伝送特性に応じた 適応型映像・音声配信機構の構築

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1 伝送特性に応じた 適応型映像・音声配信機構の構築
2003年度 卒業論文中間発表 伝送特性に応じた 適応型映像・音声配信機構の構築 三島 和宏 KG: STREAM 親: uhyoさん　サブ親: irinoさん

2 背景 通信ネットワークの広帯域化 インターネットを介した映像・音声配信の普及と高品質化 ストリーミング（個人レベル、企業レベル） 教育利用
イベントなど

3 問題意識 映像・音声のインターネットを介した配信 リアルタイム性の必要な映像・音声配信はUDPによるものがほとんど
再送制御なし 輻輳制御無し アプリケーション側での配信制御が必要 伝送路品質に動的に対応して品質制御できない パケットロスによる映像・音声の乱れ

4 既存の手法 TCP Friendly ECN TCPとの親和性
nonTCPコネクションの得るスループットが同一バス上のTCPコネクションと同じであるかそれ以下であること ECN 中間ルータを利用した輻輳検知 輻輳状態になったら、パケットにマークを付け受信側でそれを確認し、送信側に輻輳を伝える 中間ルータを必要とする

5 本研究における解決手法 パケットロスとパケット到達時間の揺らぎ（ジッタ）などの伝送特性に基づいたネットワークの輻輳の予測
ネットワークの状態をエンドノードのみで予測 予測に基づいた映像・音声配信の送出品質制御

6 ジッタによるネットワーク状態の把握 先行パケットがない場合 ネットワークが空いている状態

7 ジッタによるネットワーク状態の把握 先行パケットがある場合 ネットワークが混雑している状態 パケットが到達する までにジッタが発生

8 本研究の想定する環境 配信機構にはDVTSを利用 送信側と受信側の１対１ DVフォーマット 相互ノード間でのRTCPを用いた情報の交換
DV stream RTCP Sender Receiver 配信機構にはDVTSを利用 DVフォーマット フレーム内圧縮 送信側と受信側の１対１ 相互ノード間でのRTCPを用いた情報の交換

9 RTCP (RTP Control Protocol)
パケットタイプ SR(Sender Report) 送信者の送信統計のためのレポート RR(Receiver Report) 受信者の受信統計のためのレポート SDES CNAMEを含むソース記述 BYE 送信の終了(Good Bye) APP アプリケーション定義 今回は特にここを利用

10 RTCP SR/RRパケット パケットロス 到達間ジッタ V P RC PT(SR or RR) length SSRC of sender
NTP timestamp RTP timestamp sender’s packet count パケットロス sender’s octet count SSRC_n fraction lost cumulative number of packets lost extended highest sequence number received interarrival jitter last SR (LSR) 到達間ジッタ delay since last SR (DLSR)

11 設計（全体概要） 送信側 受信側 RTCP SRを送信、RTCP RRを受信 RTCP RRにより得られる情報から輻輳状態を予測
DV stream RTCP SR RTCP RR Sender Receiver 送信側 RTCP SRを送信、RTCP RRを受信 RTCP RRにより得られる情報から輻輳状態を予測 輻輳状態に応じた送出フレームレートの調整 受信側 RTCP SRを受信、RTCP RRを送信 RTPパケットの破棄率および到達時間の揺らぎを計測

12 動作概要(1/3) 初期観測 ネットワークの基準状態を観測 初期観測後は、一つ前の状態を基準とする 送出フレームレート パケットロスの結果
ジッタの結果 初期観測後は、一つ前の状態を基準とする

13 動作概要(2/3) 状態観測・輻輳検知 送信ノードでの送出レート調整 RTCPを用いた情報交換 判定 パケットロスによる判定
ジッタによる判定 それぞれにしきい値を設定し、それを越えた場合にフレームレートをパケットロスやジッタなどの取得情報を基に決定 送信ノードでの送出レート調整

14 動作概要(3/3) t I0 In Rn In+1 Rn+1 In+2 Rn+2 j,l j,l j,l j,l j I0 Rn l In
Sender Node Receiver Node SR j ：ジッタ I0 ：初期観測 Rn ：送出レート （ｊ,ｌをもとにしたフレームレート） RR l ：ロス In ：観測間隔

15 課題 ジッターの計測精度 フレームレート決定アルゴリズム DVTSのフレームレート RTCPでのタイムスタンプ以上に精度を必要とするかどうか
ジッタとパケットロスの状況から実際にフレームレートを決定する手法 DVTSのフレームレート フレームレートの変更の粒度 音声冗長化なども考慮した使用帯域

16 実装方針 RedHat Linux 9.0 (Kernel 2.4.20) C言語 dvts-1.0aをもとに実装
RTCP部分の実装（interarrival jitter部分などの実装が必要） ジッタ観測とレートコントロール部分の実装　など 時間に応じてWindows版へのマージ RTCPに関する実装なし フレームレート設定項目もなし

17 評価方針 定性的評価 定量的評価 映像や音声に乱れがなく通信が行えるか レートの変化が連続して起こらないか 本機構利用時の使用帯域幅の変化
レート変化が連続的に起こると受信側では品質が劣化したように観測される 定量的評価 本機構利用時の使用帯域幅の変化 本機構を利用した場合と使用しない場合の比較