旦送られる。そして、管理装置２１０は、上記情報を送信装置２０３へ通知する。このように、ＰＣ２０４，２０５から送信装置２０２，２０３への通信相手および通信レートを含む情報の通知は、上記のいずれの形態でも行うことがあり、また、上記情報を通知可能であれば、その形態は問われない。
【００３２】
送信装置２０２，２０３は、次の（１）式を用いて、通知された通信レートに基づいてウインドウサイズＷｓ（パケットバッファの記憶単位サイズ）および再送回数Ｎを決定する。
【００３３】
Ｗｓ／Ｖｐ＞（Ｎ＋１）×Ｗｓ／Ｖｎ＋Ｎ×ＲＴＴ                  …（１）
Ｗs：ウインドウサイズ→６４ＫＢ
Ｎ：再送回数の最大値
Ｖｐ：データレート→４Ｇｂｐｓ
Ｖｎ：ネットワークの伝送レート→１０Ｇｂｐｓ
ＲＴＴ：Round Trip Times→１２．８μｓ
このとき、ＲＴＴは、管理装置２１０などから予め通知された通信相手毎の値であり、通信相手からその値が検索される。または、通信情報の中にＲＴＴの情報を含め、ＰＣ２０４，２０５または管理装置２１０からその都度通知するようにしてもよい。
【００３４】
ここで、ウインドウサイズと再送回数の関係について説明する。送信装置２０２，２０３においては、上述したように、映像信号が６４ＫＢのパケット単位で処理される。すなわち、ウインドウサイズが固定のハードウエアの場合、データレートに応じて再送回数が可変されることになる。上記（１）式から、データレートが４Ｇｂｐｓの場合は、再送回数が１回、データレートが２．５Ｇｂｐｓの場合は、再送回数が２回となることがわかる。一方、ウインドウサイズを可変することができるハードウエアの場合、再送回数を固定することができる。パケット通信網が有線ネットワークであり、ネットワーク規模が比較的小さい場合は、伝送品質が良いので、例えばエラーレートが１．０E-15程度の場合、再送回数が１回あれば、実用上問題は生じない。また、再送回数を固定すると、データレートが小さいほどウインドウサイズやＲＴＴを大きくとることができ、ネットワーク設計が容易になるという利点がある。以上のようにして、ウインドウサイズと再送回数が決定される。
【００３５】
次に、送信装置２０２，２０３による通信帯域の確保について説明する。
【００３６】
送信装置２０２，２０３は、パケット通信網２０１に対し帯域の確保を行う。パケット通信網２０１がイーサネット（登録商標）網である場合、このパケット通信網２０１は、イーサネット（登録商標）スイッチにより構成されるが、通信相手までパケットが通過する全てのイーサネット（登録商標）スイッチに対し、帯域の確保が行われる。その方法は、例えばＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）を用いて、通信経路のポートに同一ＶＬＡＮとなるよう設定し、他の通信トラフィックがそのポートに流入しないよう設定を行うものである。スイッチの設定は、管理装置２１０から該当するスイッチへＶＬＡＮテーブルの更新を指示することによって行うようにすればよい。このようにして通信帯域の確保が行われる。
【００３７】
なお、上記方法に関わらず、送信パケットおよび再送パケットの伝送帯域が確保されていれば、他の方法を用いてもよい。また、ＲＴＴを一定にするまたは所定期間内に保証する必要があるが、例えばカットスルー型のイーサネット（登録商標）スイッチを用いれば、パケットサイズによらず遅延が一定になるため、ＲＴＴの変動を抑えることができる。また、さらに受信装置でＡＣＫ返信を一定期間内に必ず行うようにすれば、ＲＴＴが一定にまたは所定期間内に保証され、本方式の再送方式を用いることができる。
【００３８】
また、送信装置と受信装置が直結されている場合は、既に全帯域が確保されているので、の手順をとる必要はない。
【００３９】
以上より、本実施の形態によれば、高品質な映像信号をリアルタイム配信する際に、ネットワーク上で伝送エラーが発生しても映像信号に乱れを生じさせることなく、モニタに高品位映像を表示することができる。さらに詳細には、ネットワークの伝送速度までのストリーム伝送が可能になる。このような特性から、ストリームデータの配信に適した再送方式として、ＴＣＰ／ＩＰに替わる新たな再送方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るデータ再送方式が適用されるネットワークの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のネットワークにおける映像信号の送受信のタイミングを示す図である。
【図３】図１のネットワークにおいてデータレートを２．５Ｇｂｐｓとした場合の映像信号の送受信のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２０１  パケット通信網
２０２，２０３  送信装置
２０４，２０５  ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
２０６，２０７  受信装置
２０８，２０９  モニタ
２１０  管理装置
【図１】
2006222908.tif 000003
【図２】
2006222908.tif 000004
【図３】
2006222908.tif 000005