(57)【要約】【課題】パケット損失率を低減させ、１系統の回線で映像パケット通信を行っても画質の低下を抑制する。【解決手段】パケット送信装置４は、メディアパケットに対応するＦＥＣパケットを複製して予備ＦＥＣパケットを生成するＦＥＣパケット複製部１０と、メディアパケット及びＦＥＣパケットとは時間差をおいて予備ＦＥＣパケットを多重化してＩＰパケットとして送信する送信側パケット多重化部１２とを有する。パケット受信装置６は、受信したＩＰパケットのＦＥＣパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定するＦＥＣパケットロス判定部１７と、欠損又は欠陥が有ると判定されたＦＥＣパケットを予備ＦＥＣパケットで補填するロスＦＥＣパケット補填部１８と、メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定されたＦＥＣパケット又は補填されたＦＥＣパケットとを多重化して出力する受信側パケット多重化部１９とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＰパケットをＩＰネットワークに送信するパケット送信装置と、
前記ＩＰパケットを前記ＩＰネットワークから受信するパケット受信装置とを備え、
前記パケット送信装置は、
メディアパケットに対応するＦＥＣパケットを複製して予備ＦＥＣパケットを生成するＦＥＣパケット複製部と、
前記メディアパケット及び前記ＦＥＣパケットとは時間差をおいて前記予備ＦＥＣパケットを多重化して前記ＩＰパケットとして送信する送信側パケット多重化部とを有し、
前記パケット受信装置は、
受信した前記ＩＰパケットの前記ＦＥＣパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定するＦＥＣパケットロス判定部と、
欠損又は欠陥が有ると判定された前記ＦＥＣパケットを前記予備ＦＥＣパケットで補填するロスＦＥＣパケット補填部と、
前記メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定された前記ＦＥＣパケット又は補填された前記ＦＥＣパケットとを多重化して出力する受信側パケット多重化部とを有することを特徴とするパケット送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視システム、館内共聴システム、デジタルサイネージシステム、パブリックビューイングシステム等の映像送受信システムなどに適用されるＩＰ（インターネットプロトコル）ネットワークを利用したパケット送受信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
映像伝送などにＩＰネットワークを利用するケースが増大している。しかし、ＩＰネットワークを利用したパケット伝送においてＩＰパケットの欠損が生じる場合が有る。そこで、欠損パケットを回復させるためにＦＥＣ（Forward Error Correction）パケットを同時に伝送し、ＦＥＣパケットを使って欠損パケットを回復させる方法が多用されている。これにより、ＩＰパケット伝送の信頼性を向上させることができる。以下、ＦＥＣパケット以外の、映像や音声情報などを伝達するパケットを、ここではメディアパケットと呼ぶことにする。また、ＦＥＣパケットとメディアパケットをまとめてＩＰパケットと呼ぶことにする。
【０００３】
ＩＰパケット伝送の高信頼化の別の手法として、本系（０系）と予備系（１系）の２つのネットワーク経路を設定しておき、同一のシーケンス番号を付与した同一ＩＰパケットを、本系および予備系に別々に送信するものが有る（例えば、特許文献１参照）。受信側では、本系又は予備系から受け取ったＩＰパケットの中で後段に出力したパケットのシーケンス番号を履歴情報として記録しておき、別の系から同一シーケンス番号のパケットが到着した場合には履歴情報にそのシーケンス番号が記録されているので後段への出力を阻止する。もしも、履歴情報にそのシーケンス番号が記録されていなければ後段に出力する。これにより、パケット欠損があった場合に、どちらかの系統からその欠損パケットに対応するパケットが到着すれば、その欠損パケットを補填することができる。
【０００４】
また、別の手法として、SMPTE （Society of Motion Picture and Television Engineers）規格SMPTE-2022-7のAnnex-E Use Casesに記載された方法が有る（例えば、非特許文献１，２参照）。図５は従来のＩＰパケット伝送法を説明するための図である。この手法では１つのネットワーク回線に対して本系用に用意したストリームと予備系用に用意したストリームを時間ずらしで流す。受信側では、時間的にずれて到着した同一シーケンス番号のパケットを使って欠損パケットを救済する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８５４０２９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】SMPTE STANDARD “Seamless Protection Switching  SMPTE ST 2022 IP Diagrams”, SMPTE Standard  2022-7 :2013, Annex-E, page 12
【非特許文献２】L. Whitcomb, “Achieving Error-Free Media in IP Video Network”, presentation in PBS TechCon 2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の手法では、２系統のネットワーク経路を設定し、それぞれの系統に、同一パケットを送信する。従って、特性の異なる経路を通す必要が有るため、ネットワーク機器を２系統分用意することやネットワーク回線も２系統用意することが必須である。このため、伝送品質は向上するものの、ネットワーク系のコストが増大するという問題があった。
【０００８】
非特許文献１，２の手法では、１系統のネットワークで送信できる。しかし、同一パケットを同じ回線で二重に流すので、回線の必要容量を２倍確保する必要があり回線コストが増大するという問題があった。回線容量を増やさないようにこの手法を使おうとすると、例えば映像ストリームを流すような場合には、伝送データ量を減らすために映像データ部分の圧縮率を２倍以上にせねばならず、画質が大幅に低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はパケット損失率を低減させ、１系統の回線で映像パケット通信を行っても画質の低下を抑制することができるパケット送受信システムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るパケット送受信システムは、ＩＰパケットをＩＰネットワークに送信するパケット送信装置と、前記ＩＰパケットを前記ＩＰネットワークから受信するパケット受信装置とを備え、前記パケット送信装置は、メディアパケットに対応するＦＥＣパケットを複製して予備ＦＥＣパケットを生成するＦＥＣパケット複製部と、前記メディアパケット及び前記ＦＥＣパケットとは時間差をおいて前記予備ＦＥＣパケットを多重化して前記ＩＰパケットとして送信する送信側パケット多重化部とを有し、前記パケット受信装置は、受信した前記ＩＰパケットの前記ＦＥＣパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定するＦＥＣパケットロス判定部と、欠損又は欠陥が有ると判定された前記ＦＥＣパケットを前記予備ＦＥＣパケットで補填するロスＦＥＣパケット補填部と、前記メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定された前記ＦＥＣパケット又は補填された前記ＦＥＣパケットとを多重化して出力する受信側パケット多重化部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、パケット損失率を低減させ、１系統の回線で映像パケット通信を行っても画質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るパケット送受信システムを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るパケット送信装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るパケット受信装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るパケット送受信システムの変形例を示す図である。
【図５】従来のＩＰパケット伝送法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係るパケット送受信システムを示す図である。カメラ１で撮影した映像をエンコーダ２がエンコードする。このエンコードしたデータからパケット生成装置３がメディアパケット群とそれに対応するＦＥＣパケット群をセットで生成する。例えば、１０個のメディアパケット群に対して、そのメディアパケット群のいずれか１つのパケットが伝送途中で欠落した時、その欠落パケットを回復させるためのエラー訂正情報を入れたＦＥＣパケットを生成する。このような１次元の処理によるＦＥＣパケット付加処理以外に、複数のメディアパケット群をマトリックス上に並べ、行と列方向にそれぞれＦＥＣパケットを用意するような２次元の処理によるＦＥＣパケット付加処理がある。本特許は、どちらの方法に対しても適用できる。
【００１４】
パケット送信装置４がＩＰパケットをＩＰネットワーク５に送信する。パケット受信装置６がそのＩＰパケットをＩＰネットワーク５から受信する。ＦＥＣ処理装置７は、メディアパケットに欠損があった場合に欠損パケットを可能な限り回復させる。デコーダ８は、ＦＥＣ処理装置７が回復させたＩＰパケットをデコードする。モニタ９は、デコーダ８がデコードした映像を表示させる。
【００１５】
なお、パケット送信装置４の機能をパケット生成装置３に含ませてもよいし、これらの機能をエンコーダ２に含ませてもよいが、ここでは分離して図示した。同様に、パケット受信装置６の機能をＦＥＣ処理装置７に含ませてもよいし、これらをデコーダ８に含ませてもよいが、ここでは分離して図示した。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係るパケット送信装置を示す図である。パケット送信装置４がパケット生成装置３から入力する入力ＩＰパケットはメディアパケットＭｘｘ及びＦＥＣパケットＦｘｘを有する。パケット送信装置４がＩＰネットワーク５に出力する出力ＩＰパケットはメディアパケットＭｘｘ及びＦＥＣパケットＦｘｘに加えて予備ＦＥＣパケットＤｘｘを有する。ｘｘはシーケンス番号である。
【００１７】
メディアパケット数に対してＦＥＣパケット数は１ケタ程度少ない量である。ただし、処理手順を分かりやすく説明するために、ここでは２個のメディアパケット群に対して２個のＦＥＣパケットを付加する。ＦＥＣパケット自体が欠損してしまった場合、欠損したＦＥＣパケットに対応したメディアパケット群にも欠損パケットが発生すると、修復ができない場合もある。
【００１８】
ＦＥＣパケット複製部１０は、入力されたＦＥＣパケットを複製して予備ＦＥＣパケットを生成して遅延バッファ１１に格納する。ここではＦＥＣパケットＦ１６を複製して生成した予備ＦＥＣパケットＤ１６を遅延バッファ１１に格納する。ＦＥＣパケットＦ１６は直ちに後段の送信側パケット多重化部１２にスルー伝送され直ちに出力される。
【００１９】
送信側パケット多重化部１２は、メディアパケット群Ｍ１５，Ｍ１６を出力した後に、そのメディアパケット群Ｍ１５，Ｍ１６に対応するＦＥＣパケット群Ｆ１５，Ｆ１６を出力する。その後に予備ＦＥＣパケット群Ｄ０５，Ｄ０６を出力する。予備ＦＥＣパケット群は、ＦＥＣパケット群に対して遅延バッファ１１で遅延した分だけ時間差をおいて出力される。ここでは、ＦＥＣパケットＦ１５，Ｆ１６に続いて予備ＦＥＣパケットＤ０５，Ｄ０６を多重化（挿入）し、ＦＥＣパケット群１０セット分の遅延を入れる。送信側パケット多重化部１２は、出力ＩＰパケットとして、パケットＭ１１〜Ｄ０４の並びのように、Ｍｘｘ、Ｍｘｘ、Ｆｘｘ、Ｆｘｘ、Ｄｘｘ、Ｄｘｘの並びを繰り返して出力する。もちろん、Ｄｘｘ、ＤｘｘがＭｘｘ、Ｍｘｘ、Ｆｘｘ、Ｆｘｘの並びの中のいずれかの場所に分散して入れても構わない。例えば、Ｍｘｘ、Ｄｘｘ、Ｍｘｘ、Ｆｘｘ、Ｄｘｘ、Ｆｘｘのようになっても問題はない。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態に係るパケット受信装置を示す図である。パケット分離格納部１３は、入力ＩＰパケットのうちメディアパケットＭｘｘとＦＥＣパケットＦｘｘを転送バッファ１４に格納し、予備ＦＥＣパケットＤｘｘを予備ＦＥＣパケット格納バッファ１５に格納する。この時、予備ＦＥＣパケットが正常かどうかを判定し正常な場合のみ予備ＦＥＣパケット格納バッファ１５に格納する。
【００２１】
ＲＴＰパケットの形態で伝送される入力ＩＰパケットがメディアパケット、ＦＥＣパケット、予備ＦＥＣパケットの何れであるかの判別方法としては、ＲＴＰヘッダの拡張ビットが０であればメディアパケットと認識し、１であればＦＥＣパケット又は予備ＦＥＣパケットと認識する。ＦＥＣパケットと予備ＦＥＣパケットの分離方法としては、最後に受信したメディアパケットのＲＴＰパケットシーケンス番号と、受信したＦＥＣパケットのＲＴＰパケットシーケンス番号が予め定めた値未満に離れていなければＦＥＣパケットＦｘｘと認識し、予め定めた値以上に離れていれば予備ＦＥＣパケットＤｘｘと認識する。
【００２２】
ＩＰパケット読み出し部１６が転送バッファ１４から順次ＩＰパケットを読み出す。ＦＥＣパケットロス判定部１７は、読み出されたＦＥＣパケットに欠損又は欠陥が有るかどうか判定する。ここで、欠損とはパケットが受信側に到着しないこと、欠陥とは受信側にパケットは到着するがそのパケットの内部にビット化けなどが有って正常でないことをいう。図３では欠損しているパケットを×印にて示している。欠損又は欠陥が有ると判定したＦＥＣパケットのシーケンス番号ｘｘをロスＦＥＣパケット補填部１８に通知する。
【００２３】
ロスＦＥＣパケット補填部１８は、欠損又は欠陥が有ると判定されたＦＥＣパケットを予備ＦＥＣパケットで補填する。即ち、ロスＦＥＣパケット補填部１８は、予備ＦＥＣパケット格納バッファ１５の中の予備ＦＥＣパケットの中から同一シーケンス番号（ｘｘ＝この場合０４）を検出し、存在した場合には、その予備ＦＥＣパケットＤ０４を引抜いて受信側パケット多重化部１９に入力する。この時、ロスＦＥＣパケット補填部１８は、出力がシーケンス番号順に並んで出力するための調整も行う。ここでいう同一シーケンス番号とは、ＲＴＰパケットにおけるＲＴＰヘッダに記載されたシーケンス番号のことである。
【００２４】
受信側パケット多重化部１９は、メディアパケットと、欠損又は欠陥が無いと判定されたＦＥＣパケット又は補填されたＦＥＣパケットとを多重化して出力する。ここでは、受信側パケット多重化部１９は、入力された予備ＦＥＣパケットＤ０４をストリームの中に多重して出力する。これにより、欠損したＦＥＣパケットＦ０４が予備ＦＥＣパケットＤ０４によって補填され、ＦＥＣパケットＦ１４のロスが救済される。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態では、送信側でＦＥＣパケットのみを複製して予備ＦＥＣパケットを生成して時間差をおいて送信する。ＩＰネットワークの通信では、ネットワークの混雑度の時間的変化に対応して、パケット欠損状態も時間的に変化する場合が有る。従って、同じ内容のＦＥＣパケットを時間的にずらして伝送することによって、欠損が生じるＩＰネットワークでの伝送でもＦＥＣパケットを正常に伝送できる確率が高くなり、パケット損失率を低減させることができる。
【００２６】
また、前述のように実際にはメディアパケット数に比してＦＥＣパケット数は非常に少ないのでＦＥＣパケットを二重化しても、パケット全体を同じ回線で二重に流す従来の手法に比べて送信するパケットの量を大幅に減少させることができる。このため、映像パケット通信を行う場合に画質の低下を抑制することができる。また、１系統の回線でパケット通信を行えるのでネットワークコストを抑えることができる。
【００２７】
なお、時間をずらして送るＩＰパケット群として、ここではＦＥＣパケット群の複製として説明したが、メディアパケットの複製や、ＦＥＣパケットとメディアパケットの混在の一部複製などでも同様の効果が得られる。しかし、処理のシンプルさや複製の効果を考えた時、ＦＥＣパケットの複製が最も効果が高い。また、時間ずらし量は人手で設定してもよいが、ネットワークの状態を監視しながら最適化してもよい。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態に係るパケット送受信システムの変形例を示す図である。図１のシステムと異なり、ルート２０による情報の逆方向伝送を行う。パケット受信装置６内のロスＦＥＣパケット補填部１８が予備ＦＥＣパケット格納バッファ１５に所望のパケットが存在しないことを検知した場合、ＦＥＣパケットと予備ＦＥＣパケット共に欠陥が入ったか又は欠損したことになる。このような状態が予め指定した時間以上続いた場合には、受信側パケット多重化部１９は時間ずらし量を変更するようにルート２０を介してパケット送信装置４にコマンドを送信する。このコマンドを受けたパケット送信装置４は、予め定めたずらし時間範囲の中で乱数発生によって時間ずらし量を求めて、予備ＦＥＣパケットの送信タイミングを変更する。
【符号の説明】
【００２９】
４  パケット送信装置、６  パケット受信装置、１０  ＦＥＣパケット複製部、１２  送信側パケット多重化部、１７  ＦＥＣパケットロス判定部、１８  ロスＦＥＣパケット補填部、１９  受信側パケット多重化部
【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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