(57)【要約】【課題】映像・音声配信において、ネットワーク上で発生する再生品質劣化要因に対して、品質劣化抑制に効果の高い配信制御を実現する。【解決手段】パケット通信装置２００に、映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する品質劣化要因抽出部２０４と、前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めるモデル解析／シミュレーション部２０５と、前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する品質影響リスク評価部２０６と、前記優先度に基づいて、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する制御パラメータ計算部２０７と、を少なくとも設ける。【選択図】図４
2009194507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する品質劣化要因抽出部と、
前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めるモデル解析／シミュレーション部と、
前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が前記映像・音声パケットの再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する品質影響リスク評価部と、
前記優先度に基づいて、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する制御パラメータ計算部と、を少なくとも有することを特徴とするパケット通信装置。
【請求項２】
前記映像・音声パケットの挙動情報に関する統計情報の変化から、前記ネットワークのモデルの再構築の必要性を判定するモデル再構築判定部を更に有し、
前記モデル解析／シミュレーション部は、再構築されたネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めることを特徴とする請求項１記載のパケット通信装置。
【請求項３】
前記モデル解析／シミュレーション部は、隠れマルコフモデルを用いて、連続パケットロスが発生する確率を求め、
前記制御パラメータ計算部は、インターリーブ方式におけるインターリーブ長を計算することを特徴とする請求項１又は２に記載のパケット通信装置。
【請求項４】
パケット通信装置と中継装置とを含むネットワークを複数備え、各々の前記ネットワークが前記中継装置で接続されるパケット通信システムにおいて、
各々の前記中継装置は、請求項１乃至３のいずれか一に記載の手段を備え、自中継装置が属するネットワーク及び中継装置間のネットワークに対して、前記制御パラメータを計算し、計算した制御パラメータに基づいて前記映像・音声パケットの転送処理を実行すると共に、計算した制御パラメータを自中継装置が属するネットワークの前記パケット通信装置に通知することを特徴とするパケット通信システム。
【請求項５】
映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する第１のステップと、
前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求める第２のステップと、
前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する第３のステップと、
前記優先度に基づいて、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する第４のステップと、を少なくとも有することを特徴とするパケット通信方法。
【請求項６】
前記映像・音声パケットの挙動情報に関する統計情報の変化から、前記ネットワークのモデルの再構築の必要性を判定するステップを更に有し、
前記第２のステップでは、再構築されたネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めることを特徴とする請求項５記載のパケット通信方法。
【請求項７】
前記第２のステップでは、隠れマルコフモデルを用いて、連続パケットロスが発生する確率を求め、
前記第４のステップでは、インターリーブ方式におけるインターリーブ長を計算することを特徴とする請求項５又は６に記載のパケット通信方法。
【請求項８】
コンピュータを、
映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する品質劣化要因抽出部、
前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めるモデル解析／シミュレーション部、
前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する品質影響リスク評価部、
前記優先度に基づいて、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する制御パラメータ計算部、として機能させることを特徴とするパケット通信プログラム。
【請求項９】
コンピュータを、更に、
前記映像・音声パケットの挙動情報に関する統計情報の変化から、前記ネットワークのモデルの再構築の必要性を判定するモデル再構築判定部として機能させ、
前記モデル解析／シミュレーション部は、再構築されたネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めることを特徴とする請求項８記載のパケット通信プログラム。
【請求項１０】
前記モデル解析／シミュレーション部は、隠れマルコフモデルを用いて、連続パケットロスが発生する確率を求め、
前記制御パラメータ計算部は、インターリーブ方式におけるインターリーブ長を計算することを特徴とする請求項８又は９に記載のパケット通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット通信装置及びパケット通信方法並びにパケット通信プログラムに関し、特に、映像・音声のようなリアルタイム性を要求されるデータ通信を実現するためのパケット通信装置及びパケット通信方法並びにパケット通信プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送信側から受信側に映像データや音声データをＩＰ（Internet Protocol）パケットとして送信し、受信側で映像データ及び音声データに復元して再生する通信アプリケーションが増加している。例えば、インターネット上でのＩＰ電話（VoIP: Voice over IP）や、ＴＶ会議、映画やライブ等の映像配信が挙げられる。
【０００３】
このようなアプリケーション（以下、映像・音声配信アプリケーションと記述する。）において、映像や音声の品質を劣化させる要因として、ネットワークが与える影響（具体的には遅延の増加やパケット消失）を無視することが出来ない。この影響を回避・低減するため、映像・音声配信アプリケーションの多くは、受信者側からＲＴＣＰ（RTP Control Protocol）等の手段を通じて報告されるネットワーク品質に関する統計情報（平均遅延やパケットロス率）を基にして、送信ビットレートの変更やインターリーブ方式といった制御が実施されている。
【０００４】
例えば、非特許文献１では、インターリーブ方式と呼ばれる技術の適用が提案されている。インターリーブ方式とは、図１にあるような形でパケットの送信順序を入れ替えることで連続消失への耐性を高める方式である。図１では、Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４の１６個の連続するパケットを想定する。通常、図１の状態１の順序に従い、Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ｂ１→Ｂ２〜と送信されるが、連続消失への耐性を高めるため、図１の状態２のようにパケットの送信順序を並び替える。このようにパケットの送信順序を入れ替えることで、図１の状態３のようにパケットの連続消失が発生した場合でも、パケットの順序を再構築することで、図１の状態４のように連続消失ではなく、単発消失が発生したように見せることが可能となる。パケットの送信順序を入れ替えなかった場合、図１の状態３’のような形でパケットが連続消失するため、映像や音声の途切れが発生する。
【０００５】
上記インターリーブ方式においては、パケットの送信順序を入れ替えることで連続消失に対応するが、インターリーブ長が長い程、連続消失への耐性が高まる一方で遅延が大きくという問題を抱える。例えば、図２にインターリーブ長４（左図）および６（右図）の場合のパケットの送信順序を示す。図２の左図のインターリーブ長が４の場合、Ａ１の次に再生されるパケットＡ２が到着するまでに３個のパケットが間に挿入される。インターリーブ長が６の場合、Ａ１の次に再生されるパケットＡ２が到着するまでに５個のパケットが間に挿入される。この間に挟まれるパケットは遅延として認識されるため、単発的に発生したパケット消失の回復までに必要となる時間はその分大きくなる。
【０００６】
【非特許文献１】Y.J Liang, J.G Apostolopoules, and B. Girod, “Analysis of packet Loss. for Compressed video: Does Burst-Length Matter?”，IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, ICASSP2003, Apr. 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は、パケット送信時に受信者側から送信される情報を基に品質制御を行っていたため、映像や音声のネットワーク配信において、事前に適切な制御パラメータを設定することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、映像・音声パケットの再生品質の劣化を防止することができるパケット通信装置及びパケット通信方法並びにパケット通信プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のパケット通信装置は、映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する品質劣化要因抽出部と、前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めるモデル解析／シミュレーション部と、前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する品質影響リスク評価部と、前記優先度に基づいて、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する制御パラメータ計算部と、を少なくとも有するものである。
【００１０】
また、本発明は、パケット通信装置と中継装置とを含むネットワークを複数備え、各々の前記ネットワークが前記中継装置で接続されるパケット通信システムにおいて、各々の前記中継装置は、上記記載の手段を備え、自中継装置が属するネットワーク及び中継装置間のネットワークに対して、前記制御パラメータを計算し、計算した制御パラメータに基づいて前記映像・音声パケットの転送処理を実行すると共に、計算した制御パラメータを自中継装置が属するネットワークの前記パケット通信装置に通知するものである。
【００１１】
また、本発明のパケット通信方法は、映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する第１のステップと、前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求める第２のステップと、前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する第３のステップと、前記優先度に基づいて、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する第４のステップと、を少なくとも有するものである。
【００１２】
また、本発明のパケット通信プログラムは、コンピュータを、映像・音声パケットの再生品質の劣化を引き起こす品質劣化要因の発生パターンを抽出する品質劣化要因抽出部、前記映像・音声パケットの挙動情報に基づいて生成したネットワークモデルに対して、前記品質劣化要因の発生確率を求めるモデル解析／シミュレーション部、前記品質劣化要因の発生確率及び前記品質劣化要因が再生品質に与える影響度に基づいて、前記品質劣化要因に優先度を設定する品質影響リスク評価部、前記映像・音声パケットの配信制御方法を選択し、前記配信制御方法の制御パラメータを計算する制御パラメータ計算部、として機能させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のパケット通信装置及びパケット通信方法並びにパケット通信プログラムによれば、映像や音声配信のようなリアルタイム性を要求するアプリケーションにおいて、ネットワークに起因する品質劣化要因の発生に対し、適切な対応策を実施し、映像や音声の再生品質劣化を抑制することができる。
【００１４】
その理由は、観測されるパケットの振る舞いから、起こりうる品質劣化要因の発生パターンの発生確率を求め、再生品質に与える影響の大きさから対応すべき品質劣化要因に優先度を設定することで、適切な品質劣化要因防止策を実施することが可能となるためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。図３は、本発明の実施の形態における端末の接続関係を示す構成図である。図３に示すように、送信側端末１１０と受信側端末１２０とがネットワーク１３０を介して接続されている。
【００１６】
送信側端末１１０は、ネットワーク１３０にパケットを送信するパケット通信装置１１１と、パケット通信装置１１１を通じてネットワーク１３０にアプリケーションデータを送り込む映像・音声配信アプリケーション１１２から構成されている。
【００１７】
受信側端末１２０は、ネットワーク１３０からパケットを受信するパケット通信装置１２１と、パケット通信装置１２１からパケットのデータを受信する映像・音声配信アプリケーション１２２から構成されている。
【００１８】
また、ネットワーク１３０は、送信側端末１１０と受信側端末１２０を結ぶ経路として、経路１３１及び経路１３２を提供する。
【００１９】
なお、パケット通信装置１１１とパケット通信装置１２１は同じパケット通信装置であるが、送信側端末１１０及び受信側端末１２０において、異なる役割を演じるため、両者を区別している。また、送信側端末１１０と受信側端末１２０の送信側、受信側の役割は説明のために便宜的に固定しているものであり、実際は随意役割を入れ替え、相互にデータを送受信するとして問題ない。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図４は、本発明に係るパケット通信装置の第１の実施の形態の構成図である。図４を参照すると、本実施の形態に係るパケット通信装置２００は、ネットワークデータ収集部２０１、ネットワークモデリング部２０２、制御パラメータデータベース部２０３、品質劣化要因抽出部２０４、モデル解析／シミュレーション部２０５、品質影響リスク評価部２０６、制御パラメータ計算部２０７を含む。これらの手段は次のように動作する。
【００２１】
ネットワークデータ収集部２０１は、ネットワークを通じて対向するパケット通信装置から送信される映像パケットや音声パケットを受信し、受信パケットの挙動情報を収集する。ネットワークモデリング部２０２は、映像パケットや音声パケットの挙動情報から現在利用しているネットワークの挙動のモデリングを行う。制御パラメータデータベース部２０３は、パケット通信装置２００が提供可能な映像や音声の配信の制御パラメータとそれが適用可能な品質劣化要因及び適用時の効果に関する情報を記憶する。品質劣化要因抽出部２０４は、映像や音声の配信の制御パラメータ及びその適用領域から発生する可能性のある品質劣化要因の発生パターンを抽出する。モデル解析／シミュレーション部２０５は、ネットワークの挙動モデルを基に解析的手法あるいはシミュレーション手法を通じて、品質劣化要因の発生パターンの発生確率を計算する。品質影響リスク評価部２０６は、品質劣化要因の発生パターンが映像や音声の再生品質に与える影響とその発生確率から、対応すべき品質劣化要因の発生パターンに優先度を設定する。制御パラメータ計算部２０７は、優先度の高い品質劣化要因の発生パターンの影響を抑制する映像や音声の配信の制御方法及び制御パラメータを計算する。
【００２２】
なお、上記各手段は、パケット通信装置２００にハードウェアとして設けてもよいし、コンピュータを、上記各手段として機能させるパケット通信プログラムとして構成し、該パケット通信プログラムをパケット通信装置２００上で動作させる構成としてもよい。
【００２３】
次に、図３の全体構成図、図４の構成図および図５のフローチャート図を参照して、本実施の形態の全体の動作について詳細に説明する。
【００２４】
受信側端末１２０を構成する映像・音声配信アプリケーション１２２は、ネットワーク１３０（ネットワークの経路は経路１３１もしくは経路１３２のいずれかのみを利用するとする。）を通じて、対向する送信側端末１１０を構成する映像・音声配信アプリケーション１１２から送信される映像や音声のパケットを受信し、ネットワークデータ収集部２０１はその受信パケットの挙動情報を収集する（ステップＳ１０１）。
【００２５】
ネットワークモデリング部２０２は、ネットワークデータ収集部２０１が収集した受信パケットの挙動情報を用いて、ネットワークの挙動をモデル化あるいは既にモデル化されているネットワークモデルのパラメータ修正を行う（ステップＳ１０２）。
【００２６】
品質劣化要因抽出部２０４は、制御パラメータデータベース部２０３から映像・音声配信アプリケーション１２２が提供可能な制御パラメータに関する情報を取得し、それらの制御パラメータが適用される品質劣化要因の発生パターンを抽出する（ステップＳ１０３）。
【００２７】
モデル解析／シミュレーション部２０５は、ステップＳ１０２で獲得したネットワークモデルに対し、解析的手法あるいはシミュレーション手法を用いて、ステップＳ１０３で抽出された品質劣化要因の発生パターンの発生確率を計算する（ステップＳ１０４）。
【００２８】
品質影響リスク評価部２０６は、ステップＳ１０３で抽出した品質劣化要因の発生パターンが再生品質に与える影響の大きさとステップＳ１０４で求めた発生パターンの発生確率から、対策すべき品質劣化要因に優先度を設定する（ステップＳ１０５）。
【００２９】
制御パラメータ計算部２０７は、ステップＳ１０５で設定された優先度の高い品質劣化要因に対して、その影響を抑制する制御方式を制御パラメータデータベース部２０３に格納されている制御方式から選択し、要求品質を満足するように、その制御パラメータを計算する（ステップＳ１０６）。
【００３０】
ステップＳ１０１からステップＳ１０６にかかる処理は定期的に行う、あるいは、変化するネットワークの状態に応じて、任意のタイミングで行う等の方法が考えられる。
【００３１】
本実施の形態の効果は、映像や音声配信のようなリアルタイム性を要求するアプリケーションにおいて、ネットワークに起因する品質劣化要因の発生に対し、適切な対応策を実施し、映像や音声の再生品質劣化を抑制することを可能とする。その理由は、観測されるパケットの振る舞い（挙動情報）から、起こりうる品質劣化要因の発生パターンの発生確率を求め、再生品質に与える影響の大きさから対応すべき品質劣化要因に優先度を設定することで、高い頻度で発生する品質劣化の影響を抑制する配信制御を実施することが可能となるためである。
【００３２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図６を参照して説明する。図６を参照すると、本実施の形態に係るパケット通信装置３００は、ネットワークデータ収集部３０１、モデル再構築判定部３０２、ネットワークモデリング部３０３、制御パラメータデータベース部３０４、品質劣化要因抽出部３０５、モデル解析／シミュレーション部３０６、品質影響リスク評価部３０７、制御パラメータ計算部３０８を含む。これらの手段は次のように動作する。
【００３３】
ネットワークデータ収集部３０１は、ネットワークを通じて対向するパケット通信装置から送信される映像パケットや音声パケットを受信し、受信パケットの挙動情報を収集する。モデル再構築判定部３０２は、受信パケットの挙動情報から、ネットワークモデルの再構築が必要かどうかを判定する。ネットワークモデリング部３０３は、映像パケットや音声パケットの振る舞いから現在利用しているネットワークの挙動のモデリングを行う。制御パラメータデータベース部３０４は、パケット通信装置３００が提供可能な映像や音声の配信の制御パラメータとそれが適用可能な品質劣化要因及び適用時の効果に関する情報を記憶する。品質劣化要因抽出部３０５は、映像や音声の配信の制御パラメータ及びその適用領域から発生する可能性のある品質劣化要因の発生パターンを抽出する。モデル解析／シミュレーション部３０６は、ネットワークの挙動モデルを基に解析的手法あるいはシミュレーション手法を通じて、品質劣化要因の発生パターンの発生確率を計算する。品質影響リスク評価部３０７は、品質劣化要因の発生パターンが映像や音声の再生品質に与える影響とその発生確率から、対応すべき品質劣化要因の発生パターンに優先度を設定する。制御パラメータ計算部３０８は、優先度の高い品質劣化要因の発生パターンの影響を抑制する映像や音声の配信の制御方法及び制御パラメータを計算する。
【００３４】
なお、上記各手段は、パケット通信装置３００にハードウェアとして設けてもよいし、コンピュータを、上記各手段として機能させるパケット通信プログラムとして構成し、該パケット通信プログラムをパケット通信装置３００上で動作させる構成としてもよい。
【００３５】
次に、図３の全体構成図、図６の構成図および図７のフローチャート図を参照して、本実施の形態の全体の動作について詳細に説明する。
【００３６】
送信側端末１１０と受信側端末１２０は、ネットワークの経路１３１を通じて通信を行っているとする。受信側端末１２０を構成する映像・音声配信アプリケーションは、ネットワーク１３０を通じて、対向する送信側端末１１０を構成する映像・音声配信アプリケーションから送信される映像や音声のパケットを受信し、ネットワークデータ収集部３０１はその受信パケットの挙動情報を収集する（ステップＳ２０１）。
【００３７】
モデル再構築判定部３０２は、受信パケットの挙動情報から、平均遅延、遅延の最大値、最小値、及びその揺らぎ幅を示す分散を計算し、その計算結果を過去の平均遅延、最大値、最小値及び分散と比較する。その数値が大きく変化している場合、ネットワークモデルに変化があった（図３の例では、ネットワーク経路が経路１３１から経路１３２に変化）と判断し、モデル再構築が必要なことをネットワークモデリング部３０３に通知する（ステップＳ２０２）。
【００３８】
ネットワークモデリング部３０３は、モデル再構築判定３０２からモデル再構築の通知を受け取った場合、それまで保持していたネットワークモデルを廃棄して、新たにモデルを構築する。モデル再構築の通知を受け取っていない場合、既にモデル化されているネットワークモデルのパラメータ修正を行う（ステップＳ２０３）。
【００３９】
品質劣化要因抽出部３０５は、制御パラメータデータベース部３０４から映像・音声配信アプリケーションが提供可能な制御パラメータに関する情報を取得し、それらの制御パラメータが適用される品質劣化要因の発生パターンを抽出する（ステップＳ２０４）。
【００４０】
モデル解析／シミュレーション部３０６は、ステップＳ２０３で獲得したネットワークモデルに対し、解析的手法あるいはシミュレーション手法を用いて、ステップＳ２０４で抽出された品質劣化要因の発生パターンの発生確率を計算する（ステップＳ２０５）。
【００４１】
品質影響リスク評価部３０７は、ステップＳ２０４で抽出した品質劣化要因の発生パターンが再生品質に与える影響の大きさとステップＳ２０５で求めた発生パターンの発生確率から、対策すべき品質劣化要因に優先度を設定する（ステップＳ２０６）。
【００４２】
制御パラメータ計算部３０８は、ステップＳ２０６で設定された優先度の高い品質劣化要因に対して、その影響を抑制する制御方式を制御パラメータデータベース部３０４に格納されている制御方式から選択し、要求品質を満足するように、その制御パラメータを計算する（ステップＳ２０７）。
【００４３】
ステップＳ２０１からステップＳ２０７にかかる処理は定期的に行う、あるいは、変化するネットワークの状態に応じて、任意のタイミングで行う等の方法が考えられる。
【００４４】
本実施の形態の第一の効果は、映像や音声配信のようなリアルタイム性を要求するアプリケーションにおいて、ネットワークに起因する品質劣化要因の発生に対し、適切な対応策を実施し、映像や音声の再生品質劣化を抑制することを可能とする。その理由は、観測されるパケットの振る舞い（挙動情報）から、起こりうる品質劣化要因の発生パターンの発生確率を求め、再生品質に与える影響の大きさから対応すべき品質劣化要因に優先度を設定することで、高い頻度で発生する品質劣化の影響を抑制する配信制御を実施することが可能となるためである。
【００４５】
本実施の形態の第二の効果は、経路変更等の対象となるネットワークが変更された場合でも、その変更に追従した配信制御が出来ることである。その理由は、受信パケットの挙動情報から、遅延の揺れ幅等の受信パケットの挙動情報を記憶しておき、その挙動情報に大きな変化が検出された場合、ネットワークモデルの再構築を行うことで、対象ネットワークの変化に追従できるためである。
【実施例１】
【００４６】
次に、具体的な実施例を用いて、本発明を実施するための最良の形態の動作を説明する。図８は、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態を含むパケット通信装置を用いて構成される映像・音声配信システムの構成例である。
【００４７】
図８の映像・音声配信システムは、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態を含むパケット通信装置である映像・音声配信端末１１００及び映像・音声配信端末１２００と、これらの端末を繋ぐネットワーク１０００で構成される。ここでは簡単のため、映像・音声配信端末１１００が映像・音声配信端末１２００に音声データを送信している状況を想定する。映像・音声配信端末１１００は、音声パケットを２０ミリ秒間隔で映像・音声配信端末１２００に送信し、映像・音声配信端末１２００は受信した音声パケットを再生する。この処理は、映像パケットについても同様に実施され、また、送受信の関係が逆転した場合でも同様に実施される。
【００４８】
映像・音声配信端末１２００は、受信した音声パケットの挙動情報を収集し、ネットワークのモデリングを行う。本実施例では、モデリング方法として、図９に挙げた隠れマルコフモデルを用いる。隠れマルコフモデルは、マルコフ過程に従って遷移する複数の内部状態と各内部状態における記号の出力確率分布から構成される確率モデルであり、本実施例におけるネットワークのモデリングにおいては、各内部状態から出力される記号として、遅延あるいはパケットロスを採用する。図１０及び図１１は、収集した音声パケットの挙動情報から生成した隠れマルコフモデルにおける状態遷移確率表及び記号出力確率表である。映像・音声配信端末１２００は、定期的あるいは任意のタイミングで、隠れマルコフモデルにおける状態遷移確率表及び記号出力確率表を更新することが可能である。
【００４９】
次に、映像・音声配信端末１２００は、実行可能な制御方式から考慮すべき品質劣化要因の抽出を行う。抽出される品質劣化要因としては、ジッタと呼ばれる受信パケットの遅延変動の揺れを吸収するジッタバッファ長を制御するためのジッタ変動の揺らぎ幅やパケットロスに対する耐性を高めるインターリーブ長を決定するための連続パケットロス数等がある。本実施例では、連続パケットロス数を対象として考える。映像・音声配信端末１２００は、連続パケットロス数が１個、２個、…と変化した場合に、それぞれの連続パケットロスが発生する確率を隠れマルコフモデルを用いて求める。隠れマルコフモデルを用いて、発生確率を求めるには、以下の２つの方法のいずれかを用いる。
【００５０】
一つ目は、図１０の状態遷移確率表及び図１１の記号出力確率表を用いて、解析的に求める方法である。具体的には、ある段階で内部状態Ａに滞在していると仮定した場合、パケットロスが発生する確率はＹ（Ａ，Ｌ）であり、次の時点でいずれかの状態、例えば、状態Ｂに遷移し、そこでパケットロスが発生する確率はＸ（Ａ，Ｂ）Ｙ（Ｂ，Ｌ）で求められる。このように各状態への遷移確率及び遷移先でのパケットロス発生確率を合算することで、２個パケットロスが続く場合の確率を計算することが可能となる。パケットロスが３回以上連続する場合も同様に解析的に求めることが可能である。
【００５１】
もう一つの方法として、図１０の状態遷移確率表及び図１１の記号出力確率表に従う隠れマルコフモデル及び乱数を用いて、連続するパケットの挙動をシミュレーションで多数求め、パケットロスが連続して発生する挙動の発生頻度から、その発生確率を求める方法である。これは一般的にはモンテカルロ法として知られている方法である。図１２は、このようにして求めた連続パケットロス数の発生確率及びその事象が音声の再生品質に与える影響として劣化値と対策優先度を計算した表となる。音声の再生品質に与える影響については、例えば、遅延やパケットロスの影響を考慮して、音声品質を数値的に表現するＥ−Ｍｏｄｅｌ等の評価式を用いて計算する。対策優先度については、本実施例では、発生確率と再生品質劣化値の乗算値とした。
【００５２】
映像・音声配信端末１２００は、図１２を用いて、制御方式及びその制御パラメータを計算する。例えば、対策優先度の上位２位までの品質劣化要因に対して、対策を採る場合、単発のパケットロス及び２個の連続パケットロスの影響を抑制するようにインターリーブ長として２を選択する。計算した制御方式並びにその制御パラメータは、映像・音声配信端末１２００から、映像・音声配信端末１１００に通知され、映像・音声配信端末１１００が配信制御に適用する、あるいは、映像・音声配信端末１２００が映像・音声配信端末１１００への配信制御に適用するといった形で利用される。
【実施例２】
【００５３】
図１３は、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態を含むパケット通信装置を用いて構成される映像・音声配信システムの構成例である。
【００５４】
図１３の映像・音声配信システムでは、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態を含むパケット通信装置である中継装置２２００及び２３００と、中継装置２２００及び２３００を介して、映像・音声配信を行う映像・音声配信端末２４００、２５００、２６００、２７００と、これらの端末を繋ぐネットワークで構成される。このネットワークは、中継装置２２００と映像・音声配信端末２４００及び２５００が属するネットワーク２０００と、中継装置２３００と映像・音声配信端末２６００及び２７００が属するネットワーク２１００で構成される。
【００５５】
ある時点で、ネットワークに接続されている映像・音声配信端末２４００と映像・音声配信端末２６００の間で映像・音声配信が行われていたとする。この場合、中継装置２２００は、映像・音声配信端末２４００から映像・音声配信端末２６００に向けて送信される映像及び音声のパケットを受信し、そのパケットを中継装置２３００に転送する。中継装置２３００は、転送されてきた映像・音声パケットを映像・音声配信端末２６００に転送する。映像・音声配信端末２６００から映像・音声配信端末２４００に向けて送信される映像・音声パケットは逆の処理が実施される。
【００５６】
中継装置２２００及び中継装置２３００は、パケットの転送処理を行うと同時に、その受信パケットの挙動情報を収集する。中継装置２２００は、第１の実施例で述べた場合と同様に、収集した受信パケットの挙動情報から、映像・音声配信端末２４００と中継装置２２００の間のネットワークと、中継装置２２００と中継装置２３００の間のネットワークという２つのネットワークに関して、ネットワークのモデル化、品質劣化要因の抽出、品質劣化要因の発生確率と品質劣化の影響度を加味した優先度設定を行い、制御方法及びその制御パラメータを計算し、計算結果を転送処理時の配信制御に適用する。また、計算結果を映像・音声配信端末２４００に通知する。中継装置２３００も同様に、映像・音声配信端末２６００と中継装置２３００の間のネットワークと、中継装置２３００と中継装置２２００の間のネットワークの２つのネットワークを対象に同様の処理を実施する。
【００５７】
次に、映像・音声配信端末２５００及び２７００が映像・音声配信を開始する。この際、中継装置２２００は、映像・音声配信端末２４００と映像・音声配信端末２５００が同一ネットワークに属しているため、共通のネットワークモデルが利用できると判断し、映像・音声配信端末２４００に通知した制御方法及び制御パラメータを映像・音声配信端末２５００に通知する。中継装置２３００も映像・音声配信端末２７００に対して同様の判断・処理を実施する。これにより、映像・音声配信端末２５００及び映像・音声配信端末２７００は映像・音声配信サービスを開始すると同時に適切な配信制御を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、映像・音声のようなリアルタイム性を要求されるデータ通信におけるパケット通信装置及びパケット通信方法並びにパケット通信プログラムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】インターリーブ方式によるパケット送信を示す図である。
【図２】インターリーブ方式におけるインターリーブ長について説明する図である。
【図３】第１及び第２の実施の形態における端末の接続構成図である。
【図４】第１の実施の形態のパケット通信装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態のパケット通信方法を示すフローチャート図である。
【図６】第２の実施の形態のパケット通信装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態のパケット通信方法を示すフローチャート図である。
【図８】第１の実施例における映像・音声配信システムの構成例を示すである。
【図９】ネットワークのモデリング手法である隠れマルコフモデルを説明する図である。
【図１０】隠れマルコフモデルにおける状態遷移確率表を示す図である。
【図１１】隠れマルコフモデルにおける記号出力確率表を示す図である。
【図１２】第１の実施例における品質劣化要因に対する対策優先度を示す図である。
【図１３】第２の実施例における映像・音声配信システムの構成例を示すである。
【符号の説明】
【００６０】
１１０  送信側端末
１１１、１２１  パケット通信装置
１１２、１２２  映像・音声配信アプリケーション
１２０  受信側端末
１３０  ネットワーク
１３１、１３２  経路
２００  パケット通信装置
２０１  ネットワークデータ収集部
２０２  ネットワークモデリング部
２０３  制御パラメータデータベース部
２０４  品質劣化要因抽出部
２０５  モデル解析／シミュレーション部
２０６  品質影響リスク評価部
２０７  制御パラメータ計算部
３００  パケット通信装置
３０１  ネットワークデータ収集部
３０２  モデル再構築判定部
３０３  ネットワークモデリング部
３０４  制御パラメータデータベース部
３０５  品質劣化要因抽出部
３０６  モデル解析／シミュレーション部
３０７  品質影響リスク評価部
３０８  制御パラメータ計算部
１０００  ネットワーク
１１００、１２００  映像・音声端末
２０００、２１００  ネットワーク
２２００、２３００  中継装置
２４００、２５００、２６００、２７００  映像・音声端末
【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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