(57)【要約】一実施形態では、順方向誤り訂正符号を１グループのデータ・パケットに適用して、それぞれのグループのデータ・パケットについて１組のパリティ・パケットを補足することにより符号化された１グループのパケットを作成する。第１のグループのパケットのデータ・パケットおよびそのデータ・パケットに対応する１組のパリティ・パケットが伝送される。応答が受信された場合は、追加のパケットを送信することが停止される。応答が受信されなかった場合は、引き続きパリティ・ビットが伝送される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グループのデータ・パケットに１組のパリティ・パケットを補足することによりパケットの符号化されたグループを作成するために、順方向誤り訂正符号をグループのデータ・パケットに適用することと、
データ・パケットを伝送し、データ・パケットが送信された後に１組の対応するパリティ・パケットを伝送することと、
肯定応答信号を受信することと、
応答を受信することに応答して、追加のパリティ・パケットを送信するのを停止することと、
応答を受信しないことに応答して、引き続きパリティ・パケットを伝送することと
を含む方法。
【請求項２】
データ・パケットがマルチメディア・データ・パケットを含み、伝送することが無線ネットワークを介して伝送することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マルチメディア・データ・パケットを伝送することが、インターネット・プロトコル（ＩＰ）ネットワークを介するマルチメディア・ストリーミングを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
マルチメディア・ストリーミングが、無線ネットワークを介するＩＥＥＥ８０２．１１標準によるストリーミングを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
マルチメディア・ストリーミングが、マルチキャストＩＰアドレスを介して物理レイヤ応答を抑制することを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
順方向誤り訂正符号を適用することが、リード・ソロモン符号をデータ・パケットに適用することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
順方向誤り訂正符号を適用することが、トルネード符号をデータ・パケットに適用することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
グループのパケットを伝送することが、第２のおよび別個のグループのデータ・パケットをインターリーブし伝送することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
受信機が、グループのパケットのために複数の応答信号を送信する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
応答内に含まれるデータに応答して、いくつかのパリティ・ケットを操作することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
プロセッサによって実行可能な命令のシーケンスを記録する機械読取り可能記憶媒体であって、
グループのデータ・パケットに１組のパリティ・パケットを補足することにより符号化されたパケットのグループを作成するために、順方向誤り訂正符号をグループのデータ・パケットに適用することと、
データ・パケットを伝送し、データ・パケットが送信された後に１組の対応するパリティ・パケットを伝送することと、
肯定応答信号を受信することと、
応答を受信することに応答して、追加のパリティ・パケットを送信するのを停止することと、
応答を受信しないことに応答して、引き続きパリティ・パケットを伝送することと
を含む方法を実行する機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１２】
データ・パケットがマルチメディア・データ・パケットを含み、伝送することが無線ネットワークを介して伝送することを含む請求項１１に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１３】
マルチメディア・データ・パケットを伝送することが、インターネット・プロトコル（ＩＰ）ネットワークを介するマルチメディア・ストリーミングを含む請求項１２に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１４】
マルチメディア・ストリーミングが、無線ネットワークを介するＩＥＥＥ８０２．１１標準によるストリーミングを含む請求項１３に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１５】
マルチメディア・ストリーミングが、マルチキャストＩＰアドレスを介して物理レイヤ応答を抑制することを含む請求項１４に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１６】
順方向誤り訂正符号を適用することが、リード・ソロモン符号をデータ・パケットに適用することを含む請求項１１に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１７】
順方向誤り訂正符号を適用することが、トルネード符号をデータ・パケットに適用することを含む請求項１１に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１８】
グループのパケットを伝送することが、第２のおよび別個のグループのデータ・パケットをインターリーブし伝送することを含む請求項１１に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項１９】
受信機が、グループのパケットのために複数の応答信号を送信する請求項１１に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項２０】
応答内に含まれるデータに応答して、いくつかのパリティ・ケットを操作することをさらに含む請求項１１に記載の機械読取り可能記憶媒体。
【請求項２１】
順方向誤り訂正符号をグループのデータ・パケットに適用して、１組のパリティ・パケットをグループのデータ・パケットに補足することにより符号化されたパケットのグループを作成するエンコーダと、
ネットワークを介してデータ・パケットを受信機に伝送し、１組の対応するパリティ・パケットを伝送する送信機と、
肯定応答信号を受信する受信機とを備え、応答を受信することに応答して、送信機が追加のパリティ・パケットを送信するのを停止し、応答を受信しないことに応答して、引き続きパリティ・パケットを伝送するシステム。
【請求項２２】
送信機が、インターネット・プロトコル（ＩＰ）ネットワークを介してマルチメディア・データ・パケットをストリーミングする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
送信機が、無線ネットワークを介してＩＥＥＥ８０２．１１標準によるマルチメディア・データ・パケットをストリーミングする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
送信機が、マルチキャストＩＰアドレスを介して物理レイヤ応答を抑制する請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
エンコーダが、リード・ソロモン符号をデータ・パケットに適用する請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
エンコーダが、トルネード符号をデータ・パケットに適用する請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
送信機が、第２のおよび別個のグループのデータ・パケットをグループのデータ・パケットにインターリーブする請求項２１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景
マルチメディア・データを配信し格納するために、マルチメディア・データは通信チャネルを介して伝送される。マルチメディア・データは主にオーディオおよびビジュアル・データを指すが、他のタイプのデータを含むこともできる。チャネルは、しばしば、無線チャネルの場合と同様に雑音および干渉を受けやすく、また有線インターネットの場合と同様に輻輳を受けやすく、両方の結果として伝送中にデータの損失が起きる。
【０００２】
伝送中のデータ損失を無くすために、２つの方法が使用できる。順方向誤り訂正（ｆｏｒｗａｒｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：ＦＥＣ）とは、コードワードの構成要素がある指定された閾値以下で変更された場合には、通常は元のデータをそのままの形で抽出できることを確実にするために、有限アルファベットからシンボルのシーケンスによって表されたデータ・メッセージを、パリティ・データを補足することにより別のシンボルのシーケンスに変換する方法である。したがって、ＦＥＣは、送信すべきデータの量を増加することによりエラー許容力を提供する。ＦＥＣは、戻りチャネルを必要とせず、一般にチャネルの現在の状態に適応しない。しかし、ＦＥＣは、データがエラーなく受信機に到達することを保障しない。これに対応するためには、多少のエラーを許容するデータのためのある形式の繰り返し要求を実施するより高いレベルのプロトコルが必要となる。あるいは、マルチメディア通信では、遅延要件の方がエラーのない伝送要件より優勢であことが多く、従って、エラーのない伝送の優先度が低くなる。
【０００３】
基本的な自動繰返し要求（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｐｅａｔ ｒｅｑｕｅｓｔ：ＡＲＱ）が、頑強なデータ通信の助けとなるための代替アプローチである。ＡＲＱは、データをパケットに分割し、エラーを検出する目的で特別なエラー・チェック・シーケンスをそれぞれのパケットに付加することによって動作する。データ・パケットとエラー・チェックはチャネルを介して通信され、受信機が、チェック・シーケンスを計算しその計算したチェック・シーケンスを付加したエラー・チェック・シーケンスと比較することにより伝送エラーが起きたかどうかを判断する。不具合が発見された場合は、エラーが宣言され、受信機は、否定応答信号を送信することにより、戻りチャネルを使用して送信機にパケットを再送信するよう要求する。不具合が発見されなかった場合は、受信機は、肯定応答信号を送信機に送る。送信機にエラーを警告するために、ＡＲＱでは両方向通信チャネルが存在している必要がある。しばしば、戻りチャネルは、順方向チャネルと同じ物理媒体を使用して、制御情報の再伝送および通信のために効果的にデータ・サイズを拡張する。ＦＥＣとＡＲＱの相違は、ＡＲＱは損失パケットのみが再伝送されるので本質的にチャネルを適応可能にしているが、ＦＥＣは一般にすべてのパケットにオーバーヘッドを追加するということである。さらに、ＡＲＱは、往復伝搬時間および処理時間のために著しい遅延を生じさせることがある。処理時間は、ＡＲＱのマルチメディア通信への適用を著しく制限する。
【０００４】
マルチメディア通信の性能を向上させ、マルチメディア・ストリーミング・サービスを行うことができ、かつユーザにプレイバックを経験させるための２つのエラー制御方法を組み合せる方式が求められている。
【０００５】
詳細な説明
本明細書に記述する方法と装置は、マルチメディア通信のための改良されたチャネル帯域幅を利用することができる。一実施形態によれば、本明細書に記述する方法と装置は、ＦＥＣおよびＡＲＱ構成要素（ハイブリッド自動繰返し要求（ＨＡＲＱ）と呼ぶこともある）を備える。ＦＥＣ構成要素は、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）でトランスポートされたマルチメディア・データをチャネル・フェードやエラーに対して保護するために使用され、ＡＲＱ構成要素が、効率的なチャネル利用と戻りチャネル内のエラーに対する頑強性を確実にするために使用される。その結果、限定されたチャネル帯域幅という制約のある従来の方法と比べて、ＨＡＲＱ方法を使用してマルチメディアの改良された品質を得ることができる。
【０００６】
本明細書に記述する方法と装置は、ワイヤード（ＩＰ）ネットワーク、セルラ・パケット・データ・ネットワーク、ワイヤレスＬＡＮ、電力線および電話回線ネットワーク、および多くのプロプライエタリ非標準パケットベースのネットワークを含むネットワークを介する頑強なマルチメディア通信のために使用できる。頑強な通信方法と装置のためのソフトウェアおよびハードウェア・サポートを組み込むことにより、マルチメディア・ストリーミング、通信教育およびモバイル・ビデオ通信を含むマルチメディア通信アプリケーションが容易となる。
【０００７】
一実施形態では、ＨＡＲＱシステム設計は、パケット消去チャネル、具体的には、伝送中にエラーを持ったパケットの位置を提供するチャネルで使用される。パケット消去チャネルが、しばしば巡回冗長検査（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ：ＣＲＣ）を使用して物理レイヤに実装される。
【０００８】
一実施形態に従ってパケットを伝送する図の例が、図１に提示されている。メディア・データ１１０は、１グループのパケット（ＧＯＰ）にパケット化される１２０。一実施形態では、ＧＯＰのサイズおよびパケット・サイズは、使用されている通信ネットワークによりかつアプリケーションの要件により判断される。たとえば、より大きいパケット・サイズは、トランスポート・プロトコルのヘッダによりオーバヘッドを減少できる。他方、より大きいパケット・サイズは、誤り率の高い環境内では遅延を増加させ効率を低下させることもある。適切なＦＥＣ符号をＧＯＰに適用して、ＧＯＰ毎に所望の数のパリティ・パケットを生成する１３０。ＧＯＰパケットは、パリティ・パケットとともに、符号化されたＧＯＰ（ＣＧＯＰ）を構成する。一実施形態では、パリティ・パケットの数は、許容遅延、使用可能帯域幅および／またはチャネル統計によって選ばれる。さらに別の考慮事項について考慮することもある。パリティ・パケットは、オーバヘッドがほとんどまたは全くなしで、損失データ・パケットを置換できるように生成される。一実施形態では、冗長パケットは元のデータを含むことができる。データおよび冗長パケットは、全システムの制御およびオペレーションに必要な追加情報を、恐らくヘッダの形式で含むことができる。一実施形態では、ＧＯＰ数、パケット数、ＦＥＣパラメータおよび／またはパケット・サイズをパケット内に含むことができる。
【０００９】
一実施形態では、パリティ・パケットは、システマティック・リード・ソロモン（ＲＳ）符号を使用して生成され、データがそのままの形で復号できるように、パリティ・パケットの数は同じ数の（任意の）データ・パケットを置換する。他の任意の適切なＦＥＣチャネル符号を使用して、トルネード符号などのパリティ・パケットを生成できる。
【００１０】
データはパケット化され、ＦＥＣは符号化され、送信機１４０から受信機１５０に送信される。受信機は、伝送しているデータが復号できるかどうかを判断する。データが復号できる場合は、受信機は応答を送信機に送信し、送信機は現在のＣＧＯＰに対するさらなる冗長のいかなる伝送をも終了する１７０。次いで、その伝送は、復号され１８０、ユーザに送信される１９０。
【００１１】
一実施形態によるデータとパリティ・パケットの伝送順序が、図２に例示されている。まず第１に、現在のＣＧＯＰデータ・パケットが受信機２１０に送信される。データ・パケットは、他のＣＧＯＰ２２０からのデータ、パリティ・パケット、または両方とインターリーブされる。次いで、受信機からの応答が到達する２４０まで、または最大所定量のパリティ・パケットに到達またはそれを超える２５０まで、現在のＣＧＯＰに対応するパリティ・パケットが送信される２３０。一実施形態では、現在のＣＧＯＰのデータ・パケットは、同じＣＧＯＰのパリティ・パケットの前に送信される。その結果、現在のＣＧＯＰからのパケットが損失されなかった場合は、データ伝送および処理オーバヘッドが減少できる。一実施形態では、異なるＣＧＯＰからのパケットをインターリーブして、応答を処理し送信機へ送信するための十分な時間を受信機に与えることができる。
【００１２】
一実施形態では、受信機はＧＯＰ応答プロトコルを実装し、それにより、受信機がＧＯＰデータを復号できる場合には、送信機へ応答を送信する。受信機は、受信機への応答を送信しないことにより、より多くのパリティを暗黙的に求める。受信機は同じＧＯＰに対して複数の応答を送信できる。受信機が第１の応答が戻りチャネルで損失した（またはその可能性がある）ことを疑った場合に、その複数の応答を使用できる。
【００１３】
ＲＳ符号化を使用する一実施形態では、正しく受信されたパケットの数が元のデータ・パケットの数に正確に等しい場合に、応答を送信できる。応答は、全待ち時間を減少するために、実際の復号が起きる前に送信できる。すべてのデータ・パケットがエラーなく到達した場合は、復号は必要でなく、データは直接ユーザ・アプリケーションに通過できる。
【００１４】
トルネード符号化を使用する一実施形態では、正しく受信されたパケットの数が元のデータ・パケットの数と１より大きいある所定の定数とを掛けたものに等しい場合に応答を送信できる。後者の定数は、ある所望の確率の正しい復号を提供するよう判断され、かつコンピュータ・シミュレーションによりそれぞれのトルネード符号について判断される。すべてのデータ・パケットがエラーなく到達した場合は、復号は必要でなく、データは直接ユーザ・アプリケーションに通過できる。
【００１５】
他の応答メカニズムの中にも、このシステムに適用できるものがある。応答パケットにはＣＧＯＰ数が含まれるが、追加情報も含むことができる。追加情報は、サーバへの制御メッセージ、チャネル統計および／または他の情報の形式でよい。戻りチャネルにパケット消去などのエラーがあった場合には、送信機は、単にアルゴリズムによって許容される最大数のパケットを送信し、引き続き次のＧＯＰに進む。すべてのパリティが送信された後にデータがまだ復号可能であった場合には、送信機は引き続き次のＧＯＰに進む。遅延依存マルチメディア情報を使用する一実施形態では、配信時間に上限が指定されており、従って、追加のエラー解決メカニズムを追加せずに提案したソリューションを使用できる。一実施形態では、より高いレベルのエラー解決プロトコルを定義できる。この適用形態はまた、回復不可能なチャネル・エラー状況に対処することもできる。
【００１６】
一実施形態では、本明細書に記述する提案した方法と装置は、ＩＥＥＥ８０２．１１ワイヤレスＬＡＮを介するビデオ・ストリーミングに適用可能である。ＵＤＰレベルでは、ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワークは、ＵＤＰトラフィックのために送信された物理レイヤ応答が抑制される場合は、パケット消去チャネルとして機能する。一実施形態では、物理レイヤで、モバイル受信機からの再伝送および応答が、ビデオ・ストリーミング・アプリケーション内のマルチキャストＩＰアドレスによって抑制される。ＵＤＰ接続が、データ・トラフィックについては送信機から受信機まで、応答については受信機から送信機まで維持される。
【００１７】
一実施形態では、通信チャネルのプロファイルが、ＦＥＣパラメータ（ＣＧＯＰ内のデータ・パケットおよびパリティ・パケットの数）や本明細書に記述する方法と装置の他の特性に対して考慮される。一実施形態では、高い確率を有するＣＧＯＰの長さ全体にわたってのパケット消去の整数が、（ＲＳ符号化については）パリティ・パケットの数より小さいかまたは（トルネード符号化については）パリティ・パケットの数と１より大きいある所定の定数とを掛けたものより小さくなるように、ＣＧＯＰサイズおよびパリティ・パケットの数を選ぶことができる。
【００１８】
一実施形態では、ストリーミング・サーバから受信側のデバイスへの、ワイヤレスＩＰネットワークを介するマルチメディア・データのストリーミングのために、本明細書に記述する方法と装置を使用できる。たとえば、一実施形態では、ストリーミング・セットアップ内のデータの適正な再生を向上させるために、待ち時間を減少しつつ、ＩＰネットワークにエラー許容力を提供できる。
【００１９】
一実施形態をメディア再生メカニズムとインターフェイスするために使用することもできる。たとえば、一実施形態では、頑強なストリーミングが再生メカニズムにシームレスに統合されるようにＩｎｔｅｌ（登録商標）メディア処理ライブラリ・フレームワークを使用できる。
【００２０】
図３は、ＵＤＰトランスポート・プロトコルを用いてＩＰネットワークを介してマルチメディア・データをストリーミングするための一実施形態を示すブロック図である。マルチメディア・データ３１０は、オーディオおよび／またはビデオ・データから構成され、圧縮形式または圧縮されていない形式でサーバ３２０内に格納される。アプリケーション・プログラム・インターフェイス（ＡＰＩ）３２１を使用して、メディア・データを符号化または別の符号に変換し、内部エンコーダ・バッファ３２２内にそれを格納する。一実施形態では、エンコーダはＭＰＥＧまたは他のビデオ／オーディオ符号化標準に準拠している。一実施形態では、ＡＰＩは、パケット化およびＦＥＣ符号化ブロック３２３に圧縮されたストリーム・ヘッダの場所を提供する。一実施形態では、パケタイザおよびＦＥＣは、データ・パケットとパリティ・パケットを作成する。マルチメディア・データは、非順次にパケット化できる。あるいは、異なるＦＥＣを、異なるマルチメディア・データ・セグメントに対して使用できる。反対に、マルチメディア・データの中には、データ・パケット内に含まれないものもある。パケット化されたデータおよびパリティは、内部パケット・バッファ３２４内に格納される。ＡＰＩは、エンコーダ・バッファと同様の管理機能を提供する。具体的には、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ブロック３２５は、パケット毎にパケット・バッファ内のデータにランダムにアクセスできる。ＡＰＩはまた、Ｉ／Ｏによって必要とされるパケットのコンテントについての他の追加情報も提供する。Ｉ／Ｏブロックの機能は、ＩＰネットワークを介してパケット配信を実行し、ＡＣＫ伝送のためにサーバとクライアントの間の制御リンクを提供することである。Ｉ／Ｏは、パケットを数回送信し、伝送バッファからパケットを取り去り、またはＩＰネットワーク３３０を表すソケットＡＰＩにパケット伝送を任意にスケジュールすることができる。サーバを表す３つの主なブロックのすべてが、中央ハイレベル・プロセス３２６によって制御され、このプロセスが、それらのＡＰＩを使用してこれらの３つの構成要素の可変パラメータを設定し、ブロックとデータ・バッファの間のデータの流れを管理する。
【００２１】
クライアント側３４０で、ＩＰネットワークからのデータは、Ｉ／Ｏブロック３４１によって受信され、パケット・バッファ３４２内に入れられる。また、Ｉ／Ｏブロックはクライアント制御プロセス３４３の方向でＡＣＫをサーバ側に戻すことも担当する。Ｉ／Ｏを使用して、他の制御情報をサーバ側に送信することもできる。パケットをはずしかつＦＥＣ復号するブロック３４４は、パケット・バッファ３４２からのデータを処理する。パケットをはずしかつＦＥＣ復号するブロックは、データ・パケット消去を補正し、以下の復号ブロックによって処理できる形式のマルチメディア符号化データを提示することも担当する。圧縮されたマルチメディア・データは、復号バッファ３４６を通じて復号プロセスのためにＡＰＩ３４５に渡される。ＡＰＩは、マルチメディア・データを復元し、それをディスプレイ３５０に出力する。クライアント制御３４３は、記述した３つのブロックの間のデータの流れを管理し、ＡＣＫおよび受信機への他の通信を制御する。
【００２２】
上述した方法は、コンピュータ・システムのメモリ（たとえば、セット・トップ・ボックス、ビデオ・レコーダなど）内に、実行すべき１組の命令として格納できる。さらに、上述した方法を実行するための命令はまた、磁気および光学ディスクを含む他の形式の機械読取り可能媒体上にも格納できる。たとえば、本発明による方法は、ディスク・ドライブ（またはコンピュータ読取り可能媒体ドライブ）を介してアクセス可能な、磁気ディスクまたは光学ディスクなどの機械読取り可能媒体上に格納できる。さらに、命令は、コンパイルされリンクされたバージョンの形式でデータ・ネットワークを介してコンピューティング・デバイスにダウンロードできる。
【００２３】
あるいは、上述した方法を実行するための論理は、大規模集積回路（ＬＳＩ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの別個のハードウェア構成要素、電気的に消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などのファームウェアなどの、追加のコンピュータおよび／または機械読取り可能媒体内、および電気、光学、音響、および他の形式の伝搬信号（たとえば、搬送波、赤外線信号、ディジタル信号など）など内に実装できる。
【００２４】
本発明を具体的な実施形態を参照しながら記述してきたが、本発明の幅広い趣旨および範囲から逸脱することなく、これらの実施形態からのさまざまな修正形態および変更形態を行うことができることは自明であろう。したがって、本明細書および図面は、それらを限定するものではなく、むしろ例示するものであると解釈されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
一実施形態によるデータ・パケットの伝送を示すブロック図である。
【図２】
１グループのパケットの一実施形態を示すブロック図である。
【図３】
一実施形態に従ってデータ・パケットを伝送するためのシステムを示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004517534.tif 000019
2004517534.tif 000020
2004517534.tif 000021
2004517534.tif 000022
2004517534.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004517534.tif 000024
2004517534.tif 000025
【国際調査報告】
2004517534.tif 000026
2004517534.tif 000027
2004517534.tif 000028