JP6885351B2 - 品質予測装置、品質予測方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、品質予測装置、品質予測方法及びプログラムに関する。

通信に関連したサービス事業者は、提供サービスの体感品質を高めるために、通信品質を予測して、適切な制御を行うことが重要である。映像配信サービスでは、通信速度（スループット）が低い環境において配信ビットレートが大きい高画質の映像データを受信（ダウンロード）しながら再生すると、データ未達により途中で再生が止まる（再生中断）事象が生じるため、配信ビットレートが小さい低画質の映像データをダウンロードする方が、体感品質は高まる。また、スループットが高い環境においては、再生中断しない範囲で、より高画質の映像データをダウンロードした方が、体感品質が高まる。

そこで、映像配信において、通信環境に適した配信ビットレートを動的に選択及び切り替えることが可能なＡＢＲ（Adaptive Bitrate Selection）方式が普及している。ＡＢＲ方式を制御する方法として、映像を再生するクライアント端末が、視聴中にダウンロードした映像データのスループットやバッファ占有量を実測して、次のダウンロードにおけるスループットを予測し、配信ビットレートを決定する技術が存在する（非特許文献１）。

他方において、何らかの都合により、クライアント端末がアクセス先とする配信サーバが映像データの途中で切り替わる場合が有り、このような状況は、ＡＢＲ方式の適用中でも発生しうる。

T. C. Thang, Q.-D. Ho, J. W. Kang, and A. T. Pham, "Adaptive streaming of audiovisual content using MPEG DASH," IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 58, no. 1, pp. 78-85, Feb. 2012.

しかしながら、ＡＢＲでは、配信サーバの切り替えにより明確にスループットが変化する状況においても、変化後のスループットやバッファ占有量を実測してから予測を行うため、適切な配信ビットレートを選択するまでに時間を要する。そのため、スループットが低く変化する状況で配信ビットレートの大きいデータを取得すると再生中断が生じる可能性があり、体感品質が低下するという不都合が生じる。また、スループットが高く変化する状況で配信ビットレートの小さいデータを取得し続けると体感品質が上がらないという不都合が生じる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、映像データの配信に関するスループットの効率的な予測を可能とすることを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、品質予測装置は、複数の映像配信サーバから映像データを分割して取得する端末から、前記端末のアクセス回線の第１のスループットを取得する第１の取得部と、前記端末が映像データを取得予定の映像配信サーバが接続するコアネットワークの第２のスループットを取得する第２の取得部と、前記第１のスループットと前記第２のスループットとのうち小さい方を、前記取得予定の映像データに関するスループットの予測値として選択する予測部と、を有する。

映像データの配信に関するスループットの効率的な予測を可能とすることができる。

第１の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。 第１の実施の形態における品質予測サーバ１０のハードウェア構成例を示す図である。 第１の実施の形態における機能構成例を示す図である。 第１の実施の形態においてクライアント端末２０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施の形態において品質予測サーバ１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第４の実施の形態における機能構成例を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。図１において、複数の映像配信サーバ３０と品質予測サーバ１０とは、コアネットワークＮ１を介して接続される。一方、クライアント端末２０は、アクセス回線（アクセスネットワーク）Ｎ２を介してコアネットワークＮ１に接続される。したがって、クライアント端末２０は、アクセス回線Ｎ２を介して各映像配信サーバ３０又は品質予測サーバ１０と通信可能である。

映像配信サーバ３０は、クライアント端末２０に対して映像データ（動画データ）の配信サービス（以下、「映像配信サービス」という。）を提供する１以上のコンピュータである。映像データの配信は、ＡＢＲ（Adaptive Bitrate Streaming）に従う。すなわち、各映像データについては、一定時間ごとの分割単位の一例であるチャンクごとに、何パターンかのビットレートで再エンコードされたデータが映像配信サーバ３０に保存されている。なお、本実施の形態では、必ずしも全てのチャンクの配信元の映像配信サーバ３０が同じでない状況を想定する。すなわち、途中で映像配信サーバ３０が切り替わる状況が想定される。

クライアント端末２０は、映像配信サービスにおいて映像データの配信先とされ、配信される映像データを取得及び再生する端末である。例えば、ＰＣ（Personal Computer）、スマートフォン、又はタブレット端末等がクライアント端末２０として利用されてもよい。

品質予測サーバ１０は、クライアント端末２０が映像配信サービスを受ける際において、映像データの配信に関するスループットを予測する１以上のコンピュータである。

図２は、第１の実施の形態における品質予測サーバ１０のハードウェア構成例を示す図である。図２の品質予測サーバ１０は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１００、補助記憶装置１０２、メモリ装置１０３、ＣＰＵ１０４、及びインタフェース装置１０５等を有する。

品質予測サーバ１０での処理を実現するプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１０１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従って品質予測サーバ１０に係る機能を実行する。インタフェース装置１０５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。

なお、クライアント端末２０や映像配信サーバ３０も、図２と同様のハードウェアを有していてもよい。クライアント端末２０は、表示装置や、ユーザからの入力を受け付ける入力装置等を有していることが望ましい。

図３は、第１の実施の形態における機能構成例を示す図である。図３において、クライアント端末２０は、再生部２１、アクセススループット取得部２２及びサービス制御部２３等を有する。これら各部は、クライアント端末２０にインストールされた１以上のプログラムが、クライアント端末２０のＣＰＵに実行させる処理により実現される。クライアント端末２０は、また、制御条件ＤＢ２４を利用する。制御条件ＤＢ２４は、例えば、クライアント端末２０の補助記憶装置、又はクライアント端末２０にネットワークを介して接続可能な記憶装置等を用いて実現可能である。

品質予測サーバ１０は、サーバスループット取得部１１及びスループット予測部１２等を有する。これら各部は、品質予測サーバ１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。

なお、図３における各部の配置は一例であり、各部間で適切な入出力の授受を行える限り、図３の配置例に限定されない。例えば、クライアント端末２０がスループット予測部１２を有してもよいし、映像配信サーバ３０がサービス制御部２３及び制御条件ＤＢ２４等を有してもよい。

再生部２１は、映像配信サーバ３０から映像データを分割してチャンク単位で取得（ダウンロード）し、当該取得したチャンク（映像データ）の再生を行う。

アクセススループット取得部２２は、クライアント端末２０が接続するアクセス回線Ｎ２のダウンロード方向のスループット（以下「アクセススループット」という。）を計測する。具体的には、アクセススループット取得部２２は、品質予測サーバ１０から計測用データをアクセス回線Ｎ２を介してダウンロードし、計測用データのデータサイズと、計測用データのダウンロードに要した時間とに基づいて、当該ダウンロードに関するスループット（以下「アクセススループット」という。）を算出する。なお、計測用データの内容は、所定のものに限定されない。

サーバスループット取得部１１は、クライアント端末２０が接続予定の映像配信サーバ３０（クライアント端末２０が映像データを取得予定の映像配信サーバ３０）が接続するコアネットワークＮ１におけるダウンロード方向のスループット（以下「サーバスループット」という。）を計測する。具体的には、サーバスループット取得部１１は、当該映像配信サーバ３０から映像データをダウンロードし、映像データのデータサイズと、映像データのダウンロードに要した時間とに基づいて、当該ダウンロードに関するスループット（以下「サーバスループット」という。）を算出する。

スループット予測部１２は、アクセススループット及びサーバスループットに基づいて、スループットの予測値（以下「予測スループット」という。）を出力する。

サービス制御部２３は、予測スループット及び制御条件ＤＢ２４に記憶されている制御条件群を入力として、体感品質を最大化する又は向上させる制御条件を選択する。制御条件は、例えば、映像配信に関するビットレート、解像度、フレームレート、圧縮率等である。

以下、第１の実施の形態において実行される処理手順について説明する。図４は、第１の実施の形態においてクライアント端末２０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。

ユーザによって映像データの視聴指示が入力されると、再生部２１は、当該映像データをチャンク単位で分割して間欠的に受信するためのマニフェストファイルを映像配信サーバ３０から取得する（Ｓ１０１）。本実施の形態では、マニフェストファイル内に、チャンクごとに、当該チャンクの配信元（ダウンロード先）の映像配信サーバ３０のＩＰアドレスが記述されている。本実施の形態では、必ずしも全てのチャンクの配信元の映像配信サーバ３０が同じでない状況が想定されているからである。

続いて、再生部２１は、マニフェストファイルに基づいて、映像データをチャンクごとにダウンロード及び再生する（Ｓ１０２）。映像データの全てのチャンクが受信されるまでの間に（Ｓ１０３でＮｏ）、再生部２１が、マニフェストファイルに含まれているチャンクごとの映像配信サーバ３０のＩＰアドレスに基づいて、将来において映像配信サーバ３０が切り替わることを把握すると（Ｓ１０４でＹｅｓ）、アクセススループット取得部２２は、アクセス回線Ｎ２を介して品質予測サーバ１０から計測用データをダウンロードする（Ｓ１０５）。なお、再生部２１は、切り替え先の映像配信サーバ３０のＩＰアドレス（以下、「切り替え先アドレス」という。）をサービス制御部２３へ入力する。

なお、「将来において」とは、既にダウンロード済みのチャンクのうちの最後のチャンクの次のチャンクに限られない。すなわち、再生部２１は、マニフェストファイルに基づいて、全てのチャンクについて配信元の映像配信サーバ３０を、マニフェストファイルの取得後に把握可能である。したがって、仮に、最後のチャンクの映像配信サーバ３０がそれまでのチャンクと異なる場合に、当該最後のチャンクに関して映像配信サーバ３０が切り替わることが、例えば、最初のチャンクの再生中等に把握されてもよい。すなわち、ステップＳ１０５以降は、各チャンクのダウンロードとは非同期に実行されてもよい。そうすることで、予測スループットの対象のチャンクのダウンロード時には、既に予測スループットが得られている状態を期待することができる。

続いて、アクセススループット取得部２２は、計測用データのデータサイズを、計測用データのダウンロードに要した時間で除算することでアクセススループットを算出し、当該アクセススループットをサービス制御部２３へ入力する（Ｓ１０６）。

続いて、サービス制御部２３は、切り替え先アドレスと当該アクセススループットとを品質予測サーバ１０のスループット予測部１２へ送信し（Ｓ１０７）、スループット予測部１２からの予測スループットの返信を待機する（Ｓ１０８）。

サービス制御部２３は、予測スループットを受信すると（Ｓ１０８でＹｅｓ）、予測スループットに基づいて、制御条件ＤＢ２４に記憶されている制御条件群の中からいずれかの制御条件を選択する（Ｓ１０９）。例えば、映像再生において、バッファに蓄積したデータが枯渇することに起因する再生中断を生じさせず、かつ、画質（ビットレート）を最も高めることを目的とする場合、制御条件ＤＢ２４には、各画質を選択肢として、各画質に応じた再生が中断せず円滑に行えるための最低限必要なスループット（必要スループット）が記憶されている。この場合、サービス制御部２３は、予測スループットを、各画質の必要スループットと比較して、必要スループットが予測スループットを超えない選択肢の中で最大の画質となる制御条件を選択する。

続くステップＳ１０２において、再生部２１は、切り替え先アドレスに係る映像配信サーバ３０からチャンクをダウンロードする際に、選択された制御条件に従って当該映像配信サーバ３から映像データをダウンロードする。例えば、再生部２１は、選択された制御条件に係るビットレートを指定して、当該映像配信サーバ３０から映像データをダウンロードする。

なお、図４のステップＳ１０５〜Ｓ１０９は、最初のチャンク（最初の接続先の映像配信サーバ３０）に関しても実行されるようにしてもよい。

また、アクセススループット取得部２２は、視聴開始時（視聴指示の入力時）に１回だけアクセススループットを計測（算出）し、当該アクセススループットを補助記憶装置等に記憶しておいてもよい。この場合、以降のステップＳ１０５及びＳ１０６は実行せずに、記憶されているアクセススループットが利用されてもよい。

図５は、第１の実施の形態において品質予測サーバ１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。

スループット予測部１２は、切り替え先アドレス及びアクセススループットを受信すると（Ｓ２０１でＹｅｓ）、当該切り替え先アドレス及び当該アクセススループットをサーバスループット取得部１１へ入力する。続いて、サーバスループット取得部１１は、当該切り替え先サーバアドレスに係る映像配信サーバ３０からコアネットワークＮ１を介して映像データをダウンロードする（Ｓ２０２）。当該映像データは、視聴対象の映像データとは無関係な映像データでもよいし、映像データとは異なる形式のデータでもよい。

続いて、サーバスループット取得部１１は、当該映像データのデータサイズを、当該映像データのダウンロードに要した時間で除算することでサーバスループットを算出し、当該サーバスループットをスループット予測部１２へ出力する（Ｓ２０３）。

続いて、スループット予測部１２は、ステップＳ２０１において受信されたアクセススループットと当該サーバスループットとを比較し、小さい方を予測スループットとして選択する（Ｓ２０４）。続いて、スループット予測部１２は、当該予測スループットを、アクセススループットの送信元のクライアント端末２０のサービス制御部２３へ送信する（Ｓ２０５）。当該予測スループットは、切り替え先アドレスに係る映像配信サーバ３０からの、切り替え先アドレスに係るチャンクのダウンロードについてのスループットの予測値である。

なお、サーバスループット取得部１１は、一定時間ごとに１回だけステップＳ２０２及びＳ２０３を実行して、サーバスループットの値を記憶しておき、その後の一定時間においては、ステップＳ２０２及びＳ２０３を実行せずに、記憶している値を用いてもよい。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なる点について説明する。第２の実施の形態において特に言及されない点については、第１の実施の形態と同様でもよい。

第２の実施の形態において、サーバスループット取得部１１は、図５のステップＳ２０２及びＳ２０３を実行する代わりに、映像配信サーバ３０において設計上制限しているスループットの上限値をサーバスループットとして映像配信サーバ３０から取得する。

次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では第１又は第２の実施の形態と異なる点について説明する。第３の実施の形態において特に言及されない点については、第１又は第２の実施の形態と同様でもよい。

第３の実施の形態において、アクセススループット取得部２２は、図４のステップＳ１０５及びＳ１０６を実行する代わりに、クライアント端末２０が接続するアクセス回線Ｎ２においてサービス上制限されている、アクセス回線Ｎ２のダウンロード方向のスループットの上限値をアクセススループットの値として、クライアント端末２０が記憶している回線情報から取得する。

次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では第１、第２又は第３の実施の形態と異なる点について説明する。第４の実施の形態において特に言及されない点については、第１、第２又は第３の実施の形態と同様でもよい。

図６は、第４の実施の形態における機能構成例を示す図である。図６中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図６において、品質予測サーバ１０は、更に、ボトルネックスループット取得部１３を有する。ボトルネックスループット取得部１３は、品質予測サーバ１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。

ボトルネックスループット取得部１３は、コアネットワークＮ１において帯域が限られている（帯域が他の部分よりも相対的に狭い）箇所（ボトルネック）におけるスループット（以下「ボトルネックスループット」という。）をコアネットワークＮ１内から取得し、取得したボトルネックスループットをスループット予測部１２へ入力する。ボトルネックスループットは、ボトルネックスループット取得部１３が、コアネットワークＮ１内の各ネットワーク装置（ルータ等）に当該ネットワーク装置におけるスループットを問い合わせることで特定されてもよい。又は、ボトルネックスループット取得部１３は、経験的にボトルネックとなる箇所として予め設定されているネットワーク装置に対してスループットを問い合わせ、当該スループットをボトルネックスループットとしてもよい。

なお、ボトルネックスループットの取得は、図５のステップＳ２０２以降において実行されてもよいし、一定時間ごとに１回だけ実行されてもよい。後者の場合、ボトルネックスループットを記憶しておき、以降の一定時間では記憶されている値が利用されてもよい。

スループット予測部１２は、図５のステップＳ２０４において、アクセススループット、サーバスループット及びボトルネックスループットを比較し、最小値を予測スループットとして選択する。

上述したように、上記各実施の形態によれば、映像配信サーバ３０が切り替わる場合であっても映像データの配信に関するスループットの効率的な予測を可能とすることができる。すなわち、映像配信サーバ３０の切り替え時にスループットやバッファ占有量を実測せずにスループットを予測し、配信ビットレートを適切に選択することができる。

なお、上記各実施の形態において、品質予測サーバ１０は、品質予測装置の一例である。クライアント端末２０は、端末の一例である。スループット予測部１２は、第１の取得部及びスループット予測部１２の一例である。サーバスループット取得部１１は、第２の取得部の一例である。ボトルネックスループット取得部１３は、第３の取得部の一例である。計測用データは、第１のデータの一例である。サーバスループット取得部１１がダウンロードする映像データは、第２のデータの一例である。アクセススループットは、第１のスループットの一例である。サーバスループットは、第２のスループットの一例である。ボトルネックスループットは、第３のスループットの一例である。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 品質予測サーバ
１１ サーバスループット取得部
１２ スループット予測部
１３ ボトルネックスループット取得部
２０ クライアント端末
２１ 再生部
２２ アクセススループット取得部
２３ サービス制御部
２４ 制御条件ＤＢ
３０ 映像配信サーバ
１００ ドライブ装置
１０１ 記録媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ ＣＰＵ
１０５ インタフェース装置
Ｂ バス

Claims (8)

1. 複数の映像配信サーバから映像データを分割して取得する端末から、前記端末のアクセス回線の第１のスループットを取得する第１の取得部と、
   前記端末が映像データを取得予定の映像配信サーバが接続するコアネットワークの第２のスループットを取得する第２の取得部と、
   前記第１のスループットと前記第２のスループットとのうち小さい方を、前記取得予定の映像データに関するスループットの予測値として選択する予測部と、
   を有することを特徴とする品質予測装置。
2. 前記第１の取得部は、前記端末が前記アクセス回線を介して第１のデータをダウンロードし、前記第１のデータのデータサイズと前記第１のデータのダウンロードに要した時間とに基づいて算出したスループットを前記第１のスループットとして取得する、
   ことを特徴とする請求項１記載の品質予測装置。
3. 前記第２の取得部は、前記端末が映像データを取得予定の映像配信サーバから前記コアネットワークを介して第２のデータをダウンロードし、前記第２のデータのデータサイズと前記第２のデータのダウンロードに要した時間とに基づいて、前記第２のスループットを算出する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の品質予測装置。
4. 前記第１の取得部は、前記アクセス回線におけるスループットの上限値を前記第１のスループットとして取得する、
   ことを特徴とする請求項１記載の品質予測装置。
5. 前記第２の取得部は、前記端末が映像データを取得予定の映像配信サーバにおいて制限されているスループットの上限値を前記第２のスループットとして取得する、
   ことを特徴とする請求項１記載の品質予測装置。
6. 前記コアネットワークにおいて帯域が限られている箇所の第３のスループットを取得する第３の取得部を有し、
   前記予測部は、前記第１のスループット、前記第２のスループット及び前記第３のスループットの中の最小値を、前記取得予定の映像データに関するスループットの予測値として選択する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項記載の品質予測装置。
7. 複数の映像配信サーバから映像データを分割して取得する端末から、前記端末のアクセス回線の第１のスループットを取得する第１の取得手順と、
   前記端末が映像データを取得予定の映像配信サーバが接続するコアネットワークの第２のスループットを取得する第２の取得手順と、
   前記第１のスループットと前記第２のスループットとのうち小さい方を、前記取得予定の映像データに関するスループットの予測値として選択する予測手順と、
   をコンピュータが実行することを特徴とする品質予測方法。
8. 複数の映像配信サーバから映像データを分割して取得する端末から、前記端末のアクセス回線の第１のスループットを取得する第１の取得手順と、
   前記端末が映像データを取得予定の映像配信サーバが接続するコアネットワークの第２のスループットを取得する第２の取得手順と、
   前記第１のスループットと前記第２のスループットとのうち小さい方を、前記取得予定の映像データに関するスループットの予測値として選択する予測手順と、
   を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。

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