A Study on Dynamic Control of Coding Rate for TCP Video Streaming

TCP-based streaming will be one solution for a video streaming service on a mobile phone network. Considering errors in the network and consequent TCP throughput variations, adaptation of the video encoding bitrate is necessary. In this paper, a bitstream switching scheme among video streams with various bitrate is proposed, and its control method according to a receiver buffer occupancy that is measured in decodable time is studied. Real time simulation results show that the scheme achieves best performance using a feed forward control of the buffer occupancy. 1. はじめに 第 3 世代携帯電話網が実用化の段階を迎えており、携帯電 話を用いた一層高度なマルチメディアサービスが期待され ている。特に、ビデオコンテンツ提供サービスは、従来の テキストと静止画によるコンテンツと比較して飛躍的な表 現力の向上が見込まれるため、強く注目されている。 携帯電話の無線通信路は、今後、全 IP化も検討されてお り、パケット網が主流になると思われる。そうした網で、 ビデオコンテンツのストリーミングを実現するにあたり、 筆者らはTCPを用いたストリーミングを提案している[1]。 パケット網でのストリーミングには、通常はUDPを用いる ことが多いが、伝送路で生じるパケットロスへの対策、な らびにサービス特性から若干の遅延は許されることを考え 合わせると、TCPで受信したデータを受信側でバッファリ ングしながら再生する「擬似」ストリーミングも一つの選 択肢になると思われる。 本稿では、TCPストリーミングを実現するためのシステ ム構成、網スループット変動を吸収するための制御方式に ついて検討し、シミュレーションによりそれらを評価する。 2. システム構成 ここで対象とするビデオストリーミングはファイルからの 配信を前提とする。ビデオは MPEG-4 Visual Simple Profileで符号化されているものとする。 つぎに、網上で発生する誤りのためにパケットロスが発 生し、TCPのスループットが変動することへの対応として、 受信状況を送信側にフィードバックし、送信側のビデオ符 号化ビットレートを制御することが必要である。このとき、 符号化ビットレートの制御を再符号化により行うことも考 えられるが、実サービスに当たってサーバの負荷が重くな りすぎることが懸念される。そこで、本稿では、あらかじ め複数種類のビットレートで符号化したビデオファイルを 準備しておき、それらの間で動的に切り替えることにより ビットレート制御を実現する方式について検討する。 受信側でのビデオ復号を止めないようにファイル切り替 えをシームレスに実現するためには、図 1 に示すように各 ファイル上に切り替えポイントを時間的に同期して設定し、 その時刻にビデオフレームを I ピクチャモードで符号化し ておく。 このような制御を実現するためのシステム構成図を図 2 に示す。c(t)は選択された符号化ビットレート、v(t)は網の 伝送スループット、τ(t)はバッファ蓄積データ量(復号可能 時間)である。 3. 制御方式 本稿では、Δt秒ごとに定期的に sync pointが挿入されるこ bitstream switch controller