JP2008193500A

JP2008193500A - データ送信装置及びデータ中継装置

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Publication number: JP2008193500A
Application number: JP2007026994A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nakagawa; 利之中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US20080187075A1; US7720067B2

Abstract

【課題】マルチキャストによる映像コンテンツの配信において、データ受信装置からマルチキャスト配信要求が行なわれた際に、Ｉフレームの先頭パケットからデータ転送を開始できるようにする。
【解決手段】動画像データを復号化時に他のフレームの情報が不要なＩフレームと、復号化時に他のフレームの情報が必要なＰフレームとを併用してフレーム単位の符号化する。そして、Ｉフレームの先頭パケットのマーカービット５０２を「１」に設定してマルチキャストパケットを送信する。また、マルチキャスト参加要求のあったデータ受信装置に対しては、パケットのマーカービット５０２の設定を参照して転送可能なパケットか否かを判定してパケットの複製及び転送を制御するようにして、データ受信装置側で、不要なフレームを復号して廃棄する必要をなくし、ＭＰＥＧ方式にて符号化された動画像マルチキャストストリーム再生を確実に実行できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明はデータ送信装置、データ中継装置、データ送信方法、データ中継方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に、マルチキャストパケットを送信、転送するために用いて好適な技術に関する。

近年、インターネットの環境は、ＡＤＳＬ（Asynchronous Digital Subscriber Line）やＦＴＴＨ（Fiber To The Home）等の普及によりブロードバンド化が進んでいる。さらに、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を始めとする様々なコンピューティングデバイスの処理能力も格段に向上している。

このような通信環境並びにデータ処理環境の性能向上を背景として、動画像や音声といったマルチメディアデータを、ネットワークを介してリアルタイムに配信するストリーミング技術が実用化されている。このようなストリーミング技術が実用化されたことにより、ユーザはライブメディアまたは記録済みメディアのブロードバンド放送を視聴したり、記録済みメディアをオンデマンド（on demand）で視聴したりすることができる。

このような映像コンテンツの配信には、ユニキャストやマルチキャストと呼ばれる通信方法が一般的に用いられる。ユニキャストとは、１対１で通信する技術であり、複数の通信相手にパケットを送信する場合は、データ送信装置側において、通信相手の数だけパケットを複製して送信する必要がある。

一方、マルチキャストとは、特定の多数の通信相手を対象に１つのパケットを送信するための技術である。マルチキャストによって送信されたパケットは、通信経路中の適切なデータ中継装置によって複製され、特定多数の通信相手である各データ受信装置に送信される。

マルチメディアデータ（特に、動画像データ）は、そのまま伝送するにはデータ量が多いため、通常は配信前に圧縮符号化される。そこで、画質の劣化を抑制しながら高圧縮率を実現するためにさまざまな検討が行われている。例えば、国際標準規格としてＩＳＯ（International Organization for Standardization）によって規格化されたＭＰＥＧ−２方式やＭＰＥＧ−４方式などが代表的な符号化技術として知られている。

これらのＭＰＥＧ−２方式やＭＰＥＧ−４方式などのＭＰＥＧ圧縮符号化方式においては、動画像データを構成する各フレームに予測符号化技術を適用するようにしている。ここで、適用される予測符号化の種類により、各フレームはＩフレーム、Ｐフレーム、またはＢフレームの３種類のいずれかに分類される。

前記３種類のフレームのうち、Ｉフレームはフレーム内符号化画像である。また、Ｐフレームは、符号化対象フレームより過去の画像フレームを用いたフレーム間順方向予測符号化画像である。さらに、Ｂフレームは、符号化対象フレームの過去と未来の画像フレームを用いたフレーム間双方向予測符号化画像である。なお、これらの３種類の符号化フレームのうち、他の画像フレームの情報を用いずに復号できるのはＩフレームのみである。

このようなフレームを用いた様々な技術が開示されている。例えば、特許文献１には、プレゼンテーション画面起動を早くするために、メインビデオストリームと代替ビデオストリームとを伝送し、代替ビデオストリームに同調させ、メインの次のＧＯＰが現れれば、メインビデオストリームに同調する手法が提案されている。また、特許文献２には、別のビデオチャネルに変更する際のビデオ提示の待ち時間を低減するために、各ビデオチャネルについて少なくとも１つの独立フレームを保持し、ユニキャスト通信を使用して要求元のクライアントに送信する手法が提案されている。

特開２００５−６３３９号公報特開２００５−１２４１９３号公報

マルチキャストによる映像コンテンツの配信では、通信経路上のデータ中継装置においてパケットが自動的に複製されて転送される。ところが、ＭＰＥＧ圧縮符号化方式により符号化された動画像データの場合、データ中継装置がデータ受信装置からマルチキャスト配信要求を受信した時刻において、データ送信装置から受信した先頭パケットがＩフレームの先頭パケットであるとは限らない。

前述のように、先頭パケットがＩフレームの先頭パケットではなかった場合には、ＰフレームやＢフレームのパケットから複製、及び転送が開始されてしまう。このため、データ受信装置側では、Ｉフレームの先頭パケットを受信するまでの間は、映像コンテンツを正常に復号したり、再生したりすることができない問題点があった。或いは、Ｉフレームの先頭パケットを受信するまでの間は、不要なＰフレームやＢフレームを復号して廃棄するという無駄な処理が行われてしまう問題点があった。

本発明は前述の問題点に鑑み、マルチキャストによる映像コンテンツの配信において、データ受信装置からマルチキャスト配信要求が行なわれた際に、Ｉフレームの先頭パケットからデータ転送を開始できるようにすることを目的としている。

本発明のデータ送信装置は、フレーム単位で構成された動画像データを符号化してマルチキャストパケットを生成して送信するデータ送信装置であって、前記動画像データをフレーム単位で符号化する時に、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式と、復号化する時に他のフレームの情報が必要な第２の符号化方式とを併用して前記動画像データを符号化する符号化手段と、前記符号化手段によって符号化された動画像データから前記マルチキャストパケットを生成するパケット生成手段と、前記パケット生成手段によって生成されたマルチキャストパケットを予め定められた宛先へ送信する送信手段とを有し、前記パケット生成手段は、前記符号化手段によって符号化された動画像データのうち、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットに、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであることを示す転送開始情報を記録して前記マルチキャストパケットを生成することを特徴とする。

本発明のデータ中継装置は、ネットワークを介して送信される動画像データのマルチキャストパケットを受信し、前記受信したマルチキャストパケットをネットワークを介して接続された受信装置に対して転送するデータ中継装置であって、前記受信したマルチキャストパケットを、前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するように制御する通信制御手段と、前記受信したマルチキャストパケット、または前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するマルチキャストパケットを送受信データバッファに記憶する記憶手段と、前記受信装置からマルチキャスト参加要求を受信した時に、前記送受信データバッファに記憶されたマルチキャストパケットが転送開始可能であるか否かを判定する転送パケット判定手段とを有し、前記マルチキャスト参加要求を送信した受信装置に対して最初に転送するマルチキャストパケットが、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットになるように判定して、前記マルチキャストパケットを転送することを特徴とする。

本発明のデータ送信方法は、フレーム単位で構成された動画像データを符号化してマルチキャストパケットを生成して送信するデータ送信方法であって、前記動画像データをフレーム単位で符号化する時に、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式と、復号化する時に他のフレームの情報が必要な第２の符号化方式とを併用して前記動画像データを符号化する符号化工程と、前記符号化工程において符号化した動画像データから前記マルチキャストパケットを生成するパケット生成工程と、前記パケット生成工程において生成したマルチキャストパケットを予め定められた宛先へ送信する送信工程とを有し、前記パケット生成工程においては、前記符号化工程において符号化した動画像データのうち、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットに、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであることを示す転送開始情報を記録して前記マルチキャストパケットを生成することを特徴とする。

本発明のデータ中継方法は、ネットワークを介して送信される動画像データのマルチキャストパケットを受信し、前記受信したマルチキャストパケットをネットワークを介して接続された受信装置に対して転送するデータ中継方法であって、前記受信したマルチキャストパケットを前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するように制御する通信制御工程と、前記受信したマルチキャストパケット、または前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するマルチキャストパケットを送受信データバッファに記憶する記憶工程と、前記受信装置からマルチキャスト参加要求を受信した時に前記送受信データバッファに記憶されたマルチキャストパケットが転送開始可能であるか否かを判定する転送パケット判定工程とを有し、前記マルチキャスト参加要求を送信した受信装置に対して最初に転送するマルチキャストパケットが、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットになるように判定して、前記マルチキャストパケットを転送することを特徴とする。

本発明のプログラムは、フレーム単位で構成された動画像データを符号化してマルチキャストパケットを生成して送信するデータ送信方法の各工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記動画像データをフレーム単位で符号化する時に、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式と、復号化する時に他のフレームの情報が必要な第２の符号化方式とを併用して前記動画像データを符号化する符号化工程と、前記符号化工程において符号化した動画像データから前記マルチキャストパケットを生成するパケット生成工程と、前記パケット生成工程において生成したマルチキャストパケットを予め定められた宛先へ送信する送信工程とをコンピュータに実行させ、前記パケット生成工程においては、前記符号化工程において符号化した動画像データのうち、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットに、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであることを示す転送開始情報を記録して前記マルチキャストパケットを生成するようにコンピュータに実行させることを特徴とする。
また、本発明のプログラムの他の特徴とするところは、ネットワークを介して送信される動画像データのマルチキャストパケットを受信し、前記受信したマルチキャストパケットをネットワークを介して接続された受信装置に対して転送するデータ中継方法の各工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記受信したマルチキャストパケットを前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するように制御する通信制御工程と、前記受信したマルチキャストパケット、または前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するマルチキャストパケットを送受信データバッファに記憶する記憶工程と、前記受信装置からマルチキャスト参加要求を受信した時に前記送受信データバッファに記憶されたマルチキャストパケットが転送開始可能であるか否かを判定する転送パケット判定工程とをコンピュータに実行させ、前記マルチキャスト参加要求を送信した受信装置に対して最初に転送するマルチキャストパケットが、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットになるように判定して、前記マルチキャストパケットを転送するようにコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明の記録媒体は、前記の何れかに記載のプログラムを記録したことを特徴とする。

本発明によれば、復号化する時に復号化するパケットが、他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであるか否かを示す転送開始情報を前記先頭パケットに記録するようにした。これにより、マルチキャストによる映像コンテンツの配信において、Ｉフレームの先頭パケットからデータ転送を開始することができる。したがって、データ受信装置側において、最初にフレームを受信した直後から有効な復号化処理を確実に行うことが可能となる。これにより、不要なフレームを復号して廃棄する無駄が発生しないようにすることができ、例えば、ＭＰＥＧ方式にて符号化された動画像マルチキャストストリームの再生効率を向上させることができる。

（第１の実施形態）
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態において、データ送信装置、及びデータ中継装置を含むシステム全体の構成例を示す図である。
図１に示すように、データ送信装置１０１と複数のデータ受信装置との間で通信を行う場合（例えば、データ送信装置１０１と第１のデータ受信装置１０４、第２のデータ送信装置１０５と及び第３のデータ送信装置１０６との間でマルチキャストパケットの通信を行う場合）、ネットワークに接続された一方のデータ中継装置１０２、他方のデータ中継装置１０３を経由して、データ（パケット）の送受信が行われる。

データ送信装置１０１は、圧縮符号化した動画像データを一方のデータ中継装置１０２を介して予め定められた宛先へ送信する。第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６は、他方のデータ中継装置１０３を介してネットワークに接続されている。そして、第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６は、データ送信装置１０１により送信されたマルチキャストパケットを受信するために、マルチキャスト参加要求を他方のデータ中継装置１０３に対して送信する。他方のデータ中継装置１０３は、マルチキャスト参加要求のあったデータ受信装置に対して、マルチキャストパケットを複製して転送する。

図２は、本実施形態のデータ送信装置１０１の機能構成例を示すブロック図である。
図２に示すように、データ送信装置１０１は、動画像符号化部２０２と、パケット生成部２０３と、パケット送信部２０４とにより構成されている。図２において、２０５は各種ネットワークに代表される伝送路であり、本実施形態においては、動画像データのパケットを送信するネットワークである。

動画像符号化部２０２は、ビデオカメラやＷｅｂカメラ等の映像入力装置２０１から入力された動画像データをＭＰＥＧ−４方式により圧縮符号化する。動画像符号化部２０２において圧縮符号化された動画像データは、フレーム単位でパケット生成部２０３へ入力される。

図３は、本実施形態のデータ送信装置１０１におけるパケット生成部２０３によるマルチキャストパケットを生成する処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、パケット生成部２０３は、入力された動画像データのフレームをペイロード化する（ステップＳ３０１）。ここで動画像データの各フレームは、通常、通信ネットワークにおいて送信可能なデータの最大値であるＭＴＵサイズ、若しくはビデオパケットと呼ばれる単位で、複数に分割することによりペイロード化される。本実施形態では説明を簡単にするため、１つのフレームが１つのパケットのペイロードに格納されるものとして説明する。

次に、分割したフレームの各ペイロードがＩフレームの先頭パケットか否かを判断する（ステップＳ３０２）。ここで、ステップＳ３０１で１つのフレームが１つのパケットのペイロードとして格納される場合は、Ｉフレームであるか否かを判断することになる。

この判断の結果、Ｉフレームの先頭パケットである場合は、その先頭パケットに転送開始情報を記録する（ステップＳ３０３）。そして、マルチキャストパケットを生成して（ステップＳ３０４）、動画像データのフレームのパケット生成処理を終了する。一方、ステップＳ３０２の判断の結果、Ｉフレームの先頭パケットでない場合は、通常のマルチキャストパケットを生成して（ステップＳ３０４）、動画像データのフレームのパケット生成処理を終了する。

以上の処理により、パケット生成部２０３へ入力された動画像データの各フレームはパケット化され、生成されたマルチキャストパケットは、パケット送信部２０４により所定の宛先、すなわちマルチキャストアドレス、マルチキャストポート宛に送信される。

図４は、本実施形態のデータ送信装置１０１におけるパケット生成部２０３により生成されるＩＰパケットの構造を示す図である。
図４に示すように、ＩＰパケット４０１はヘッダ部分４０２と、ＩＰパケット４０１によって運ばれるデータ部分４０５との２つにより構成される。本実施形態においては、パケット生成部２０３によってペイロード分割された動画像データがデータ部分４０５に格納される。

また、ヘッダ部分４０２は、さらに固定長の部分４０３（先頭の２０バイト）と、オプション部分４０４との２つにより構成される。オプション部分４０４には、可変長の拡張情報が４バイト（３２ビット）単位で、最大４０バイトまで設定される。オプション部分４０４は、ＩＰパケットの送信に伴う様々な付加的な機能を実現するために利用される情報を記録する領域であり、本実施形態ではこのオプション部分４０４に転送開始情報が記録される。

図５は、図４に示すオプション部分４０４の詳細な構成例を示す図である。
プロファイル５０１は、オプション部分４０４に含まれる情報を識別するために使用される１６ビット幅のフィールドであり、本実施形態では転送開始情報が含まれることを示す「０ｘ０００１」を常に記録するものとする。

５０２はマーカービットであり、このマルチキャストパケットが転送開始可能なパケットならばこのマーカービット５０２を「１」に設定し、そうでない場合には「０」に設定する。また、ＲＦＵ（Reserved For Future Use）５０３は、将来の拡張用に１５ビット分空けられた領域である。

図６は、本実施形態における他方のデータ中継装置１０３の機能構成例を示すブロック図である。
図６に示すように、他方のデータ中継装置１０３は、通信インターフェース６０２、６０６と、送受信データバッファ６０３と、通信制御部６０４と、転送パケット判定部６０５とにより構成されている。なお、送受信データバッファ６０３には、図示しない記憶手段によって、送受信するデータが記憶される。

図６において、６０１及び６０７は各種ネットワークに代表される伝送路であり、本実施形態においては、動画像データ（マルチキャストパケット）を送受信するネットワークである。他方のデータ中継装置１０３が外部と通信を行う場合は、伝送路６０１、６０７に接続された通信インターフェース６０２、６０６を経由し、データの送受信を行う。また、送受信するデータは送受信データバッファ６０３において一時記憶され、データを送信するための通信経路やプロトコルは通信制御部６０４において制御される。

図７は、本実施形態において、データ送信装置１０１により送信されたマルチキャストパケットを、他方のデータ中継装置１０３が第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６へ転送する処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、他方のデータ中継装置１０３は、第１のデータ受信装置１０４からマルチキャスト参加要求を受信したか否かを判断する（ステップＳ７０１）。ＩＰｖ４ではマルチキャスト参加要求はＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol）のＪｏｉｎメッセージが使用される。ＩＧＭＰは、マルチキャストグループを管理するためのプロトコルである。通信制御部６０４は、マルチキャストグループごとに第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６からの参加、離脱メッセージを処理し、参加者が存在するインターフェースに対してマルチキャストパケットを送信する。

この判断の結果、マルチキャスト参加要求を受信していない場合は、受信するまで待機する。一方、ステップＳ７０１の判断の結果、マルチキャスト参加要求を受信した場合は、転送パケット判定部６０５は、データ送信装置１０１から受信した動画像パケット（マルチキャストパケット）を解析する（ステップＳ７０２）。次に、解析したパケットが転送開始パケットであるか否かを判断する（ステップＳ７０３）。ここでは、データ送信装置１０１によりヘッダ部分４０２のオプション部分４０４へ記録された情報から判断することが可能である。すなわち、図５に示すマーカービット５０２が「０」の場合は転送開始パケットではなく、「１」の場合は転送開始パケットであると判断することができる。

この判断の結果、転送開始パケットでない場合は、次に受信したマルチキャストパケットのヘッダ拡張情報を解析するためにステップＳ７０２へと処理を戻す。一方、ステップＳ７０３の判断の結果、転送開始パケットである場合は、当該パケットを複製し、マルチキャスト参加要求のあった第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６に対してマルチキャストパケットを転送する（ステップＳ７０４）。

次に、第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６からマルチキャスト離脱要求を受信したか否かを判断する（ステップＳ７０５）。この判断の結果、マルチキャスト離脱要求を受信していない場合は、マルチキャストパケットの転送を継続し、そのまま待機する。一方、ステップＳ７０５の判断の結果、マルチキャスト離脱要求を受信した場合は、マルチキャスト離脱要求を送信した第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６に対してマルチキャストパケットの転送を終了する。

図８は、本実施形態において、データ送信装置１０１から他方のデータ中継装置１０３へ送信されるマルチキャストパケットと、他方のデータ中継装置１０３から第１のデータ受信装置１０４、第３のデータ送信装置１０６へ転送されるマルチキャストパケットとの関係を示す図である。

８０７はデータ送信装置１０１により送信されるマルチキャストストリームを示している。時間経過に従って第１のパケット８０１から第２のパケット８０２、第３のパケット８０３の順に送信される。なお、本実施形態では説明を簡単にするため、１つのフレームが１つのパケットに格納されるものとする。第１のパケット８０１及び第５のパケット８０５はＩフレームから構成され、それ以外の第２のパケット８０２〜第４の８０４、第６のパケット８０６はＰフレームから構成されている。

他方のデータ中継装置１０３は、第１のデータ受信装置１０４からマルチキャスト参加要求８１０を受信すると、一方のデータ中継装置１０２を介してデータ送信装置１０１から送信されたマルチキャストパケットを第１のパケット８０１から順に複製する。そして、第１のデータ受信装置１０４へ転送する。このようにして、Ｉフレームから構成される第１のパケット８０１を受信したタイミングでマルチキャスト参加要求８１０のあった第１のデータ受信装置１０４へデータ送信装置１０１から送信されたマルチキャストパケットを即座に複製して転送する。第１のデータ受信装置１０４はマルチキャストストリーム８０８を受信し、動画像データを正しく復号、再生することが可能になる。

一方、他方のデータ中継装置１０３は、データ送信装置１０１から第３のパケット８０３を受信した時に第３のデータ受信装置１０６からマルチキャスト参加要求８１１を受信している。この場合、第３のパケット８０３、第４のパケット８０４はＰフレームから構成されるマルチキャストパケットであるため、第３のデータ受信装置１０６へパケットの複製、及び転送を行わない。そして、次にＩフレームから構成される第５のパケット８０５を最初に受信すると、第３のデータ受信装置１０６へ転送するパケットの複製を開始し、第３のデータ受信装置１０６に対して、第５のパケット８０５以降のパケットを順に送信する。このようにして、第３のデータ受信装置１０６は、マルチキャストストリーム８０９を受信して動画像データを正常に復号、再生することが可能になる。

以上のように、本実施形態のデータ送信装置１０１は、動画像データを復号化時に他のフレームの情報が不要なＩフレームと、復号化時に他のフレームの情報が必要なＰフレームとを併用してフレーム単位の符号化する。そして、Ｉフレームの先頭パケットのマーカービット５０２を「１」に設定してマルチキャストパケットを送信する。また、本実施形態の他方のデータ中継装置１０３は、マルチキャスト参加要求のあったデータ受信装置に対しては、パケットのマーカービット５０２の設定を参照して転送可能なパケットか否かを判断してパケットの複製及び転送を制御する。これにより、データ受信装置側でＭＰＥＧ方式にて符号化された動画像ストリームを確実に再生することができる。また不要なマルチキャストパケットの複製及び転送を行わないので、伝送路の帯域を有効に活用することもできる。

（第２の実施形態）
前述した第１の実施形態では、他方のデータ中継装置１０３は、マルチキャスト配信要求を受信した時刻より後に送信される次のＩフレームの先頭にあたるパケットから複製、及び転送を開始した。これに対して本実施形態では、直前のＩフレームの先頭パケットからデータ受信装置へ転送を開始する処理を行う。

図９は、本実施形態において、データ送信装置１０１より送信されるマルチキャストパケットと、データ中継装置９０１より第１のデータ受信装置１０４、第２のデータ送信装置１０５及び第３のデータ送信装置１０６へ転送されるマルチキャストパケットとの関係を示す図である。なお、図９に示すように、データ送信装置１０１から送信されるマルチキャストストリーム８０７、及びデータ中継装置９０１から第１のデータ受信装置１０４へ転送されるマルチキャストストリーム８０８は第１の実施形態と同じである。このため、同じ符号を付与している。また、本実施形態のデータ中継装置９０１の機能構成も第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

９０２は、データ中継装置９０１により第３のデータ受信装置１０６へ転送されるマルチキャストストリームである。マルチキャストストリーム９０２は、第３のデータ受信装置１０６から送信されたマルチキャスト参加要求８１１よりも時間的に前のＩフレームの第１のパケット８０１から順に転送される。本実施形態で示したデータ中継装置９０１の送受信データバッファ６０３には、直前のＩフレームのパケットから現時刻のパケットまでのフレーム群が最大でＧＯＶ（Group of Video Object Plane）単位で記録される。そして、過去のＧＯＶデータは廃棄される。ＧＯＶはＭＰＥＧ動画像のＩフレームから次のＩフレームの直前のフレームまでのフレーム群である。

そして、一時的に記憶した送受信データバッファ６０３中のマルチキャストパケットを解析し、直前のＩフレームの先頭パケットから第３のデータ受信装置１０６へ転送を開始する。これにより、全てのデータ受信装置における迅速な再生を実現するとともに、第１の実施形態の目的と同様に、符号化された動画像データのマルチキャストパケットをデータ受信装置で確実に再生できるように転送することができる。

（第３の実施形態）
前述した第２の実施形態では、データ中継装置９０１は、送受信データバッファ６０３に記録されている全ての動画像データのパケットを複製して、転送した。これに対して本実施形態では、マルチキャスト参加要求のあったデータ受信装置へ先頭のＩフレームのみを複製して、転送する処理を行う。

図１０は、本実施形態において、データ送信装置１０１により送信されるマルチキャストパケットと、データ中継装置１００１より第１のデータ受信装置１０４〜第３のデータ送信装置１０６へ転送されるマルチキャストパケットとの関係を示す図である。なお、図１０に示すように、データ送信装置１０１から送信されるマルチキャストストリーム、及びデータ中継装置１００１から第１のデータ受信装置１０４へ転送されるマルチキャストストリームは第２の実施形態と同じであるため、同じ符号を付与している。また、本実施形態のデータ中継装置１００１の機能構成も第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

１００２はデータ中継装置１００１より第３のデータ受信装置１０６へ転送されるマルチキャストストリームである。第３のデータ受信装置１０６から送信されたマルチキャスト参加要求８１１よりも時間的に前のＩフレームの第１のパケット８０１が転送される。そして、Ｐフレームから構成される第２のパケット８０２〜第４のパケット８０４は転送されず、後続のＩフレームから構成される第５のパケット８０５から順に転送されることになる。

本実施形態で示したデータ中継装置１００１によると、マルチキャスト参加要求８１１を送信した第３のデータ受信装置１０６へはパケット転送開始直後にはＩフレームのみが送信される。これにより、通信帯域の削減、データ受信装置における動画像の復号、再生に要する処理負荷の軽減を実現するとともに、符号化された動画像データのマルチキャストパケットをデータ受信装置で確実に再生できるように転送することができる。

（第４の実施形態）
前述した第２の実施形態では、データ中継装置９０１は、Ｉフレームから次のＩフレームまでの全てのパケットを記録した。これに対して本実施形態では、Ｉフレームのみを記録する。第２の実施形態におけるデータ中継装置９０１は、最大でＧＯＶ単位の動画像データを記録可能なメモリ量を必要とするため、利用可能なメモリ量が限られる場合、動画像のビットレートやフレームレートによっては、メモリ不足となる可能性がある。

本実施形態のデータ中継装置によると、送受信データバッファにはＩフレームのみを記録し、その結果、マルチキャスト参加要求のあったデータ受信装置へのパケット転送開始直後にはＩフレームのみが送信される。これにより、データ中継装置におけるメモリ使用量の削減、通信帯域の削減、データ受信装置における動画像の復号、再生に要する処理負荷の軽減を実現する。さらに、第２の実施形態の目的と同様に、符号化された動画像データのマルチキャストパケットをデータ受信装置で確実に再生できるように転送することができる。

（第５の実施形態）
前述した第１の実施形態では、他方のデータ中継装置１０３は、データ送信装置１０１によってパケットヘッダに記録された情報を解析して、データ受信装置へ転送する転送開始パケットを判定した。これに対して本実施形態では、パケットのペイロードデータを解析することにより、データ受信装置への転送開始パケットを判定する。

本実施形態のデータ中継装置によると、パケットのペイロードデータを解析してＩフレームの先頭パケットであるか否かを判断する。これにより、パケットヘッダのオプションフィールドを利用しない通常のデータ送信装置から送信されたマルチキャストパケットについても、符号化された動画像データのマルチキャストパケットをデータ受信装置で確実に再生できるように転送することができる。

（本発明に係る他の実施形態）
前述の実施形態では、データ送信装置１０１が動画像データの符号化処理を行う機能を有していたが、動画像符号化部２０２とデータ送信装置１０１とが別々の装置であってもよい。また、前述の実施形態では、説明を簡単にするため２つのデータ受信装置から送信されたマルチキャスト参加要求を受信するものとして説明したが、データ受信装置は２つ以上の複数の装置であってもよい。

なお、前述の実施形態では、動画像データの符号化方式としてＭＰＥＧ−４方式を用い、符号化動画像データ通信のネットワークプロトコルとしてＩＰを用いた。しかし、動画像データの符号化方式としては、ＭＰＥＧ−４方式に限らず、例えばＭＰＥＧ−２方式やＨ．２６４方式など、フレーム内予測符号化方式とフレーム間予測符号化方式とを併用する符号化方式を用いることができる。より広義には、復号化時に他のフレームの情報が不要な符号化方式と、復号化時に他のフレームの情報が必要な符号化方式とを併用してフレーム単位の符号化を行う動画像データの符号化方式を用いることができる。また、ネットワークプロトコルについても、ＩＰに限らず他のネットワークプロトコルを用いることが可能である。

また、前述の実施形態は、システム或いは装置のコンピュータ（或いはＣＰＵ、ＭＰＵ等）によりソフトウェア的に実現することも可能である。したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるコンピュータプログラム自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。

この場合、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラムは、記録媒体または有線／無線通信によりコンピュータに供給される。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、ＭＯ、ＣＤ、ＤＶＤ等の光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリなどがある。

有線／無線通信を用いたプログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバを利用する方法がある。この場合、本発明を形成するコンピュータプログラムとなりうるデータファイル（プログラムデータファイル）をサーバに記憶しておく。プログラムデータファイルとしては、実行形式のものであっても、ソースコードであってもよい。

そして、このサーバにアクセスしたクライアントコンピュータに、プログラムデータファイルをダウンロードすることによって供給する。この場合、プログラムデータファイルを複数のセグメントファイルに分割し、セグメントファイルを異なるサーバに分散して配置することも可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムデータファイルをクライアントコンピュータに提供するサーバ装置も本発明に含む。

また、本発明のコンピュータプログラムを暗号化して格納した記録媒体をユーザに配布し、所定の条件を満たしたユーザに、暗号化を解く鍵情報を供給し、ユーザの有するコンピュータへのインストールを可能とすることも可能である。鍵情報は例えばインターネットを介してホームページからダウンロードさせることによって供給することができる。

また、コンピュータにより実施形態の機能を実現するためのコンピュータプログラムが、実施形態の機能を、すでにコンピュータ上で稼働するＯＳの機能を利用して実現しても良い。さらに、本発明を構成するコンピュータプログラムの少なくとも一部が、コンピュータに装着される拡張ボード等のファームウェアとして提供され、拡張ボード等が備えるＣＰＵを利用して前述の実施形態の機能を実現してもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の第１の実施形態に係るデータ送信装置、データ中継装置を含むシステム全体の構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるデータ送信装置の機能構成例を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態のパケット生成部によるパケット生成処理手順の一例を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態におけるデータ送信装置により送信されるＩＰパケットの詳細構造を示す図である。図４に示すＩＰパケット中の拡張情報の構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるデータ中継装置の機能構成例を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態のデータ中継装置によるマルチキャストパケットの転送処理手順の一例を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態に係るデータ送信装置より送信されるマルチキャストパケットと、データ中継装置より受信装置へ転送されるマルチキャストパケットとの関係を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置より送信されるマルチキャストパケットと、データ中継装置より受信装置へ転送されるマルチキャストパケットの関係を示す図である。本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置より送信されるマルチキャストパケットと、データ中継装置より受信装置へ転送されるマルチキャストパケットとの関係を示す図である。

符号の説明

１０１データ送信装置
１０２一方のデータ中継装置
１０３他方のデータ中継装置
１０４第１の受信装置
１０５第２の受信装置
１０６第３の受信装置
２０１映像入力装置
２０２動画像符号化部
２０３パケット生成部
２０４パケット送信部
２０５伝送路
６０１伝送路
６０２通信Ｉ／Ｆ
６０３送受信データバッファ
６０４通信制御部
６０５転送パケット判定部
６０６通信Ｉ／Ｆ
６０７伝送路

Claims

フレーム単位で構成された動画像データを符号化してマルチキャストパケットを生成して送信するデータ送信装置であって、
前記動画像データをフレーム単位で符号化する時に、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式と、復号化する時に他のフレームの情報が必要な第２の符号化方式とを併用して前記動画像データを符号化する符号化手段と、
前記符号化手段によって符号化された動画像データから前記マルチキャストパケットを生成するパケット生成手段と、
前記パケット生成手段によって生成されたマルチキャストパケットを予め定められた宛先へ送信する送信手段とを有し、
前記パケット生成手段は、前記符号化手段によって符号化された動画像データのうち、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットに、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであることを示す転送開始情報を記録して前記マルチキャストパケットを生成することを特徴とするデータ送信装置。
前記パケット生成手段は、前記マルチキャストパケットのヘッダ領域に前記転送開始情報を記録することを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
前記パケット生成手段は、パケットヘッダのオプション部分に前記転送開始情報を記録することを特徴とする請求項２に記載のデータ送信装置。
ネットワークを介して送信される動画像データのマルチキャストパケットを受信し、前記受信したマルチキャストパケットをネットワークを介して接続された受信装置に対して転送するデータ中継装置であって、
前記受信したマルチキャストパケットを、前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するように制御する通信制御手段と、
前記受信したマルチキャストパケット、または前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するマルチキャストパケットを送受信データバッファに記憶する記憶手段と、
前記受信装置からマルチキャスト参加要求を受信した時に、前記送受信データバッファに記憶されたマルチキャストパケットが転送開始可能であるか否かを判定する転送パケット判定手段とを有し、
前記マルチキャスト参加要求を送信した受信装置に対して最初に転送するマルチキャストパケットが、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットになるように判定して、前記マルチキャストパケットを転送することを特徴とするデータ中継装置。
前記転送パケット判定手段は、前記マルチキャストパケットに記録された転送開始情報に基づいて、前記最初に転送するマルチキャストパケットを判定することを特徴とする請求項４に記載のデータ中継装置。
前記転送パケット判定手段は、前記マルチキャストパケットのペイロードデータを解析し、前記第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットであるか否かに基づいて、前記最初に転送するマルチキャストパケットを判定することを特徴とする請求項４に記載のデータ中継装置。
フレーム単位で構成された動画像データを符号化してマルチキャストパケットを生成して送信するデータ送信方法であって、
前記動画像データをフレーム単位で符号化する時に、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式と、復号化する時に他のフレームの情報が必要な第２の符号化方式とを併用して前記動画像データを符号化する符号化工程と、
前記符号化工程において符号化した動画像データから前記マルチキャストパケットを生成するパケット生成工程と、
前記パケット生成工程において生成したマルチキャストパケットを予め定められた宛先へ送信する送信工程とを有し、
前記パケット生成工程においては、前記符号化工程において符号化した動画像データのうち、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットに、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであることを示す転送開始情報を記録して前記マルチキャストパケットを生成することを特徴とするデータ送信方法。
ネットワークを介して送信される動画像データのマルチキャストパケットを受信し、前記受信したマルチキャストパケットをネットワークを介して接続された受信装置に対して転送するデータ中継方法であって、
前記受信したマルチキャストパケットを前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するように制御する通信制御工程と、
前記受信したマルチキャストパケット、または前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するマルチキャストパケットを送受信データバッファに記憶する記憶工程と、
前記受信装置からマルチキャスト参加要求を受信した時に前記送受信データバッファに記憶されたマルチキャストパケットが転送開始可能であるか否かを判定する転送パケット判定工程とを有し、
前記マルチキャスト参加要求を送信した受信装置に対して最初に転送するマルチキャストパケットが、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットになるように判定して、前記マルチキャストパケットを転送することを特徴とするデータ中継方法。
フレーム単位で構成された動画像データを符号化してマルチキャストパケットを生成して送信するデータ送信方法の各工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記動画像データをフレーム単位で符号化する時に、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式と、復号化する時に他のフレームの情報が必要な第２の符号化方式とを併用して前記動画像データを符号化する符号化工程と、
前記符号化工程において符号化した動画像データから前記マルチキャストパケットを生成するパケット生成工程と、
前記パケット生成工程において生成したマルチキャストパケットを予め定められた宛先へ送信する送信工程とをコンピュータに実行させ、
前記パケット生成工程においては、前記符号化工程において符号化した動画像データのうち、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットに、前記第１の符号化方式を用いて符号化されたフレームの先頭パケットであることを示す転送開始情報を記録して前記マルチキャストパケットを生成するようにコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
ネットワークを介して送信される動画像データのマルチキャストパケットを受信し、前記受信したマルチキャストパケットをネットワークを介して接続された受信装置に対して転送するデータ中継方法の各工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記受信したマルチキャストパケットを前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するように制御する通信制御工程と、
前記受信したマルチキャストパケット、または前記マルチキャストを要求している受信装置へ転送するマルチキャストパケットを送受信データバッファに記憶する記憶工程と、
前記受信装置からマルチキャスト参加要求を受信した時に前記送受信データバッファに記憶されたマルチキャストパケットが転送開始可能であるか否かを判定する転送パケット判定工程とをコンピュータに実行させ、
前記マルチキャスト参加要求を送信した受信装置に対して最初に転送するマルチキャストパケットが、復号化する時に他のフレームの情報が不要な第１の符号化方式で符号化されたフレームの先頭パケットになるように判定して、前記マルチキャストパケットを転送するようにコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
請求項９または１０に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。