内容梗概
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複数の映像マルチキャストストリームの動的優先度に基づく受信帯域制御方式


本稿では、内容の異なる複数映像データストリームを同時に伝送する際に、送信者からの映像の動的優先度に基づき各映像データストリームに帯域を割り当て、安定した受信を行うための受信帯域制御方式を提案する。

近年、ネットワーク技術の発展によって、テキストデータ等の少量のデータのみでなく、映像情報などの大量のデータを高速に伝送が可能な広帯域のネットワーク環境の整備が進んでいる。また、連続的な映像情報を符号化し、ネットワークを介して複数のユーザにリアルタイムに伝送するための新たなデータ配信手法であるストリーミング技術の研究開発がさかんに行われており、製品化されているものも少なくない。

ところが、今日のインターネットでは、ユーザが使用できる帯域は経由する回線によって大きく異なり、また常に一定の帯域を使用できる保証はない。従って、大量の映像データストリームを単一の帯域で全ての受信者に向けて送出するだけでは、ネットワーク帯域の点からは、全ての受信者にとって最適なデータ伝送になるとは限らない。

そこで、各受信者の使用可能な帯域に最適な伝送帯域で別々に送信する方法があるが、送信者側での複数の伝送帯域への符号化及びデータの複製にかかる負荷が増大する。

また、冗長なデータが同一回線を通ることによる帯域の浪費をマルチキャストを用いて減らす方法がある。この方法では、受信者の帯域毎にマルチキャストグループを形成し、送信者はその帯域に最適な伝送帯域で送信する。しかし、複数の伝送帯域への符号化にかかる冗長度が残る。

これらの問題を解決するために、送信者は符号化した映像を複数の階層的な関係を持つセグメントに分割し、各セグメントを別々のマルチキャストチャンネルで送出する方法がある。受信者は、復号に用いる階層数を増減することで使用可能な帯域に対し受信する帯域を調整することができ階層数に応じた品質の映像を見ることができる。こうすることで冗長度の低い受信を行うことができる。この際の受信者側の制御方法としてReceiver-driven Layered Multicast(RLM)がある。RLMでは、受信者は初め最下層のみの受信から開始し、時間をおきながら順に受信する階層を増やす。階層を増やしたことでネットワークが混雑しパケットロスを観測した場合は、最上層を切り捨てることで最適な帯域での受信を実現する。

ところで、遠隔会議などの実際の利用においては、一種類だけでなく複数種類の映像データストリームを同時にネットワークに流す形態も今後必要になると予想される。このような形態のストリーム伝送に、RLMを適用した場合、各受信者の受信帯域制御が独立に行われるため、ボトルネックリンクにおける帯域割り当てが安定せず、受信者は安定した受信を行うことができない。また、全ての映像の品質を良くすることは帯域的に難しいことから、重要性の低い映像の品質を下げることで重要な映像の品質を上げることが考えられる。

そこで本稿では、RLMをベースとし、送信者側から映像毎の品質を提示するための優先度を新たに設けることで各受信者の受信帯域制御間に関連性を持たせた受信帯域制御方式を提案する。この制御方式では、優先度の高い映像データストリームを1つ設定し、受信者は最適な階層まで受信する。優先度の低い他の映像データストリームの受信者は最下層の受信のみに制限する。この制限により、低優先度の映像データストリームの伝送帯域は一定であり、各受信者の優先度の高い映像データストリームに対する帯域制御に影響を及ぼすことはなく、高優先度の映像データストリームにより多くの帯域を割り当てることができる。また、動的な優先度の変更にも対応する。優先度の変更の際には、変更前に優先度の高い映像データストリームを受信していた受信者に対し、変更後に優先度の高い映像データストリームに受信を切換える方式と、変更後も同じ映像データストリームを受信する方式の2つを用意する。前者の方式では、デコーダが少ない受信者でも重要な映像を見続けることができる。また、優先度の低い映像データストリームのトラフィックを回線から除くことができる。

本手法の有効性を示すために、複数の映像データストリームに対してRLMによる制御と、本手法による制御について比較実験を行った。その結果、優先度の高い映像データストリームに対し常により多くの帯域を割り当てることができ、安定した受信が行えることが示された。また、優先度の変更後も、常に優先度の高い映像データストリームに対して多くの帯域を割り当てることができ、映像の品質を向上できることが示された。


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