インターネットにおける TCP協調型のDV転送技術 通信総合研究所 杉浦一徳 慶應義塾大学政策メディア研究科 小川晃通 通信総合研究所 中川晋一 慶應義塾大学 中村 修 慶應義塾大学 村井 純 発表概要 • インターネット協調型の、DV(デジタルビデオ) 技術を用いた映像・音声配送技術の実現 – バーストトラフィックの解決 – ネットワークにおけるジッタの軽減 • ネットワーク空間の共有 – 協調制御 – TCPとの協調 • 本発表のDV Over IP デモンストレーション 次:研究の背景と目的 本研究の背景と目的 • インターネットにおける映像・音声の配送 – 実時間性が必要 ネットワーク上では厄介者 • TCPは再送、輻輳制御を自立的にしてしまう • TCPは利用困難 – 既存アプリケーションは、UDPを用いた輻輳制御機 構のないパケット送出 • ネットワークで混雑に対して無関心 • 混雑の要因要素 • 映像・音声データはトラフィック量が多い • 他通信と協調した映像・音声配送機構の実現 次:DVTSについて DVTS （Digital Video Transport System） • • • • デジタルビデオIP 転送システム DV(Digital Video) UDPを使用 RTPを使用 次:DVTSの動作 DV Transport System 全体像 Consumer DV Camera Consumer DV Deck IEEE1394 Cable IEEE1394 Cable Internet DV→Internet PC Internet →DV PC DV Transport System 全体像 Consumer DV Camera Consumer DV Deck IEEE1394 Cable IEEE1394 Cable Internet DV→Internet PC Internet →DV PC 次:DVTSのトラフィック DV Transport System 全体像 Consumer DV Camera Consumer DV Deck IEEE1394 Cable IEEE1394 Cable Internet DV→Internet PC Internet →DV PC DVTSでの送信トラフィック • DVTSにおける 占有ネットワーク帯域 30Mbps • 常時３０Mbpsの帯域を確保するのは困難 – 画像の間引きによる利用帯域の削減 – 音声の間引き処理 • コミュニケーションの重要な要素 音声の途切れ = コミュニケーションが成り立たない • 占有帯域削減に対する効率と，変換コスト – 画像の間引き手法 • コマ落とし、フレーム削減(フレーム飛ばし) 次:フレーム間引き DVTS における 画像フレームの間引き • 画像間引きなし • 画像間引き率 1/2 • 画像間引き率 1/3 音声を含む DV パケット 音声を含まない DV パケット DVフレーム 映像データ 音声データ 次:利用帯域 画像間引き率と帯域 （計算値） 10Mbps以下 Full Rate Audio : 2.64 MBps Full Rate Video : 27.58Mbps 10 9 Video 画像 音声 Audio 1/ 画像間引き率 1/ 8 1/ 7 1/ 6 1/ 5 1/ 4 1/ 3 1/ 2 5Mbps以下 1/ fu ll （Mbps) 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 3．56Mbps(1fps) 次:デモンストレーション パケット間引きにおける デモンストレーション • 画像間引きにおけるデモンストレーション CRL 阪大 Panasonic NV-DJ100 IEEE1394 Ethernet Switch ルータ Intel:Celeron 466MHz PC 128MB, PhotoDV IEEE1394 100BaseTX Ethernet RTT=21[ms] ルータ 次:バーストトラフィック 画像フレーム間引きにおける バーストトラフィック • 定期的にバーストトラフィックが発生する – 画像フレームの送信、非送信の連続 パケット数 • １／４の画像間引き率におけるトラフィック （計算値） 300 250 200 150 100 50 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 DVフレーム 21 23 25 27 29 次:パケットの破棄 バーストトラフィックによる パケットの破棄 ルータ 破棄 音声パケット 映像パケット パケットキュー 次:バーストトラフィックの解決 バーストトラフィック の解決方針 • バースティパケットフローの平滑化 – シェーピング，フローコントロール • 音声・画像パケットの分離 – 画像と音声を個別に扱う • 音声パケットに対する優先制御 – 音声ジッタの解決 次:シェーピング 送信ホストによるシェーピング （バーストトラフィックの抑制） 送信ホスト アプリケーション 次:音声パケットのジッタ 画像データのバーストトラフィック による音声データのジッタ 送信ホスト 音声パケット 画像パケット アプリケーション 音声パケットが 待たされる 次:音声・映像の分離 トラフィックの分離による解決 送信ホスト 音声パケット 画像パケット アプリケーション 音声queue 画像queue 音声パケットは 優先される 次:ジッタの実証実験 音声ジッタの実証実験 • 様々な条件で音声データに対するジッタを 測定 音声と映像を分離して DV stream 音声に対して優先制御 100Mbps sender 1 / 7 の画像間引き率で 送信 大きなqueue ここの帯域を 100 10 Mbps Mbps 変更して測定 ルータ receiver Audio packet Video packet 次:100Mbpsにおける実験 従来方式（１００Mbps） • １００Mbps環境での音声データのジッタ – 十分大きなネットワーク帯域 – 良好な音声 usec 音声データの間隔が ６ｍｓを超えると音声が途切れる sequence 次:10Mbps実験 従来方式（１０Mbps） • １０Mbps環境での音声データのジッタ usec – 音声の定期的な途切れ 画像データの送信による 遅れ 定期的に 大きな遅延が発生 sequence 次:10Mbps+CBQ 提案方式（１０Mbps with CBQ） • １０Mbps環境で送信者が音声に対して優 先制御したときの音声データのジッタ usec 音声の遅れが 優先制御をしない場合に 比べ小さい sequence 次:結論1 音声ジッタ実証実験による結論 • 音声に対するジッタを解決した – 映像によるバーストトラフィックの解決 • 音声ジッタの発生 – 映像・音声分離による音声ジッタの解決 次:協調制御 協調的輻輳制御機構 協調的輻輳制御機構の必要性 • インターネットでのネットワーク帯域 – 動的にネットワークの消費帯域は変化する – ネットワーク帯域に応じた動的な対応 • TCPには輻輳制御機構がある – インターネットのトラフィックの大部分はTCP – TCPは動的にネットワークに適応する • 映像のリアルタイム通信は主にUDPを使用 – UDPには輻輳制御機構がない 次:TCP+UDPは犬猿の仲 TCP＋UDP トラフィック TCP sender 送信量 TCP packet UDP packet 輻輳 UDP sender 送信量 TCP＋UDP トラフィック TCP sender 送信量 TCP packet UDP packet 輻輳 UDP sender 送信量 TCP＋UDP トラフィック TCP sender 送信量 輻輳回避のため、 送信量を減少 UDP sender 送信量 TCP packet UDP packet TCP＋UDP トラフィック TCP sender 送信量 輻輳回避のため、 送信量を減少 UDP sender TCP packet UDP packet 輻輳制御機構がないので、 送信量はそのまま 送信量 TCP＋UDP トラフィック TCP sender 送信量 輻輳回避のため、 送信量を減少 UDP sender TCP packet UDP packet 輻輳制御機構がないので、 送信量はそのまま 送信量 次:輻輳制御機構 DVTSの動的輻輳制御機構 • RTCPを使用して受信者から送信者へ パケットロスに関する情報を渡す – 送信者はTCP以上に帯域を使っていたら画像 間引き率を下げる • TCPの使いうる最大帯域の式（by S.Floyd） – TCP friendly traffic T : トラフィック量 B : パケットサイズ p : パケットロス率 R : RTT 次:動的レート調整の実験 動的レート調整実証実験 • DVTS+DVTSトラフィックの協調 – ホストA→ホストC – ホストB→ホストD DVTS送信 A DVTS トラフィック DVTS トラフィック Router 1 DVTS（２）送信終了 DVTS（２）送信開始 B (a) 10Mbps C Router 2 D 次:画像間引き率グラフ DVTS+DVTS（自動調整） • 送信者からの送信画像間引き率の推移 – 最適な送信レートを維持 DVTSトラフィック １ DVTSトラフィック ２ トラフィックが増えると 画像間引き率が減少 トラフィックが減ると 画像間引き率を復活 （実測値） DVTS＋DVTS（トラフィック量） • DVTS２個目が開始されると一つ目の DVTSはトラフィック量を減らす DVTSトラフィック １ DVTSトラフィック ２ それぞれ 同様の帯域を使用 DVTS２開始 帯域使用量を復活 TCPとDVTSトラフィックとの協調 • TCP＋DVTSの協調 – DVTS ： ホストA→ホストD – FTP1 ： ホストB→ホストE – FTP2 ： ホストC→ホストF DVTS 送信 A DVTS トラフィック FTP1 送信 Router 1 B (a) D Router 2 FTP2 送信 10Mbps C FTPトラフィック×２ E F TCP＋DVTS（画像間引き率） • 新しいトラフィックが開始されると送信のた めの画像間引き率が減らされる DVTSトラフィック １ FTPトラフィックが増加すると 画像間引き率を減少させて 適応した TCP＋DVTS（トラフィック量） • DV＋FTP＋FTP FTP1開始 DVTSトラフィック FTPトラフィック １ FTPトラフィック ２ FTP2開始 最終的に同様の帯域を共有 結論 • 自動的に送信量を調節する、映像・音声の 転送方式を実現した – バーストトラフィックを解決した • トラフィックの平滑化 • 音声と画像の分離 – 動的輻輳制御機構を開発した • パケットロスの軽減 • 他トラフィックとの協調 • TCP親和性が高い – 実証実験としてDV/RTPを実現した Additional Information • STREAM WG http://www.sfc.wide.ad.jp/~uhyo/html/japan/STREAM • 配布 http://www.sfc.wide.ad.jp/DVTS/ 今後の流れ(1) Dvview for X Windows 今後の流れ(2) • ストリームメディア変換システム • メディアストレージジューク • ローカルエリアネットワークによる運用
© Copyright 2024 ExpyDoc
