FIT2004（第3回情報科学技術フォーラム）J-003
双方向映像通信 MPEG-2 ソフト ウェア CODEC 向き低遅延 FEC の一検討
A study on low delay FEC for video communication using MPEG-2 software CODEC
大西 隆之
Takayuki Onishi

1

岩崎 裕江
Hiroe Iwasaki

長沼 次郎
Jiro Naganuma

はじめに

八島 由幸
Yoshiyuki Yashima

れた従来の方式では，ピクチャ境界における FEC 演算

TV 電話に代表される双方向型映像通信アプリケーショの待ち合わせによって生じる送出遅延が避けられない．

ンにおいては，パケットの再送による遅延増加を避ける

この問題に対処するため，各ピクチャの符号化で発生ため，パケット ロスの回復手法とし て FEC（ Forward

した情報パケット数に応じて（ n,k ）パラメータを可変

Error Correcton ）が多く使用され る．本稿では，ピ クとして FEC 演算を行い，ピ クチャ境界と FEC 演算ユチャフレーム単位の発生符号量およびピクチャ種別に応ニットの境界を一致させる．これにより，双方向通信用

じて FEC 演算パラ メータを可変とする低遅延 FEC 処コーデックに FEC 機能を組み合わせた場合でも，各ピ理方式についての考察を行い，PC 向けの MPEG-2 双方クチャ周期でネットワーク送出を完結することが可能と向映像通信コーデックへ実装してその効果を確認する．

なる．

23（ n,k ）可変 FEC 符号化

伝送特性解析

100Mbps ベストエフォートの FTTH インターネット

IP ネットワークを対象とした FEC 演算処理の典型例
を図 1 に示す．映像の符号化情報が格納された k 個の情接続を使用して，双方向通信用コーデックのパケットロ報パケットに対して，垂直方向に（ n,k ）ブロック符号化

ス特性を測定した．測定の結果，1 以上のパケットがロを行い，n-k 個の FEC パケットを生成する [1]．

スしたピ クチャを抽出したヒストグラムを図 3 に示す．

従来のエンコーダでは平滑化バッファを経由した CBR

右 x 軸はピクチャ1 枚あたりの送出パケット数，左 y 軸（ Constant Bit Rate ）出力が前提となっているため，FECはピクチャ1 枚あたりのパケットロス数，縦 z 軸が発生符号化を一定の間隔で処理しネットワークへ送出するこ回数である．とができる．これに対し，低遅延性を重視した双方向通

ピクチャ1 枚あたりの送出パケット数によらず，I ピク

信用コーデック [2] では，ビットストリームの平滑化をチャでは 1〜3 パケットのロス，B ピクチャでは 1〜2 パ行わず，各ピクチャで発生した符号化情報を各ピクチャケットのロスが，ピクチャロス事象全体の 90%以上を占周期（ 1/30 秒）以内にネットワークへ送出する．例としめていることが読み取れる．したがって，各ピクチャでて表 1 に示すパラメータでコーデックを動作させた場合，1〜3 パケットのロスを回復可能な FEC パケットの付加

ピクチャ1 枚あたりの発生パケット数は図 2 に示すようが効果的と考えられる．

な広い範囲に分布するため，（ n,k ）パラメータが固定さ4損失回復シミュレーション
前項の測定で取得したパケットロスパターンを使用し，0…

符号化情報
入力

2

RS および XOR（パリティ）符号化を使用した場合の損情報パケット失回復効果をシミュレートした．図 4 にピクチャ種別ご情報シンボル

1との結果を示す．横軸はピクチャ1 枚あたりに付加する

k-1

FEC パケット数，縦軸が回復不能なピクチャ数である．
付加した FEC パケットと同数のロスを回復可能な RS

ネットワーク出力
FEC演算…
n-1

検査シンボルk

表 1: 双方向通信用リアルタイム MPEG-2
ソフトウェアコーデック
FECパケット

画像サイズ
フレームレート
ビットレート
パケットサイズ
伝送遅延
GOP 構成図 1: FEC 符号化
日本電信電話株式会社 NTT サイバースペース研究所
NTT Cyber Space Laboratories, NTT Corporation

205

VGA（ 640x480pixels ）30fps
平均 8Mbps
3078 バイト（ UDP/IP ）5 ピクチャフレーム（ 165ms ）N=3, M=3（ IBBIBBIBB... ）FIT2004（第3回情報科学技術フォーラム）0.25

Reed-Solomon
XOR+interleave
XOR

400
I-pic

0.2

icp 300depp
or 200D

icp 300depp
or 200D0.1

100

1000.05

0B-pic

0.15
iotar

000

1020
pkts/pic

30

12
FEC packets/pic

Reed-Solomon
XOR+interleave
XOR

400

30012
FEC packets/pic

3I ピクチャB ピクチャ
図 4: パケットロス回復シミュレーション

図 2: ピクチャ1 枚あたり発生パケット数分布

表 2: 実験条件

num of pic

CPU
メモリ
OS
伝送時間

504030Pentium4 3.0GHz
1GbytesWindows XP
10 分間20

表 3: 実験結果

100510num of loss pkts 15102025 35302520515pkts/pic

ネット

A（ a ）I ピクチャネット

num of pic

B70FEC
機能FEC 復号
実行回数

I ピクチャ
ロス数

B ピクチャ
ロス数

ONOFF

192-

889

730ON
OFF

235-

3119

1275

605040を 1/10 程度に低減することができ，デコーダ側のフレー3020

ムスキップを抑えて滑らかな映像再生が可能となった．

100

本稿で述べた（ n,k ）可変の FEC 符号化により，RS55
num of loss pkts1015

符号化およびパケット化を含めてピクチャ周期単位の処pkts/pic

10 20理が可能となったため，FEC による遅延の増加はほぼ 1（ b ）B ピクチャピクチャ周期（ 33msec ）以内に抑えられている．

図 3: パケットロス分布6
符号化は最も良好な性能を示すとともに，バーストロス対策としてインタリーブを行った XOR 符号化も RS に迫る効率を示している．

5

おわりに
本稿では，ピクチャフレーム単位の発生符号量が変動する低遅延型の双方向映像通信コーデックに対して，ピクチャフレーム単位の発生符号量およびピクチャ種別に応じて（ n,k ）を可変とする FEC 符号化方式を適用し ，実装と実験結果
前述の低遅延 FEC 方式の効果を確認するため，双方その効果を確認した．

向映像通信 MPEG-2 コーデックに FEC 演算機能を実装

今後，発生符号量およびピ クチャ種別に応じた FECした．I, B ピ クチャともに RS 符号化を使用し ，I ピ ク符号化方式および（ n,k ）パラメータの適応的選択方式

チャは 1 枚あたり 3 つ，B ピクチャは 2 つの FEC パケッ

について検討を進め，FTTH インターネット接続環境下トを付加する構成とした．

での映像受信品質の向上を目指す予定である．

前述の FTTH インターネット接続（ ネット A ）および異なる ISP を経由した接続（ネット B ）において，表2 の条件下で双方向の映像伝送を行い，損失の回復効果を測定した．実験結果を表 3 に示す．I ピクチャ，B ピク
チャともに，FEC 機能を ON にすることでピクチャロス

206

参考文献

[1] 大塚, 西村, 相原, 前田 :“FEC を用いた MPEG2 over IP シス
テムの開発と評価”, 情処研究報告, 分散システム／インターネッ
ト運用技術, No.024-008, pp.43-48, 2001.
[2] 岩崎, 長沼, 遠藤, 八島 :“IP ネットワークを用いた双方向通信用リアルタイム MPEG-2 ソフトウェアコーデック”, 信学論 Vol.
J87-D-I, No. 1, pp.42–50, 2004.