説明

ネットワークジッターを測定するメディアレートを検出する方法

【課題】 DFを判断する方法及び装置を改良する。
【解決手段】 本発明では、ネットワーク性能を測定する方法及び装置を提供する。ネットワーク22で送信機24によって送信された符号化データの1ストリームのパケット21が受信される。1ストリームのパケット21は、送信機24にローカルなクロックからの送信タイムスタンプを有する(n+1)個のパケットを含み、ここでnは1以上の整数である。(n+1)番目の送信タイムスタンプ及びn番目の送信タイムスタンプが判断される。(n+1)番目及びn番目の送信タイムスタンプに基づいて値が計算される。この値は、測定インターバル中にパケットを記憶するのに必要な仮想バッファのサイズに対応する。また、値はネットワークの性能測定を判断するために使用される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ネットワーク性能を測定する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ディジタルマルチメディアコンテンツ(例えば、ビデオ及び/又はオーディオデータ)は、通信ネットワーク上を確実かつタイムリーな方法でエンドユーザーにトランスポートされなければならない。ストリーミングビデオサービス(例えば、インターネットプロトコルテレビ(IPTV)、ビデオ会議、ビデオオンデマンドなど)は遅延、ジッター又はデータ損失に対して特に敏感であり、これはすべて、エンドユーザーの経験の品質に悪影響を与えることがある。通常、ディジタルマルチメディアコンテンツは、ネットワークでの送信前に符号化される。Moving Pictures Expert Group(MPEG−2)基準のパート1(システム)は、ブロードキャストチャネルやインターネットプロトコルネットワークなどのわずかに不確実な媒体上でマルチメディアコンテンツを符号化及びトランスポートするトランスポートストリーム(TS)を定義する。トランスポートストリームは、これらのペイロードでビデオやオーディオデータを搬送するパケットからなる。TSパケットは受信及び復号化されて、オリジナルマルチメディアコンテンツを再構築する。トランスポートストリームプロトコルはまた国際基準ISO/IEC13818−1で特定されている。
【0003】
ディジタルマルチメディアコンテンツを搬送するネットワークの性能を判断することは、このようなネットワークの良好な設計及び動作に対して重要な要素である。ネットワーク性能の測定は、Media Delivery Index(MDI)として知られている。MDIは2つのコンポーネント、遅延係数(DF)及びメディア損失レート(MLR)を有する。MDIは、コロンによって分離された2つの番号、DF:MLRとして表される。
【0004】
MDIのDFコンポーネントは、各ネットワークパケットの終点において観察される、メディアデータの到着とメディアデータのドレインとの間の最大差である。DFはパケットジッターを表している。高い値のDFは、パケットジッターの効果を最小化するためにより大きなバッファ経路が必要とされることを示している。DFを計算するために、ストリームの受信パケットをバッファリングするために使用される仮想バッファVBについて考える。パケットPi(ここでi>0)が測定インターバル中に到着するたびに、2つのVB値、VB(i,pre)及びVB(i,post)を以下のように計算する。
【数1】

【数2】

ここで、Sjは測定インターバル中のj番目のパケットのメディアペイロードサイズであり、Tiは、前の測定インターバルにおいて最後に受信されたパケットに対する、又は最初の測定インターバルの場合には最初のパケットに対する到着時間である。MRは秒当たりのバイト単位の名目メディアレートである。VB(i,pre)はPiの到着直前の仮想バッファサイズであり、VB(i,post)はPiの到着直後の仮想バッファサイズである。この計算は、各測定インターバルの開始時に、VB(0,post)=VB(0,pre)=0及びVB(1,pre)=−MR・T1の初期条件に付される。測定インターバルは名目期間中の最終パケットの到着直後から、次の名目期間の最終パケットの到着直後まで定義される。測定インターバルの長さは任意であり、アプリケーション間で変化することもあるが、通常は1秒と選択される。
【0005】
名目メディアレートは可変的であっても一定であってもよい。一定のビットレート(CBR)がある場合、メディアストリームの送信は、ビットレベルで一定であると定義される。可変的なビットレート(VBR)がある場合、レートは変化することができるが、詳細な説明で定義されているように区分的に一定であると定義される。従来技術のDFはCBRの場合についてのみ定義されている。
【0006】
DFは、VBの最大値と最小値との間の差を発見することによって以下のように測定インターバルごとに1回計算される。
【数3】

最大値及び最小値は、i=0での初期条件によって導入されるゼロを含む。
【0007】
MLRは秒当たりの損失又は破損パケット数として定義される。
【0008】
MDI、DF及びMLR測定に関するさらなる情報については、以下の出版物、April 2006 by the Internet Engineering Task Force as IETF RFC 4445で発行され、かつ以下のURL:http://www.rfc−editor.org/rfc/rfc4445.txtで見られる「A Proposed Media Delivery Index(MDI)」by J.Welch and J.Clarkと、Agilent Technologies on August 30,2006によって発行され、かつ以下のURL:http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989−5088EN.pdfで見られる白書「IPTV QoE:Understanding and Interpreting MDI Values」を参照する。
【0009】
DFを計算する際の障害はメディアレートMRの判断である。使用する1つの値は、(「基本ストリームレート」とも称される)埋め込みメディアレートであり、これは、TSパケットがMPEG−2符号器によって作成されるプログラム基本ストリーム(PES)において低レベルで符号化される。埋め込みメディアレートは、ビデオ又はオーディオデータのみを表すのに必要な単位時間当たりのビット数である。しかしながら、これらの低レベル符号化から埋め込みメディアレートを抽出するために相当な処理が必要とされ、受信TSパケットは、メディアレートがPESから抽出可能になる前に、PESを再構築するためにまず復号器によって復号化されなければならない。このプロセスは複雑であり、かなりのハードウェア及びソフトウェアリソースを必要とする。さらに、スケーラブルな方法でこれを実行するためには、テスト機器が、数百の同時ビデオチャネルでPESストリームを解析しなければならず、これはIPTVネットワークでは一般的である。加えて、埋め込みメディアレートは正しいメディアレートの正確な表示ではないが、これは、ペイロードを送信するのに必要とされる必要MPEGトランスポートオーバーヘッドを含まないためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
解決しようとする問題点は、DFを判断する方法及び装置を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、ネットワークを通じて送信機によって送信された符号化データの1ストリームのパケットを受信するステップであって、前記1ストリームのパケットが、前記送信機にローカルなクロックからの送信タイムスタンプを有する(n+1)個のパケットを含み、nは1以上の整数である、ステップと、(n+1)番目の送信タイムスタンプを判断するステップと、n番目の送信タイムスタンプを判断するステップと、前記(n+1)番目及び前記n番目の送信タイムスタンプに基づいて値を計算するステップであって、前記値は、測定インターバル中に前記パケットを記憶するために必要な仮想バッファのサイズに対応している、ステップと、前記ネットワークの性能測定を判断するために前記値を使用するステップとを含む、方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は、ネットワーク22でトランスポートパケットストリーム21を送信するためのシステムのブロック図を示している。トランスポートパケットストリームは、ISO/IEC 13818−1MPEG−2基準に従って符号化されたトランスポートストリーム(TS)パケットからなる。送信機24はISO/IEC 13818−1MPEG−2基準に従ってプログラムクロックリファレンス(PCR)タイムスタンプを選択TSパケットに挿入し、トランスポートパケットストリーム21をネットワーク22で受信機26に送信する。可変的ビットレート(VBR)送信について、ストリームレートは連続PCR間で一定であると定義される。後述のように、DFの計算は、TSパケットに既に含まれているこれらのPCRタイムスタンプを使用することによって簡略化可能である。
【0013】
図2は、N個のTSパケットを有するトランスポートパケットストリーム21の分解図を示している。(ネットワーク22がインターネットプロトコル(IP)ネットワークである場合、7個のTSパケット23が普通、送信用イーサネット(登録商標)フレームに共にグルーピングされる点に注目すべきである)各TSパケット23はヘッダー25及びペイロード27を有する。図2のヘッダー25は適合フィールド29を含有するが、このフィールドは任意である。プログラムクロックリファレンス31(PCR)が適合フィールド29内にあり、これは、パケットが送信される時点で挿入される送信機24におけるMPEG−2符号器内のシステムクロックからのタイムスタンプである。PCR31は48ビット長であり、2つのセクションからなる。第1のセクションは33ビット幅であり、90kHzクロックを含む。第2のセクションは9ビット幅であり、27MHzクロックである。残りの6ビットは予備である。
【0014】
PCR31は受信機26によって回復され、またトランスポートストリーム層内の2つの他のタイムスタンプ:復号タイムスタンプ(DTS)及びプレゼンテーションタイムスタンプ(PTS)の基準として使用される。DTS及びPTSはそれぞれ、パケットが復号化及び表示されるべきタイムインスタンスを特定する。PCR31は、DTS及びPTSがこれを基準ベースとして使用するため必要なフィールドであり、PCR31なしでは、TSパケット23は適切な時間で復号化不可能であった。MPEG−2基準は、(PCR31はそれほど頻繁に含まれないが)PCR31が100ミリ秒ごとに少なくとも1回提供されることを必要とするが、すべてのTSパケット23がPCR31を含む必要はない。基準はまた、PCRの値が、実際のスケジュール済み送信時間の500ナノ秒以内まで正確であることを必要とする。
【0015】
図3は、受信機26に到着する際のタイムライン35に対する例示的トランスポートパケットストリーム33のプロットを示している。図面は、n番目のPCRを担持するパケットの時間Tiでの到着と、次のPCRを含有するTSパケットの到着までの総数kn個の後続パケットとを示しており、ここでi、k及びnは1以上の整数である。上述のように、7個のTSパケット23は通常、インターネットプロトコルネットワークで送信するためにイーサネット(登録商標)フレームに共にグルーピングされるため、TSパケットは普通、一度に7個のパケットのグループにまとめられて到着する。しかしながら、特定の実行だけでなく一般化するために、TSパケットは、イーサネット(登録商標)フレームなしの連続ストリームで到着するものとして図3に示されている。
【0016】
各パケットiの関数X(i,pre)及びX(i,post)を以下のように定義する。
【数4】

次いでDFは以下のように表されることが可能である。
【数5】

【0017】
次にn番目と(n+1)番目のPCR担持パケット間のインターバルについて考える。図3に示されているように、knをこのインターバルのパケット数とする。i>1について、Δtiをi番目と(i−1)番目のパケットの到着間の時間と定義すると、X(i,pre)は漸化式を満たす。
【数6】

X(1,pre)=−T1に着目する。
また、
【数7】

である。
【0018】
データストリームがCBRである場合、以下の偏差は、式(7)が正確なDFの計算であることを示すために使用可能である。まず、式(4)は読者の便宜のために以下反復される。
【数8】

【0019】
VB(i,pre)項について式(1)で減算した後は以下の通りである。
【数9】

【0020】
次いで、式(9)の右辺の加算項は、j=i−1の場合を引き出すために展開される。
【数10】

ここでΔtiは、i番目と(i−1)番目のパケットの到着間の時間である。
【数11】

項は、(i−1)番目のTSパケットを送信するための送信機について予想される時間量であり、これは連続PCRタイムスタンプ間の差と、PCRタイムスタンプ間で送信されたパケット数との比に等しい。従って、
【数12】

である。
【0021】
式(12)の
【数13】

に等しい項を式(11)に代入すると、式(7)が得られる。
【数14】

【0022】
VBRは区分CBRであるため、明確かつ当然に定義された方法においてVBRであるデータストリームに式(7)が一般化することに着目する。CBRの場合の偏差とは異なり、この一般化はRFC4445のDFのオリジナル定義から導出不可能である。
【0023】
本質的に、従来技術のDFの式におけるパケットサイズSj及びメディアレートMRは、パケット到着間の予想時間を使用して表されることが可能であり、これは以下の式から計算可能である。
【数15】

【0024】
値knは、損失がないとするとパケットをカウントすることによって、あるいは何らかのカプセル化で使用可能なパケットのシーケンス番号を比較することによって取得可能である。MDI測定のMLRコンポーネントは、パケット損失が生じる場合、MLRはDF測定の正確さ及び有効性の判断を考慮すべきであることを示している。
【0025】
式(7)及び式(8)は、2つのPCRタイムスタンプ間の差、パケットカウントkn及びパケット到着間の経過時間Δtiのみを使用して計算される。従来技術のDF計算式で必要とされるようなパケットサイズの判断は全く必要ない。PCR値kn及びΔtiはまた、PESを再構築して埋め込みメディアレートを抽出する際に伴う難点と比較して、TSパケットストリームから抽出することは比較的容易である。従って、式(7)及び式(8)は従来技術の方法より簡単な代替例である。
【0026】
さらに、この方法はプロトコル要件のオーバーヘッドを含み、かつマルチメディアデータの正しいトランスポートレートを反映するため、式(7)及び式(8)の使用はネットワーク性能のより正確な測定をもたらす。また、これらの計算は、所定の固定メディアレート(例えば、埋め込みメディアレート)ではなく実際のメディアレートに左右されるため、式(7)及び式(8)は一定のビットレート送信及び可変的ビットレート送信の両方に対して有効である。
【0027】
開示されている実施形態は、ストリーム内のすべての基本ストリーム(ES)が共通の基準時間を共有する場合、Multiple Program Transport Stream(MPTS)に拡張可能である。
【0028】
図4は、ネットワークのDFを計算するためのシステム41のブロック図である。システム41は、図1に示されている受信機26の一部である。システム41は、TSパケット解析器43と、ローカルクロック45と、ストリーム識別子47と、プロセッサ49と、メモリ51とを含む。
【0029】
TSパケット解析器43は、到着TSパケットストリーム33を解析してPCRを含有するTSパケットを識別し、かつPCRを抽出する。TSパケット解析器43はまた、例えば、内部カウンタを使用することによって、あるいは何らかのカプセル化で使用可能なパケットのシーケンス番号を比較することによって到着TSパケットをカウントする。プロセッサ49は、抽出PCR及びパケットカウントをTSパケット解析器43から受信する。ローカルクロック45はTSパケットの到着のローカル時間を判断して、到着タイムスタンプを各TSパケットと関連付ける。ストリーム識別子47は、TSパケットがいずれのビデオストリームに属しているかを識別し、これはIPTVなどのマルチストリームアプリケーションにおいて必要である。プロセッサ49は到着タイムスタンプをローカルクロック45から受信し、これらを記憶する。プロセッサ49は識別ビデオストリームをストリーム識別子47から受信して、PCR及び到着タイムスタンプがいずれのビデオストリームに対応するかを判断する。ローカルメモリ51は到着タイムスタンプ及びPCRを記憶するために使用される。
【0030】
プロセッサ49は、到着パケットiごとに式(7)に従ってX(i,pre)を、式(8)に従ってX(i,post)を計算し、結果をメモリ51に記憶する。プロセッサ49はまた各測定インターバル中の最大値X(i,post)及び最小値X(i,pre)を判断し、次いで式(6)に従ってDFを計算する。
【0031】
図5は、遅延係数を計算するための方法のフローチャートを示している。ステップ63において、測定インターバルが開始する。ステップ65において、パケットiが受信されて、この到着タイムスタンプが記憶される。ステップ67において、PCRについてパケットが検証される。もし1つも存在しない場合、次のパケットが処理される。PCRが存在すれば、ステップ69においてPCRは抽出されて、メモリに記憶される。ステップ71において、これが受信されている最初のPCRであるか否かがチェックされる。
式(7)及び式(8)の
【数16】

項を計算するために、少なくとも2つのPCRが受信されていなければならない。
これが最初のPCRである場合、次のパケットが処理される。これが最初のPCRでない場合、ステップ73において式(13)が計算される。ステップ75において、式(7)及び式(8)が記憶済みの到着タイムスタンプを使用して計算されて、X(i,pre)及びX(i,post)の値を取得する。ステップ77において、到着タイムスタンプがクリアされる。ステップ79において、ステップ75の計算の最小値及び最大値が判断される。これが測定インターバルの終了でなければ、ステップ85において、測定インターバルのこのポイントまでの最大値X(i,post)及び最小値X(i,pre)が記憶されて、処理が継続する。そうでなければ、ステップ83においてDFが計算されて報告される。
【0032】
一実施形態では、項
【数17】

は一度最初に計算されることが可能であり、また測定インターバルを通して一定値として使用可能である。これは、データストリームが測定インターバルのCBRである場合に実行可能であり、計算をさらに簡略化する。各パケットが到着すると、式(7)及び式(8)からのX(i,pre)及びX(i,post)は、式(13)の一定値及びパケット到着間時間Δtiを使用して簡単に計算可能である。同じ測定インターバル内に到着するパケットの任意の他のPCR値は無視されてもよい。
【0033】
一実施形態では、式(7)及び式(8)はまた、計算がより簡単な、DF’と記されるDFの粗バージョンを定義するために使用可能である。パケットごとの到着間時間を検証するのではなく、PCR担持パケットの到着間時間のみが考慮される。従って、式(7)及び式(8)は
【数18】

及び
【数19】

に簡略化し、ここでT’nは、前の測定インターバルにおける最終PCR担持パケットに対する、又は最初の測定インターバルの場合の最初のPCR担持パケットに対するPCRnを担持するパケットの到着時間である。そして
X’(0,pre)=X’(0,post)
X’(1,pre)=−T’1
DF’は
【数20】

と表される。kn及び関連除算はこの測定には必要ないことに着目する。これらの式は、2つのPCRタイムスタンプ間の差、及びそれらのタイムスタンプを搬送するTSパケットの受信間の経過時間のみを必要とする。式(14)及び式(15)は完全DF計算と全く同じ結果をリターンしないのに対して、これらは良好な近似を提供する。PCR31は100ミリ秒当たり1回挿入されるだけでよいので、値X(n,pre)及びX(n,post)はこの大きさのエラー項を有することに着目すべきである。
【0034】
本発明は特定の実施形態を参照して詳述されてきたが、本発明が関連する当業者は、種々の修正及び改良が請求項の精神及び範囲から逸脱することなくなされてもよいことを理解する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】ネットワークを通じてトランスポートパケットストリームを送信するシステムのブロック図である。
【図2】N個のトランスポートストリームパケットを有する例示的なトランスポートパケットストリームの分解図である。
【図3】受信機に到着する際のタイムラインに対する例示的なトランスポートパケットストリームのプロットである。
【図4】ネットワークの遅延係数を計算するシステムのブロック図である。
【図5】遅延係数を計算する方法のフローチャートを示す。
【符号の説明】
【0036】
22 ネットワーク
24 送信機
26 受信機

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ネットワークを通じて送信機によって送信された符号化データの1ストリームのパケットを受信するステップであって、前記1ストリームのパケットが、前記送信機にローカルなクロックからの送信タイムスタンプを有する(n+1)個のパケットを含み、nは1以上の整数である、ステップと、
(n+1)番目の送信タイムスタンプを判断するステップと、
n番目の送信タイムスタンプを判断するステップと、
前記(n+1)番目及び前記n番目の送信タイムスタンプに基づいて値を計算するステップであって、前記値は、測定インターバル中に前記パケットを記憶するために必要な仮想バッファのサイズに対応している、ステップと、
前記ネットワークの性能測定を判断するために前記値を使用するステップと
を含む、方法。
【請求項2】
前記性能測定が、Media Delivery Index(MDI)の遅延係数(DF)として使用される請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記送信タイムスタンプが、国際基準ISO/IEC 13818−1に従ったプログラムクロックリファレンスである請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記(n+1)番目及び前記n番目の送信タイムスタンプに基づいて値を計算するステップが、前記(n+1)番目と前記n番目との送信タイムスタンプ間の第1の差を判断するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記(n+1)番目及び前記n番目の送信タイムスタンプに基づいて値を計算するステップが、
前記n番目の送信タイムスタンプから前記(n+1)番目の送信タイムスタンプまでのパケットカウントを判断するステップと、
前記第1の差と前記パケットカウントとの比を判断するステップと、
前記比に基づいて第1の係数を計算するステップであって、前記第1の係数は、選択パケットの到着直前の前記仮想バッファのサイズに対応する、ステップと、
前記比に基づいて第2の係数を計算するステップであって、前記第2の係数は、前記選択パケットの到着直後の前記仮想バッファのサイズに対応する、ステップと
をさらに含む請求項4に記載の方法。
【請求項6】
送信タイムスタンプを有するパケットが前記測定インターバル内に到着するたびに、受信されたパケットごとに前記第1及び第2の係数を計算するステップと、
前記測定インターバル内の最小の第1の係数を判断するステップと、
前記測定インターバル内の最大の第2の係数を判断するステップと、
前記最小の第1の係数と前記最大の第2の係数との間の第2の差を判断するステップと、
前記ネットワークの前記性能測定として前記第2の差を使用するステップと
をさらに含む請求項5に記載の方法。
【請求項7】
前記第1の係数を計算するステップがさらに、前記選択パケットの受信と、前記選択パケットの前のパケットの受信との間の第1の到着時間差に基づく請求項5に記載の方法。
【請求項8】
前記比が測定インターバル内において1回判断されて、前記第1及び第2の係数を計算する際に複数回使用される請求項5に記載の方法。
【請求項9】
(n−1)番目の送信タイムスタンプを判断するステップと、
前記(n−1)番目の送信タイムスタンプ及び前記n番目の送信タイムスタンプに基づいて第2の値を計算するステップと、
前記ネットワークの前記性能測定を判断するため、前記第2の値を使用するステップと
をさらに含む請求項1に記載の方法。
【請求項10】
第2の値を計算するステップがさらに、前記(n+1)番目の送信タイムスタンプを担持する前記パケットの受信と、前記n番目の送信タイムスタンプを担持する前記パケットの受信との間の第2の到着時間差を判断するステップに基づいている請求項9に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−199606(P2008−199606A)
【公開日】平成20年8月28日(2008.8.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−20429(P2008−20429)
【出願日】平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願人】(399117121)アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】AGILENT TECHNOLOGIES, INC.
【Fターム(参考)】