(57)【要約】インターネットのようなトランスポート層を介して転送レートを最適化する方法および装置が提供される。先ず、データが転送レート制御装置による伝送のために作成される。前記データが前記トランスポート層を介して転送された後、前記データ転送リンクの品質がＦＥＣデコーダによって評価される。ＦＥＣデコーダは、データ転送中のエラーの重要性を判断する。この情報は、転送レート制御装置によって使用されるフィードバックメッセージに使用される。リンク品質のモニタおよび評価を絶えず行って転送レート制御装置にフィードバックすることで、その転送レートは変化するリンク品質に絶えず適合することができる。転送レート制御装置によって使用されるフィードバックを生成することに加えて、ＦＥＣデコーダはＦＥＣアルゴリズムを最適化するためにＦＥＣエンコーダによって使用されるフィードバックを生成する。
2008527862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ転送レートを調整するシステムであって、
データの供給源と、
前記データの供給源に接続されているとともに、第１転送レートでデータストリームを出力する転送レート制御装置と、
前記転送レート制御装置に接続された順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダと、
前記ＦＥＣエンコーダに接続された通信リンクと、
前記通信リンクに接続されているとともに、前記符号化データストリームを受信するＦＥＣデコーダと、
前記ＦＥＣデコーダに接続された受信装置と、を有し、
前記ＦＥＣエンコーダは、前記データストリームについてＦＥＣアルゴリズムを適用し、
前記符号化データストリームは、前記ＦＥＣエンコーダによって前記ＦＥＣアルゴリズムを適用された後に前記通信リンクを介して転送され、
前記ＦＥＣデコーダは、通信リンクの品質に関して前記転送レート制御装置にフィードバックを行い、
前記転送レート制御装置は、前記フィードバックに対応して前記第１転送レートを調整し、
前記受信装置は、復号化データストリームを出力することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記転送レート制御装置は、レート整形回路（shaper）をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＦＥＣデコーダは、搬送で失われたデータの一部について少なくとも修正する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ＦＥＣデコーダは、前記ＦＥＣエンコーダに第２フィードバックを行い、
前記ＦＥＣエンコーダは、前記第２フィードバックに対応して前記ＦＥＣアルゴリズムを調整する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記受信装置は、前記転送レート制御装置に第２フィードバックを行い、
前記転送レート制御装置は、前記第２フィードバックに対応して前記第１転送レートを調整する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記受信装置は、前記ＦＥＣエンコーダに第２フィードバックを行い、
前記ＦＥＣエンコーダは、前記第２フィードバックに対応して前記ＦＥＣアルゴリズムを調整する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、物理層をさらに有しており、
前記物理層は、
第２ＦＥＣエンコーダを有する変調器と、
前記第２ＦＥＣエンコーダに接続された第２通信リンクと、
前記第２通信リンクに接続された第２ＦＥＣデコーダと、を有し、
前記第２ＦＥＣエンコーダは、第２ＦＥＣアルゴリズムを前記符号化データストリームに適用し、
前記第２ＦＥＣデコーダは、第２データ転送チャンネル品質に関して前記転送レート制御装置に第２フィードバックを行い、
前記転送レート制御装置は、前記第２フィードバックに対応して前記第１データ転送レートを調整する請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
データ転送レートを調整するシステムであって、
データの供給源と、
前記データの供給源に接続されているとともに、第１転送レートで符号化データストリームを出力するデータエンコーダと、
前記転送レート制御装置に接続された順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダと、
前記ＦＥＣエンコーダに接続された通信リンクと、
前記通信リンクに接続されているとともに、前記符号化データストリームを受信するＦＥＣデコーダと、
前記ＦＥＣデコーダに接続された圧縮映像デコーダと、を有し、
前記データは、ビデオデータおよび音声データで構成されたグループから選択されたものであり、
前記ＦＥＣエンコーダは、前記符号化データストリームについてＦＥＣアルゴリズムを適用し、
前記符号化データストリームは、前記ＦＥＣエンコーダによって前記ＦＥＣアルゴリズムを適用された後に前記通信リンクを介して転送され、
前記ＦＥＣデコーダは、通信リンクの品質に関して前記データエンコーダにフィードバックを行い、
前記データエンコーダは、前記フィードバックに対応して前記第１転送レートを調整し、
前記圧縮映像デコーダは、復号化データストリームを出力することを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記データエンコーダは、符号変換器である請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＦＥＣデコーダは、搬送で失われた如何なるデータの一部について少なくとも修正する請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＦＥＣデコーダは、前記ＦＥＣエンコーダに第２フィードバックを行い、
前記ＦＥＣエンコーダは、前記第２フィードバックに対応して前記ＦＥＣアルゴリズムを調整する請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記圧縮映像デコーダは、前記データエンコーダに第２フィードバックを行い、
前記データエンコーダは、前記第２フィードバックに対応して前記第１転送レートを調整する請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記圧縮映像デコーダは、前記ＦＥＣエンコーダに第２フィードバックを行い、
前記ＦＥＣエンコーダは、前記第２フィードバックに対応して前記ＦＥＣアルゴリズムを調整する請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムは、物理層をさらに有しており、
前記物理層は、
第２ＦＥＣエンコーダを有する変調器と、
前記第２ＦＥＣエンコーダに接続された第２通信リンクと、
前記第２通信リンクに接続された第２ＦＥＣデコーダと、を有し、
前記第２ＦＥＣエンコーダは、第２ＦＥＣアルゴリズムを前記符号化データストリームに適用し、
前記第２ＦＥＣデコーダは、第２データ転送チャンネル品質に関して前記データエンコーダに第２フィードバックを行い、
前記データエンコーダは、前記第２フィードバックに対応して前記第１データ転送レートを調整する請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
供給源から通信リンクを介して送信先までのデータの転送レートを最適化する方法であって、
前記データを転送する第１データ転送レートを設定するステップと、
ＦＥＣエンコーダで前記データを符号化するステップと、
前記通信リンクを介して前記データを転送するステップと、
前記通信リンクを介して転送された前記データの品質特性を判断するために、ＦＥＣデコーダで前記データを復号化するステップと、
前記ＦＥＣデコーダでフィードバックメッセージを生成するステップと、
前記フィードバックメッセージに対応して前記第１データ転送レートから第２データ転送レートまで前記データ転送レートを調整するステップと、
受信装置に前記データを転送するステップと、を有し、
前記フィードバックメッセージは、前記品質特性に対応することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１データ転送レートを設定するステップは、前記データを符号化するステップをさらに有し、
前記方法は、前記データを転送するステップの後に前記データを復号化するステップをさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１データ転送レートを設定するステップは、前記データにレート整形（shaper）を適用するステップをさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記品質特性を判断するステップは、前記通信リンクを介して転送された前記データにおけるエラー発生およびエラー重要性を判断するステップを有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記通信リンクを介して転送された前記データの中で少なくとも第１タイプのエラーを修正するステップをさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記エラーを修正するステップは、前記品質特性を判断するステップの前に実行される請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記フィードバックメッセージに対応して前記ＦＥＣアルゴリズムを調整するステップをさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記データを転送するステップの後に第２フィードバックメッセージを生成するステップをさらに有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２フィードバックメッセージに対応して前記第２データ転送レートから第３データ転送レートまで前記データ転送レートを調整するステップをさらに有する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２フィードバックメッセージに対応して前記ＦＥＣアルゴリズムを調整するステップをさらに有する請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記品質特性を判断するステップより先に、前記データに第２ＦＥＣアルゴリズムを適用するステップと、
第２通信リンクを介して前記データを転送するステップと、
前記第２通信リンクを介して転送された前記データの第２品質特性を判断するステップと、
前記第２品質特性に対応する第２フィードバックメッセージを生成するステップと、をさらに有し、
前記データ転送レートを調整するステップは、前記フィードバックメッセージおよび前記第２フィードバックメッセージに対応して前記第１データ転送レートから第２データ転送レートまで前記データ転送レートを調整する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデータ伝送システムに関するものであり、特に、データ伝送システムを通じて転送された情報の品質を改善する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットは、一般にパケットと呼ばれる小さいセグメントで、ファイルおよびＥメールのような、大量のデータを転送するために本来開発されたものである。それは最善努力式配送システムとなることを意図されたが、個々のパケット配信については保証せず、それにもかかわらず非常に弾力性があるように設計されており、故障した個別要素のまわりに経路を割当てる手段を提供する。
【０００３】
近年、様々な高速データ転送技術の開発を一因として、インターネットは莫大な人気を得た。そのような高速技術でさえも、大量データファイル（例えば、長い文書、ビデオファイル、音声ファイルなど）の転送はまだ非常に時間がかかる場合がある。例えば、標準ＤＳＬラインを介して映画をダウンロードするには、通常、数時間かかる。したがって、データ転送に関連している制限を最小化することを試みて、様々な技術が開発されているか、または開発中である。この分野の基本的技術は、転送されるファイル／情報のサイズを削減するデータ圧縮である。
【０００４】
開発されているデータ転送技術では、開発者はそのデータが置かれたあらゆる適時条件のみならず転送されるデータのタイプにも留意しなければならない。データの多くのタイプは、変更せずに、完全に転送される必要がある（例えば、文書、表計算ソフトなど）。このデータは圧縮されてもよいが、元のデータファイルに厳密に復元するために、その圧縮アルゴリズムは完全に可逆的なものである必要がある。しかしながら、メディアファイル（例えば、音声、ビデオ、画像など）は、最終的な品質を犠牲にして、ファイルサイズを削減して実際に情報を破棄する非可逆圧縮アルゴリズムで圧縮することができる。したがって、認識された品質とファイルサイズとの間のトレードオフとなる場合がある。品質は非可逆圧縮技術によって低下される場合があるが、圧縮の達成可能な量は可逆圧縮よりもはるかに高い。
【０００５】
適時性は、リアルタイムデータ・ストリームが必要であるか否かを示す。いくつかのデータは時間依存性がないが、電話またはビデオの対話は、リアルタイムで行われ、したがって適時のデータ配信を必要とする。また、リモートサーバからリアルタイムで音声またはビデオファイルを再生することは一般的である。これらの手法では、初めに音声または画像を開始させるのに十分なだけのデータを送信するために、データはパケットで送信される。時間がたつにつれて、そのデータファイルは、サーバで展開されて、プレゼンテーションのために「ちょうど時間内に」クライアントに送信される。
【０００６】
あらゆるデータパケットのかなりの割合の損失も提供データ（ビデオおよび／または音声データ）について許容できない品質レベルに導くが、これは専用チャンネルを介したデータ転送では通常問題とはならない（例えば、ケーブルチャンネル、ディスクプレーヤなど）。その一方、インターネットを介したデータ転送では、はるかに高いエラー率と、インターネットトラフィックのレベルが変化することに主に起因するより高いエラー率と、ハードウェア能力の変化と、個別構成要素／技術的障害発生と、によって損害を受ける。さらに、基本的インターネット網を構成している構成要素の１つ以上は、何らかの様々なノイズまたは干渉源をさけられない。
【０００７】
様々な会社が開発したまたは開発しているサービスは、インターネットを介してエンドユーザに提供される（例えば、オンデマンド映画、対話型ビデオ、ゲーム、ビデオ会議、コマーシャル・ボイスサービスなど）。そのようなサービスが実行可能となるように、データ伝送は高い信頼性と非常に高い品質との両方を満たす必要がある。品質および信頼性は、通常、資源（例えば、伝送冗長度、遅いデータレート、終端点でのデータ転送検査など）を過剰に準備することによって獲得できるが、そのような手法は、転送レートおよび総合的なシステム利用手法に関して不便であるとともに非常に効率が悪い。したがって、輻輳を避けるためにデータ転送を別のルートに切り換え、エラーおよび利用可能なルートについての変化に対して保護し、接続パラメータを再調整する、ハードウェアの変化を緩和することに使用される様々な適合技術が開発されている。ネットワーク状態を変化させることに適合するための設計の主用途は、様々な符号化、圧縮、バント幅スムージング、レート整形、およびエラー制御技術のいずれも使用する。
【０００８】
一つの一般的に採用されている適合手法は、ビデオおよび／または音声データのソースレートを変える。ソースレートと転送されたデータの品質との間の直接相関を挙げると、高いソースレートは好ましい品質レベルをもたらす。また、残念ながら、ネットワーク輻輳があるとき、高いソースレートはデータパケットの損失を招き、全体的なデータストリームの失敗とまではいかなくとも、品質の著しい低下をもたらす。レート低減が輻輳を低下させるまたは排除するために使用できるように、レート適応技術は、ソースレート低下による品質低下と高いソースレートによる損失または総合的失敗との間のバランスをとる必要がある。
【０００９】
順方向誤り訂正（ＦＥＣ）技術は、重複データをメディアストリームに加え、その結果、送信側との接触または損失データの再転送のいずれも必要とせずに受信装置で修復されるように、パケット損失を許容する。データ再送がこの技術で使用されないとき、その主要な利点はエンドツーエンド速度である。ＦＥＣ手法の主要な取り決めは、転送速度に悪影響を与えるほどに重複データを過剰に提供しない限りで、予想されたパケット損失を補うのに十分な重複データを提供することである。クライアントからのフィードバックに基づいて適用ＦＥＣの量を変えることによって、前記技術は変化するネットワーク状態に対して最適化することができる。
【００１０】
他の適合技術は、不平等な損失保護と呼ばれ、その情報の損失感度に基づいて送信側によって符号化されたＦＥＣ保護の量を変える。したがって、重要なデータ（離散コサイン変換（ＤＣＴ）の低いオーダー係数、重要なタイミング情報）は、それほど重要ではないデータよりも多くの保護が与えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
様々なレート適合システムが設計されているが、通常、これらのシステムは、クライアントシステムでのパケット損失に基づいて適合するように設計されており、容認できないデータ品質の期間を経験させることを定期的にエンドユーザにもたらす。したがって、前記技術分野において必要とされるものは、最適品質レベルを維持しながら、高速データ転送を提供するレート適合システムであり、パケット損失が増大する前に適合する能力のあるシステムである。本発明は、そのような方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、インターネット、無線ネットワーク、衛星ベースネットワーク、専用チャンネル、または他の通信リンクを介してデータ転送レートを最適化する方法および装置を提供する。まず初めに、データが転送レート制御装置によって準備され（例えば、符号化、整形化、など）、次に、ＦＥＣアルゴリズムが前記データに適用される。前記データが転送された後に、そのデータ転送リンクの品質がアプリケーション層のＦＥＣデコーダによって評価され、ここで、前記ＦＥＣデコーダはデータ転送中に何らかのエラーが発生したか否かとエラーが検出されたか否かとを判断し、前記エラーの大きさが評価される（すなわち、ＦＥＣ修正可能ブロック、ＦＥＣ修正不可能ブロック）。この情報は、フィードバックメッセージを生成するために使用される。前記フィードバックメッセージは、その時点で決定されるリンク品質に対してデータ転送レートの調整および最適化をするために転送レート制御装置によって使用される。エンドユーザでデータ破損が生じる前に、フィードバックがソースに送られたとき、最適な使用となる。絶え間なくリンク品質をモニタリングおよび評価するとともに、転送レート制御装置にフィードバックを提供することで、変化するリンク品質に対して転送レートを絶えず適合させることができる。
【００１３】
本発明の一実施形態では、データ転送レートを最適化する転送レート制御装置によって使用されるフィードバックを生成することに加えて、アプリケーション層のＦＥＣデコーダは、ＦＥＣアルゴリズムを最適化するＦＥＣエンコーダによって使用されるフィードバックを生成する。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、受信装置は、ＦＥＣデコーダによって生成されたフィードバックを増大させるとともに、データ転送レートを変えるために転送レート制御装置によって使用されるフィードバックを生成する。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、物理層のＦＥＣデコーダは、ＦＥＣ修正可能ブロックおよび／またはＦＥＣ修正不可能ブロックのいずれかがあるか判断するとともに、この情報を、データ転送リンクの調整および最適化をするために転送レート制御装置によって使用されるフィードバックメッセージを生成するために使用する。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、物理層のＦＥＣデコーダは、アプリケーション層ＦＥＣデコーダによって生成されたフィードバックを増大させるとともに、データ転送レートを変化させるために転送レート制御装置によって使用される、フィードバックを生成する。
【００１７】
本発明の特徴および利点についての更なる理解が本願明細書の残存部分および図面を参照することによって実行可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
データチャンネルは、外部雑音または混信、リータ輻輳、リンク輻輳などのようなさまざまな時間依存源から生ずるエラーを被っており、時間変動誤り率に通じるもの全てが前記チャンネルに関連している。この時間変動誤り率は、チャンネルの許容可能なデータ転送レートを制御する。チャンネル上のデータ転送レートが十分低い場合、そのデータはエラーのない状態で転送されることができる。しかしながら、チャンネル上の転送レートが増加されるにつれて、結局、そのレートが十分に高くなるので、そのチャンネルのエラー特性はデータの崩壊または消失を引き起こす。したがって、チャンネルのエラー率がエラー閾値を定める。
【００１９】
図１は、エラー閾値（すなわち、ライン１０１）の概念を図示している。図示されているように、エラー閾値は時間とともに変化する。転送レートがエラー閾値１０１の下に留まっている限り、そのデータ転送にはエラーがない。転送レートが閾値１０１を超えるたびに、領域１０３の中に入り、データが失われるかまたは壊れる。データの崩壊または喪失レベルは、転送レートが閾値１０１を超えている時間の長さと、転送レートが閾値１０１を超えている量との両方によって判断される。
【００２０】
エラー閾値の特性が時間変動することを考慮して、十分に設計されたデータ転送システムは、データ転送レートを変える制御が可能であり、チャンネルのエラー閾値による許容レベルまで転送レートを最大限にし、その結果、送受信データの品質を最適化する。図２は、従来技術による時間変動転送レート（すなわち、破線２０１）の概念を図示している。図示されているように、チャンネルのエラー閾値によって与えられるように最大許容データ転送レートを判断するために、データ転送システムは絶えずチャンネルの容量を「テストする」。より詳細には、従来技術システムは、エンドユーザによって受信されたデータをモニタし、転送レート制御装置にフィードバックを提供する。エンドユーザが転送されたデータパケットの全てを受信している限り、転送レート制御装置は転送レートを増加させ続け、その結果、転送レートの最適化を試みている。データ転送中にデータを喪失したか、すなわち、転送レートがエラー閾値（例えば、位置２０５）を超えたか、についてデータ受信装置が判断するたびに、フィードバックが転送レート制御装置に提供され、転送レートを低減させるように前記レート制御装置に指示する。そこで、もはやパケット損失が生じない状態まで、転送レートが低減される。残念ながら、転送レートがエラー閾値の下のレベルまで下げられるまでに、エンドユーザに送られたデータは、通常、許容できない程度に、著しく劣化されている（例えば、オーディオ・ドロップアウト、ビデオ・ドロップアウトなど）。
【００２１】
ＦＥＣ技術は、データ転送中に失われたデータパケットを取り換える手段を提供し、ユーザに如何なるデータ品質の低下を与えることなく、チャンネルのエラー閾値を超えた転送レートを許容する。データ転送レートがエラー閾値を超えることができる限界は、データストリームに含まれる重複データの量に依存する。図３は、図２のレート適合化手法にＦＥＣ技術を適用したときの効果を図示している。図示されているように、ＦＥＣ技術は本来のレベル（すなわち線１０１）からより高いレベル（すなわち線３０１）にエラー閾値を高める。したがって、データ転送レート（すなわち線３０３）が閾値１０１を超えているが、閾値３０１の下である場合、損失データパケットを取り換えることができる。残念ながら、従来技術システムのフィードバック機構は、損失データパケットをモニタして、ＦＥＣ修正されたパケットとＦＥＣ修正されていないパケットとを区別することができず、前記従来技術システムは依然としてチャンネルのＦＥＣ拡張エラー閾値を時折超え（例えば、位置３０５）、その結果、許容できないデータ損失をまねく。
【００２２】
図４は、本発明を示すブロック図である。図示されているように、データ４０１が転送レート制御装置４０３によって転送されるために準備された後、その準備されたデータは順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダ４０５によって符号化される。その後、前記データは、最終宛先に送信される前に、トランスポート層４０７（すなわち、インターネット、専用チャンネルなどのような通信リンク）を介してＦＥＣデコーダ４０９およびデータ受信装置４１１を通じて送信される。ＦＥＣデコーダ４０９がデータ受信装置４１１の中に含まれる、または別々とものとすることができる、ことが理解される。ＦＥＣデコーダ４０９は、送受信データの中に何かエラーがあるか否か判断し、ある場合、受信装置４１１にデータを送信することに優先して、可能な範囲で損失データを修正する。さらに、本発明によれば、ＦＥＣデコーダ４０９は、トランスポート層４０７によって提供されたリンクの品質に関して、すなわち、エラー発生、エラー数量、および／または、エラータイプ（例えば、ＦＥＣ修正可能パケット、ＦＥＣ修正不可能パケット）に関して、転送レート制御装置４０３にフィードバック４１３を提供する。フィードバック４１３の結果にしたがって、転送レート制御装置４０３は転送レートを調整する。これは、エラー修正をするＦＥＣデコーダ４０９の能力を超える前に行われるのが望ましい。したがって、修復不能なパケット損失の如何なる発生も最小化することができるので、受信装置４１１によって終点に転送されたデータは、通常、認識された品質よりも高い。
【００２３】
図５は、上記で説明したエラー閾値に本発明のレート適合化手法を適用したときの効果を図示している。本発明はＦＥＣデコーダからのフィードバックを利用するので、そのシステムは、如何なる損失も起こさずに転送されたデータ（すなわち、エラー閾値１０１より低い転送レート）と、ＦＥＣアルゴリズムによって修正されたデータ（すなわち、ＦＥＣ拡張エラー閾値３０１より低い転送レート）とを識別することができる。したがって、転送レート（すなわち、破線５０１）は、エラー閾値１０１を超えるとすぐに適合し始める（すなわち、位置５０３）。その結果、前記ＦＥＣアルゴリズムは、損失データ（例えば、部分５０５）を修復することができるので、全体では排除できない許容できないデータ損失を最小化する。
【００２４】
本発明の説明では、データレート制御装置（すなわち、制御装置４０３）およびデータ受信装置（すなわち、受信装置４１１）の文言は、トランスポート層を介したデータ転送に使用された圧縮技術のタイプのみならずデータ４０１のタイプにも依存する、転送レート制御装置およびデータ受信装置の的確な特性を示すものとして使用されている。いくつかのデータタイプ（例えば、ビデオデータ、音声データ）が非可逆圧縮技術でそれら自身に与えられるのに反して、他のデータタイプ（例えば、文書、表計算ソフトなど）は、全て要求され、変更されていないビットストリームが転送されるか、または、無損失圧縮技術の使用を必要とする、ことを当業者は理解する。さらに、データストリームがリアルタイムで再生されている場合、直ちに情報を送信しなければならない。しかしながら、非リアルタイムデータに関しては、そのデータストリームはレート形成装置を使用するパケットの転送を遅くしたレートで簡素に削減することができる。
【００２５】
図６は、本発明の他の実施形態を示すブロック図である。前述の実施形態と同様に、システムは、転送レート制御装置４０３と、ＦＥＣエンコーダ４０５と、トランスポート層４０７（例えば、インターネットのような通信リンク）と、ＦＥＣデコーダ４０９と、受信装置４１１とを有する。この実施形態では、ＦＥＣデコーダ４０９は、データ転送レートを調整するために転送レート制御装置４０３にフィードバックを提供するだけでなく、符号化データストリームに追加される重複データの量を調整するためにＦＥＣエンコーダ４０５にもフィードバックを提供する。したがって、システム６００は、データ転送レートにおける変化と、符号化データの総合的弾力性における変化との両方のエラー率についての変化を補う。その結果、前記エラー率が比較的に平坦である場合、すなわち、観測された変化が小さいもののみの場合、前記システムは、最低限のＦＥＣ符号化によって高い転送レートで動作することができる。逆に、エラー率が著しく変化する場合、または急激に変化する場合、前記システムは、高いレベルのＦＥＣ符号化によって、低減された転送レートで動作することができ、その結果、パケット損失を最小化しながらデータ正確性を維持する。
【００２６】
図７に示されているシステム７００は、ＦＥＣデコーダ４０９からのフィードバック６０１と、データ受信装置４１１からのフィードバック７０１との両方を利用する本発明の実施形態を示している。望ましくは、ＦＥＣデコーダ４０９は、上述のようにＦＥＣエンコーダ４０５と転送レート制御装置４０３との両方にフィードバック６０１（すなわち、ＦＥＣ性能フィードバック）を提供する。同様に、データ受信装置４１１からのフィードバック７１１（すなわち、エラー率フィードバック）は、ＦＥＣエンコーダ４０５と転送レート制御装置４０３との両方に提供することが望ましい。
【００２７】
上述の実施形態では、必要なＦＥＣは、あらゆるチャンネルタイプを使用できるデータ・サブシステムによって使用されているとともに検査されているアプリケーション層のＦＥＣであることが望ましい。
【００２８】
当業者には周知のように、エンドユーザの家またはビジネスの中のデータ通信の最終引き伸ばし（すなわち、データの最終的な宛先）である最終マイル・チャンネルまたはシステムは、多くの場合、ネットワークのその他のところよりも遙かに高いエラー率を持っている。その結果、この区分は、また、物理層の中に１つ以上のＦＥＣエンコーダ／デコーダを有している。図８−１０に示された実施形態は、それぞれ図４，６，７に示された実施形態に基づいている。また、こられの実施形態のそれぞれは、物理的送信装置と、物理的受信装置と、物理メディア８０１（すなわち、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）のためのツイストペア銅電話線のような物理チャンネル／通信リンク、またはハイブリッド・ファイバ／同軸ケーブル）とが含まれた物理層を有している。前記物理的送信装置は、少なくとも１つのＦＥＣエンコーダ８０３および変調器８０５を有している。前記物理的受信装置は、少なくとも１つのＦＥＣデコーダ８０７および復調器８０９を有している。フィードバック８１１（すなわち、ＦＥＣ性能フィードバック）は、図示されているようにアプリケーション層のＦＥＣデコーダ４０９からのフィードバック４１３を増大させる。同様に、フィードバック８１１は、図９に示すように、アプリケーション層のＦＥＣデコーダ４０９からのフィードバック６０１を増大させる。同様に、フィードバック８１１は、図１０に示すように、アプリケーション層のＦＥＣデコーダ４０９とデータ受信装置４１１とからのフィードバック６０１およびフィードバック７０１をそれぞれ増大させる。前記物理層は、物理的送信機の中でカスケード接続されたＦＥＣエンコーダと、物理的受信装置の中でカスケード接続されたＦＥＣデコーダとを有することができ、フィードバック８１１は、図８−１０に示すような単一物理層のＦＥＣデコーダか、または、複数のカスケード接続された物理層のＦＥＣデコーダのいずれかからなるものとすることができる、と理解するべきである。さらに、好ましくはないが、フィードバック８１１は、本発明の動作として前記の単独ＦＥＣフィードバックとして使用することができる（すなわち、アプリケーション層のＦＥＣエンコーダ４０５と、アプリケーション層のＦＥＣデコーダ４０９と、フィードバック４１３／６０１とを削除する）。
【００２９】
＜代表的な実施形態＞
【００３０】
本発明の好適実施形態として、データ４０１は、ビデオおよび／または音声データを有しているので、様々な非可逆圧縮技術（例えば、ＭＰＥＧ−２，ＭＰＥＧ−４，ＭＷ−９，ＭＰ３，ＡＡＣ，など）のいずれかに適する。したがって、転送レート制御装置４０３は、適当な圧縮ビデオ・エンコーダ（例えば、符号変換器）または適当な音声エンコーダ（例えば、符号変換器）であり、受信装置４１１は、適当な圧縮ビデオまたは音声デコーダである。
【００３１】
本発明はデータ転送レートを制御する様々な周知技術／装置のいずれかを利用できるが、その的確な特性はデータのタイプと選択された圧縮技術との両方に依存し、図１１−１５は一つの実施形態システムを示している、ことが理解される。図示するように、データ伝送システムは、通信業者／ＤＳＬ基板構造１１０１を介して動作するビデオオンデマンドシステムである。図１１は、全てを含んだものを意図したものではなく、それどころか本発明の一実施形態としてのシステムの主要構成要素を示している。本実施形態のルータ１１０３では、デジタル加入者回線アクセス多重化器（ＤＳＬＡＭ）１１０５と、ＤＳＬ配線１１０７と、ＤＳＬモデム１１０９とが上述の図のチャンネル（すなわち、トランスポート層４０７）を構成している。また、ユーザサイト（site）では、前記システムはＦＥＣ復号化とデータフィードバックの実行とを提供するＩＰ意識（aware）セットトップ・ボックス（ＳＴＢ）１１１１を有している。また、ＦＥＣ復号化とデータフィードバック実行との機能は、ＳＴＢ１１１１よりも前のデータフローにある独立型装置によって別個に提供することができる。また、ユーザサイトは、モニタまたはテレビ１１１３を有している。
【００３２】
本実施形態では、ストリーミングビデオサーバ１１１７と後続装置１１１９との間のプロトコル１１１５がＭＰＥＧ−２搬送ストリーム（ＴＳ）パケットを使用し、ＵＤＰフレーム当たりそれぞれ１８８バイトで７つカプセル化されるとともに、ＵＤＰ／ＩＰフレームで搬送される。図示された実施形態では、装置１１１９は「Terayon DM 6400 CherryPicker」（登録商標）のようなデジタルストリーム管理システムであり、望ましくは、セッションメネージャ１１２１の管理下で、装置１１１９が転送レートの制御とＦＥＣ符号化機能との両方を提供する。図１２に詳細に示されているプロトコル１１１５は、ＩＥＴＦ ＲＦＣに関して説明されていないが、デジタルビデオ産業において周知である。
【００３３】
プロトコル１１２３は、送信側と受信側との間のＦＥＣ符号化データに使用される。プロトコル１１２３は、図１３および図１４にそれぞれ示すように、符号化側および復号化側の両方で２つの処理ステップを必要とする。第１処理ステップは、例えば、ＩＴＵ標準J.83 Annex Aで定義されたリード−ソロモン・ブロックＦＥＣアルゴリズムのような、ＦＥＣアルゴリズムを使用する。それは、１８８バイトの固定ブロックサイズとしながら１６バイトのパリティを持ち、２０４バイトの出力ブロックサイズをもたらす。したがって、１ブロック当たり、最大８バイトのエラーを修正することができる。これは、２０４のｋと８のＴに対応している。その合成パケットが図１５に示されている。
【００３４】
プロトコル１１２３の第２処理ステップは、相互パケット・バイト・インタリーバである。このステップは、その符号語の中のＴバイトについて修正するリード・ソロモン符号化のために必要とされる。ＤＳＬチャンネルがビットエラーをしているとき、ＣＲＣはドロップされた完全ＵＤＰパケットを生成することを使用され（プロトコル１１２７の下を参照）、失われている全ての７符号語の全てのバイトに由来している。したがって、ＦＥＣアルゴリズムは完全パケットを再形成することができなければならないので、望ましくは何らかの符号語による最長ＴバイトがいずれかのＵＤＰパケットのなかにあるように、データを展開しなければならない。インタリーブ処理ステップは、ソースパケットの新しいグループを作成するために、ソースパケットのグループからバイトをインタリーブすることによってこのタスクを達成する。したがって、データ量は変化しないが、損失パケットの影響を最小化するような方法でシャッフルされる（すなわち、インタリーブされる）。前記インタリーブ処理は様々な方法で実行できることが理解される。
【００３５】
上述のプロトコルを使用するよりむしろ、ＲＴＰのような標準プロトコルが、タイムスタンプおよび／または順序番号のヘッダがあるようなデータをカプセル化するために使用されることができる。この手法は、パケット損失の発見をより簡単にする（すなわち、ＡＴＭ層はＣＲＣ検査を通らなかったパケットを警告なしに破棄する）。異なる手法が使用された場合、例えば、パケットヘッダ生成のために他の小さいブロックを追加するなど、参照された図面は対応する変更がされる必要がある、ことが理解される。
【００３６】
プロトコル１１２５はいずれのストリーミング・メディアも搬送しない制御プロトコルであるが、状態情報のみを有している。これはＲＴＰプロトコル（ＲＦＣ１８８９）の一部であるＲＴＣＰに類似している。プロトコル１１２５の目的は、パケットの受信状態について送信側１１１９に情報を返す受信装置１１１１のためにある。各受信パケットの状態を報告することによる非効率性のために、状態情報が送信側１１１９に折り返し報告されるときを判断する適合型アルゴリズムを使用することが望ましい。例えば、エラーが全く検出されない場合にのみ定期的に状態情報が報告される（例えば、数秒毎に）。エラーが検出された場合、すぐに状態のフィードバックが行われる。
【００３７】
完備性のために図示されたプロトコル１１２７は、本発明において使用される通信プロトコルの下で生じるエラーチェックのレベルで示されている。ＤＳＬシステムは、通常、ＡＴＭベースであるとともに、全てのＩＰパケット・ペイロードを搬送するためにＡＴＭ ＡＡＬ５カプセル化を使用する。このプロトコルは、受信装置（すなわち、本実施形態ではモデム１１０９）がデータのエラーチェックをすることができるように、データトレーラの中に３２ビットＣＲＣを持っている。如何なるビットエラーを持つパケットも破棄される。その結果、このタイプのリンク層プロトコルにおいてただ１つのビットエラーは、完全なパケット損失に変えられる。したがって、本発明で使用されているＦＥＣアルゴリズムは、いくつかの誤りビットを修復するのみでなく、損失パケットの全体を作成し直すことができなければならない。
【００３８】
プロトコル１１２９は、ビデオ再生の要求および制御のためにＩＰ ＳＴＢ１１１１によって使用されるリアルタイム・ストリーミング・プロトコル（ＲＴＳＰ）である。このプロトコルは、本発明にとっては重要ではなく、単に完備性のために含まれている。
【００３９】
上述のように、図１１−１５に示されているとともに上記で説明された実施形態は、本発明の実施形態の一つの好適実施例として示されただけである。実施形態にかかわらず、データは、トランスポート層（すなわち、通信リンク）を介しての送信に先立ってＦＥＣ符号化され、ＦＥＣデコーダがリンクの品質に関して転送レート制御装置にフィードバックを提供し、その結果、前記制御装置が転送レートを調整することが可能となる。本発明の特徴から外れることなく本発明を実現するために多くの方法があることが理解される。いくつかのバリエーションは、以下のものを有している。
【００４０】
［ＦＥＣアルゴリズム］
インタリーブをするリード・ソロモンＦＥＣは、合理的ＦＥＣであるが、同等に良好に使用できる多くの他のものがある。他のアルゴリズムの実施形態は、以下の（i）〜（v）を有している。
（i）低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）、
（ii）低密度生成行列（ＬＤＧＭ）、
（iii）Bose-Chaudhuri-Hochquenghem (BCH)コード、
（iv）ターボコード、
（v）畳み込みコード。
ＦＥＣアルゴリズムにとっての重要な条件は、復号化プロセスが修正されていないデータと、ＦＥＣ修正可能データと、ＦＥＣ修正が不可能なデータとに関する結果を示す状態を提供することである。
【００４１】
［インタリーブ］
図１１−１５に関して説明されたシステムは、何らかのビットエラーを持つパケットを廃棄するリンク層を使用する。そのようなシステムでは、ＦＥＣは他のパケットの中に冗長情報を含めることによってパケットを再構築できなければならない。前記実施形態で使用されている小さいブロック・リード・ソロモンＦＥＣコードでは、インタリーブが必要である。他のＦＥＣ方法では、インタリーブはこのタスクを実行するために必要なものではない。リンク層がビットエラーを持つパケットを破棄しない場合、単一パケットの中の小さいエラーを修復できるＦＥＣアルゴリズムには多くの選択肢がある。
【００４２】
［データ転送レート制御］
データの転送レートを変える様々な周知技術が本発明に使用することができる。
【００４３】
［本発明の適用範囲］
上述のように、本発明は、インターネットに限定されず、無線ネットワーム、衛星ベースシステムなど、あらゆる様々な他のネットワーク技術に使用することができる。さらに、本発明は、例えば、ＤＳＬ、ケーブルＴＶ／固有のＭＰＥＧ、ケーブルＴＶ／Docsisなど、特定のリンク層技術には限定されない。
【００４４】
［トランスポートプロトコル］
本発明はあらゆるトランスポートプロトコルに適応可能である。
【００４５】
［ビデオ符号化］
本発明は、例えば、ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−４（またＨ．２６４またはＡＶＣと呼ばれる）、ＷＭ−９（またＳＭＰＴＥ ＶＣ−１と呼ばれる）など、ビデオストリームのレート変更をサポートするあらゆるビデオ符号化手法に使用することができる。
【００４６】
［ＦＥＣフィードバックプロトコル］
ＦＥＣフィードバックの使用が本発明では重要であるが、あらゆる様々なプロトコルがこのフィードバックをソースに伝えることに等しく良好に使用できる。
【００４７】
それらの周知技術によって理解されるように、本発明は、本発明の趣旨または本質的特徴から逸脱することなく、他の特定形式で表現されるものとしてもよい。いくつかの好適バリエーションが上記で説明されている。したがって、本明細書および本発明の詳細な説明は実例とされることを意図しているが、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲をこれに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】インターネットなどの通信リンクにおける一般的な変化するエラー閾値を図示している。
【図２】従来技術におけるエンドユーザ・システムでモニタされたパケット損失に対応する転送レート変化を図示している。
【図３】図２に示す変化する転送レートについてのＦＥＣアルゴリズムの効果を図示している。
【図４】本発明を図示している。
【図５】本発明に従うモニタされたＦＥＣ修正可能ブロックおよびＦＥＣ修正不可能ブロックに対応する転送レート変化を図示している。
【図６】ＦＥＣデコーダからのフィードバックが転送レート制御装置およびＦＥＣエンコーダの両方によって使用される代替実施形態を図示している。
【図７】ＦＥＣデコーダおよびデータ受信装置の両方がフィードバックを出す代替実施形態を図示している。
【図８】リンクレイヤ・サブシステムの復調器の中の少なくとも１つのＦＥＣデコーダからのフィードバックが加えられた、図４に示す実施形態に基づく本発明の代替実施形態を図示している。
【図９】リンクレイヤ・サブシステムの復調器の中の少なくとも１つのＦＥＣデコーダからのフィードバックが加えられた、図６に示す実施形態に基づく本発明の代替実施形態を図示している。
【図１０】リンクレイヤ・サブシステムの復調器の中の少なくとも１つのＦＥＣデコーダからのフィードバックが加えられた、図７に示す実施形態に基づく本発明の代替実施形態を図示している。
【図１１】本発明を使用するビデオオンデマンドシステムを図示している。
【図１２】図１１のストリーミングビデオサーバとデジタルストリーム管理システムとの間で使用されるデータフォーマットを図示している。
【図１３】送信側と受信側との間でＦＥＣ符号化データを搬送するプロトコルの符号化側で使用される２つの処理ステップを図示している。
【図１４】送信側と受信側との間でＦＥＣ符号化データを搬送するプロトコルの復号化側で使用される２つの処理ステップを図示している。
【図１５】送信側と受信側との間でＦＥＣ符号化データを搬送するプロトコルで使用される中間（intermediate）パケットを図示している。
【符号の説明】
【００４９】
４０１  データ
４０３  転送レート制御装置
４０５  順方向誤り訂正（ＦＥＣ）エンコーダ
４０７  トランスポート層（インターネット、専用チャンネルなどのような通信リンク）
４０９  ＦＥＣデコーダ
４１１  受信装置
４１３  フィードバック
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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