JP2001078186A - 統計的多重送信エンコーダ上での日和見データの実施 - Google Patents

統計的多重送信エンコーダ上での日和見データの実施

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】マルチチャネルのビデオデータエンコーダのよ
うな既存の統計的多重送信エンコーダプラットフォーム
に対し日和見データケイパビリティを与えるための方法
及び装置を与える。 【解決手段】日和見データプロセッサ１６０がプラグイ
ンカード若しくは既存のマルチチャネルエンコーダ１７
０と接続される外部装置として与えられる。日和見デー
タプロセッサはまるでそれがもう一つのチャネルエンコ
ーダであるように、マルチチャネルエンコーダ内の量子
化レベルプロセッサ１３０及びパケットマルチプレクサ
１４０と連結する。日和見データプロセッサは、グロー
バル量子化レベルQLがスペア帯域幅が有効であることを
示すときのみ、データを符号化しかつそれをPMへ送るこ
とによって特別の速度制御手法を実行する。グローバル
量子化レベルQLが閾値より低いときスペア帯域幅が有効
であるように仮定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチチャネルビ
デオデータエンコーダのような、既存の統計的多重送信
エンコーダプラットフォームに対して日和見データケイ
パビリティを与えるための方法及び装置に関する。概し
て、本発明は、ビット速度（例えば、帯域幅）がチャネ
ルのビット速度要求及び全体の有効帯域幅に基づいて異
なるチャネルに割り当てられるところの、統計的多重送
信に関する。
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】統計的多
重送信は、各信号に割り当てられた帯域幅がフレキシブ
ルでありかつ信号のビット速度要求にしたがって変化す
るように、可変ビット速度で多くの信号を符号化しかつ
可変速度ビットストリームを結合して単一の固定速度輸
送ストリームにする処理である。従来、ビット速度要求
の推定は信号統計に基づいて為されている。ビット速度
が該要求に基づいて割り当てられた後に、各信号内のデ
ータは特定の量子化レベルを使って圧縮されかつ符号化
される。圧縮により生じたデータの量は各チャネル内で
試され、符号化データをより多く有するチャネルがより
高いビット速度を受け取るように量子化レベルが調節さ
れる。次に、ビデオデータが圧縮されまた調節された量
子化レベルを使って再び符号化される。処理は連続的に
繰り返される。現在、統計的多重送信符号化プラットフ
ォームは例えばこの出願の譲受人であるジェネラル・イ
ンスツルメント・コーポレイション所有のDigiCipher
(R)に従って定義される。しかし、例えばテレビスタジ
オ、ケーブル及び衛星ネットワークヘッドエンド並びに
他の設備におけるビデオエンコーダのような既存するイ
ンストールされたベースのために、既存のデジタルビデ
オエンコーダプラットフォームに最小限のハードウエア
若しくはファームウエハ修正をもって統計的多重送信の
ために日和見データ処理のためのケイパビリティを与え
ることが所望される。例えば、日和見データを処理する
ためにプラグインカード若しくは外部ボックスを与える
こと、及び既存の多重チャネルビデオエンコーダに対す
るインターフェースを与えることが好適である。日和見
データ処理により、付加的データは、複雑でないビデオ
ソースが他のチャネルエンコーダで符号化されていると
きのような、“スペア”帯域幅が有効であるとき輸送ス
トリーム内で運ばれることができなければならない。日
和見データは、あらゆるタイプのデータ、例えば、テレ
ビネットワーク内の加入者ターミナルにおいてソフトウ
エアを更新するための情報、銀行業務データ、インター
ネットウエブページ（ハイパーテキスト・マークアップ
・ランゲージHTML）データ、Java(R)アプレットデー
タ、ショッピングチャネル用の静止フレームビデオ、ゲ
ーム、コンピュータソフトウエア、投票データ、コンテ
ストデータ、双方向番組用のデータ、天気データ、在庫
データ、条件付きアクセスデータ、番組案内データ、ま
たは後で見るためにダウンロードできるムービーデータ
を含むこともできる。システムにより、日和見データプ
ロセッサとパケットマルチプレクサとの間で連結される
同じ統計的情報及び量子化レベル情報を有することによ
って、あたかもそれがもうひとつのチャネルエンコーダ
であるように日和見データプロセッサは統計的多重送信
エンコーダのパケットマルチプレクサによって扱われる
ことができなければならない。システムは、例えばDigi
Cipher(R)システムのような既存の統計的多重送信符号
化プラットフォームと互換性がなければならない。本発
明は上記及び他の利点を有するシステムを与える。
【課題を解決するための手段】本発明は、マルチチャネ
ルビデオデータエンコーダのような既存の統計的多重送
信エンコーダプラットフォームに対して日和見データケ
イパビリティを与えるための方法及び装置に関する。日
和見データによって、さまざまなタイプのデータはデジ
タル輸送ストリームのスペア帯域幅内で運ばれることが
できる。本発明にしたがって、マルチチャネル統計的多
重送信エンコーダは、（ビデオデータのような）それぞ
れのデータソースを受信するためのそれぞれのバッファ
を有する複数のチャネルエンコーダを有する。日和見デ
ータプロセッサ(ODP)は、（あらゆるタイプのデータ、
ビデオまたはその他である）それぞれのデータソースを
受信するためのそれぞれのバッファを有する。多重送信
エンコーダは、チャネルエンコーダと輸送ストリームを
形成するためのODPから符号化データを受信するための
パケットマルチプレクサ及び該パケットマルチプレクサ
に関連する量子化レベルプロセッサを有する。チャネル
エンコーダ及びODPはそれらの帯域幅要求パラメータを
量子化レベルプロセッサに送り、それに応答して、量子
化レベルプロセッサが帯域幅割り当て及びグローバル量
子化レベルをチャネルエンコーダ及びODPに与える。チ
ャネルエンコーダ及びODPはそれらのそれぞれのデータ
ソースをグローバル量子化レベル及びそれぞれの帯域幅
割り当てに従って符号化する。さらに、ODPは(a)グロー
バル量子化レベルの関数によってその帯域幅要求をスケ
ーリングすることによって、及び(b)閾値量子化レベル
に従って、その帯域幅要求パラメータを生成する。特
に、ODPはその帯域幅要求パラメータを生成し、その結
果グローバル量子化レベルが閾値量子化レベルを超える
とき本質的に帯域幅は日和見データプロセッサに割り当
てられない。ODPはその帯域幅要求パラメータを生成
し、その結果グローバル量子化レベルが閾値量子化レベ
ル以下であるときのみ帯域幅が日和見データプロセッサ
に割り当てられる。ODPの帯域幅要求は、バッファのサ
イズに対する日和見データプロセッサのバッファの充満
レベルの比に応答してもよい。ODPの帯域幅要求は要求
パラメータの範囲によってスケールされてもよい。Digi
Cipher II装置の場合には、要求パラメータの範囲はチ
ャネルエンコーダのバッファのサイズである。グローバ
ル量子化レベルの関数は、グローバル量子化レベルが連
続的に大きくなるにつれて、連続的に日和見データプロ
セッサの帯域幅要求を減衰させる。特に、該関数はグロ
ーバル量子化レベルが増加するに従い単調に減少する。
グローバル量子化レベルが最小値に向かって減少するに
従い該関数は１の値に向かって増加する。この場合、関
数による帯域幅のスケーリングは適用されない。グロー
バル量子化レベルはチャネルエンコーダの帯域幅要求パ
ラメータの平均に従って決定されてもよい。チャネルエ
ンコーダの帯域幅要求パラメータはそれのローカル量子
化レベルを示す。特に、グローバル量子化レベルはチャ
ネルエンコーダのローカル量子化レベルの平均に従って
決定される。日和見データプロセッサをパケットマルチ
プレクサ及び量子化レベルプロセッサに接続するために
インターフェースが与えられる。これによってフィール
ド内で既存マルチチャネルエンコーダの簡単な変更が可
能となる。あるいは、ODPはマルチチャネルエンコーダ
内に設けられてもよい。さらに本発明にしたがって、日
和見データプロセッサ(ODP)装置はマルチチャネル統計
的多重送信エンコーダとともに使用するために与えられ
る。当該装置は、それぞれのデータソースを受信するた
めのそれぞれのバッファを有するODP、及びODPがマルチ
チャネル統計的多重送信エンコーダの量子化レベルプロ
セッサ及びパケットマルチプレクサと連結できるような
インターフェースを含む。該ODPはインターフェースを
通じて量子化レベルプロセッサへ帯域幅要求パラメータ
を与え、それに応答して帯域幅割り当て及びインターフ
ェースを通じて量子化レベルプロセッサからグローバル
量子化レベルを受信する。該ODPジェネレータは、(a)グ
ローバル量子化レベルの関数によってその帯域幅要求を
スケーリングすることによって、及び(b)閾値量子化レ
ベルにしたがって、その帯域幅要求パラメータを生成す
る。量子化レベルプロセッサはまた複数のチャネルエン
コーダから帯域幅要求パラメータを受信し、それに応答
して帯域幅割り当て及びグローバル量子化レベルを複数
のチャネルエンコーダに与える。チャネルエンコーダ及
び日和見データプロセッサは、グローバル量子化レベル
及びそれぞれの帯域幅割り当てに従ってそれらのそれぞ
れのデータソースを符号化する。パケットマルチプレク
サは、複数のチャネルエンコーダ及び輸送ストリームを
形成するための日和見データプロセッサから符号化デー
タを受信する。例えば、インターフェースはカード（回
路ボード）によって与えられ、該カードはODPが該カー
ド上に配置されるところのマルチチャネル統計的多重送
信エンコーダのシャーシ内に差し込まれる。または、OD
Pは外部装置（ハウジング）内に与えられてもよい。対
応する方法も与えられる。
【発明の実施の態様】本発明はマルチチャネルビデオデ
ータエンコーダのような既存の統計的多重送信エンコー
ダプラットフォームに対して日和見データケイパビリテ
ィを与えるための方法及び装置に関する。図１は本発明
に従う日和見データ処理を有するマルチチャネルエンコ
ーダ100を示す。図１の要素は物理的に分離される必要
はないが、共有されたハードウエア、ファームウエア及
び／またはソフトウエア内で実施されてもよい。有利な
ことに、本質的にあらゆる既知の統計的多重送信手法を
採用する既存のマルチチャネルエンコーダ170は日和見
データ処理(ODP)システム180を含むように修正される。
この配置はコストを減らしかつフィールド内の既存エン
コーダへの分裂を最小化する。択一的に、ODPシステム1
80はカスタムビルトマルチチャネルエンコーダ内に与え
られる。点線175は既存マルチチャネルエンコーダ170と
ODPシステム180との間のインターフェースを示す。ODP
システム180はプラグインカードとして、または既存の
マルチチャネルビデオエンコーダ170とインターフェー
スする外部ボックスとして与えられる。該システムによ
り、ODPは、ODP及びパケットプロセッサとの間に連結さ
れる同じ統計的情報及び量子化レベル情報を有すること
によって、それはあたかももう一つのチャネルエンコー
ダであるように、統計的多重送信エンコーダのパケット
プロセッサによって扱われることができなければならな
い。既存のマルチチャネルエンコーダ170はN個のチャネ
ルエンコーダを含み、テレビジョン・サービス・プロセ
ッサ(TSPs)と呼ばれるその装置は、1,2,…,Nのそれぞれ
のソースからのソースデータを符号化するためにTSP#1
(115),TSP#2(120),…,TSP#N(125)を含む。TSPs115,120,
…,125は、それぞれのソースからのデータを保存するた
めの先入れ先出し(FIFO)バッファのようなそれぞれのバ
ッファ117,122,…,127を有する。テレビ信号（例えば、
デジタルビデオ及びオーディオ）は図示する目的のため
だけにこの実施例で言及される。ソースデータはあらゆ
るタイプのデジタルデータから成ってもよい。TSPsは既
知のデータ符号化技術を使用する。量子化レベルプロセ
ッサ(QLP)130は経路135を通じてTSPsと連結し、TSPsか
ら統計的情報を受信しかつTSPsへ量子化レベル(QL)を与
える。該QLは、それぞれのソースデータを符号化するの
に使用するよう量子化ステップサイズを決定するべくTS
Psによって使用される。QLP130はパケットマルチプレク
サ(PM)140の一部であるデジタル信号プロセッサ(DSP)と
して実行される。この関連は点線133によって示されて
いる。ODP160はまたFIFOバッファのような関連バッファ
162を有する。アップリンク制御システム(UCS)105はイ
ーサーネット(tm)のようなネットワークを通じてTSPsと
連結する。UCS105はエンコーダシステム用のグラフィカ
ル・ユーザー・インターフェースを与えるべくデジタル
イクイップメントVAX(tm)上で走るコンピュータプログ
ラムとして実施される。変形例として、同じ関数を実行
するがウインドウズNT(R)を使用するPC上で走るPC-EMC
（エンコーダ・モニター・制御器）を使用するものがあ
る。TSPsはMPEG-2標準に一致するような輸送ストリーム
を形成するべくそれぞれの符号化ソースデータをPM140
へ与える。ODPシステム180は、日和見データを保存する
ファイルサーバー150及びスペア帯域幅が有効である特
定の時に輸送ストリーム内に含まれるように日和見デー
タを符号化しそれをパケットマルチプレクサ140へ転送
する日和見データプロセッサ(ODP)160を含む。該ファイ
ルサーバー150はフロー制御信号に応答してそのデータ
をODP160へ転送する。UCS105及びQLP130は、それがもう
ひとつのチャネルエンコーダ（例えば、TSP）であるよ
うにインターフェース175を通じてODP160と連結する。O
DP160はエンコーダシャーシ内のデジタルサービスエン
コーダ(DSE)上に存在（例えば、プラグイン）するボー
ド（例えば、カード）であるか、または有効カスケード
輸送入力を通じてエンコーダ170へ結合する外部ボック
スである。有利なことに、フィールド内の既存エンコー
ダはODPケイパビリティをもって変更される。エンコー
ダ170の修正を避けるために、ODPによって使用されるア
ルゴリズムはPM、TSPs及びUCSがODPの存在についての知
識を有しないことを仮定する。エンコーダ170は、それ
がTSPs115,120,…125のようなレギュラーTSPであるよう
にODPを扱う。通常の統計的多重送信アルゴリズムはPM1
40上及び実際のTSPs115,120,…,125上で走るが、一方本
発明の日和見データ速度制御アルゴリズムはODP160上で
走る。ODP160はもうひとつのTSPとしてPM140及びUCS105
に与えられ、すなわち厳密にTSPと同じハードウエア及
びソフトウエアインターフェースを有する。ODP160はQL
P130によって送られるグローバルQL値をモニターしかつ
以下で議論されるようにODP160の帯域幅を制御する。OD
Pのバッファ162は、ファイルサーバー150若しくは他の
ソースから入力された日和見データをバッファする。日
和見データはソース#1,#2,…,#Nからのデータに関連す
る若しくは関連しないあらゆるタイプの低ビット速度デ
ータを含む。ODP160は、バッファ162がいっぱいの時、
すなわち日和見帯域幅が有効でないときデータ供給を停
止させるべくファイルサーバー150へフロー制御信号を
印加する。グローバルQLのようなQLP130から受信される
情報に基づいて、ODP160はTSPsが輸送ストリームの有効
帯域幅のすべてを必要としないときを決定する。これら
の時に、ODP160は日和見データをパケット化し、MPEG-2
輸送ストリーム内に含めるために生成されたパケットを
PM140に送る。ユーザーインターフェース108はUSCソフ
トウエアの一部として組み込まれてもよく、それによっ
てユーザーは最小データ帯域幅を保証するべく非ゼロmi
n#br値を設定することができる。ODP160は、本発明にし
たがってその帯域幅を設定するために日和見データ速度
制御アルゴリズムを実施する。日和見データ速度制御ア
ルゴリズムの終点は、日和見データに対しあらゆる過分
有効帯域幅を使用しながら、レギュラービデオサービス
の品質上の衝撃を最小化することである。したがって、
QL値の更なる減少がビデオ品質の改良にほとんど寄与し
ないところの閾値以下に多重のグローバルQLが落ちたと
きのみ、日和見データはイネーブルである。ほとんどの
統計的多重送信アルゴリズムに関して、各TSP115,120,
…,125は周期的に統計的情報をQLP130へ送るが、例えば
それはTSPの帯域幅要求を示す“要求パラメータ”、エ
ンコーダのバッファ及びデコーダのバッファの両方がア
ンダーフロー若しくはオーバーフローしないことを保証
するカレントバッファレベルでTSPによって許された最
大ビット速度(max#br)及び最小ビット速度(min#br)を含
む。要求パラメータは例えばTSPのバッファの充満レベ
ルに基づいていてもよい。概して、バッファ充満レベル
が増加すると、その要求パラメータはバッファのオーバ
ーフローを避けるために増加する。その後QLP130はグロ
ーバルQL値を計算し、かつ経路135を通じてすべてのTSP
へこのグローバルQL値を送る。グローバルQLはここに参
考文献として組み込むPaikらによる米国特許第5,216,50
3号内で議論されるようにして決定され、そこではルッ
クアップテーブルが各チャネルエンコーダのバッファ内
でデータの総量を示すデータに応答するグローバルQLを
出力する。択一的に、QLP130はTSPから受信された量子
化レベルの平均に基づいてグローバルQLを計算してもよ
い。QLP130はまたTSPの要求パラメータに比例して各個
別TSP115,120,…,125へ有効帯域幅を割り当てる。TPSに
よって通信された最大及び最小ビット速度値は帯域幅割
り当てを制限する。TSPのバッファに入るデータの速度
はローカル量子化レベル(QL)によって制御され、またPM
140への出力速度はパケット速度（例えば、割り当てら
れた帯域幅）によって制御される。統計的多重送信にお
いて、入力ビット速度(QL)及び出力ビット速度は、いく
つかのビデオサービスにわたって固定されたビット速度
を維持するために及びチャネルを横切って一定のビデオ
品質を維持するために調節される。より高い量子化レベ
ル（例えば、よりきれいな若しくは粗雑でない量子化）
はより高い符号化データ速度と相関している。統計的多
重送信の背後のアイデアは、統計的多重送信グループ内
の個別サービスがそれらのローカルQLをそれら自身に命
令することができないということである。その代わり、
グローバルQLはすべてのビデオ要素ストリームに対して
QLP130によって与えられ、ローカルTSPはもしシステム
粗さターゲットが一致していなければこのQLを修正する
のみである。各シーケンスの複雑さが変化し異なる画像
タイプが処理される際に、各TSPの帯域幅要求パラメー
タは変化する。各サービスに割り当てられたビット速度
はこの要求パラメータとともに変化する。したがって、
ビデオストリームのビット速度が固定されかつQLがこの
ビット速度を維持するべく変化するところの固定速度動
作に反して、統計的多重送信に関し、QLは多重にわたっ
て多少一定でありビット速度はシーケンスの複雑さ内の
変化を扱うべく変化する。これによって、与えられた時
間において統計的多重送信グループのより複雑な部分
は、全多重にわたってより効果的に帯域幅が使用される
ようにより広い帯域幅を割り当てられることができる。
したがって、グローバルQL値はすべてのTSPの要求パラ
メータに基づいて計算される。さらに、ODP162はまたグ
ローバルQLを決定する際に使用するために要求パラメー
タをQLP130に与える。しかし、ODP160がTSPによって使
用されていない過分（スペア）帯域幅が有効であること
を決定したときのみ、ODP162はQLP130をだましてそれに
帯域幅を割り当てる。これは、ODP160が送るべきデータ
を有するが過分帯域幅が有効でないと決定したとき、OD
P160がQLP130へゼロ要求パラメータを送ることによって
達成される。すべてのサービスに対するQL及びビット速
度(BR)は、BR/QLサイクルの間にTSP115,120,…,125とQL
P130との間で交換される情報に基づいて決定される。こ
のサイクルはすべてのTSPにわたって同期して起こり、N
TSC完全解像度スライス時間よりいくらか短い時間間隔
内で繰り返す。サイクルのBR部分の間、すべてのTSPは
それらのカレント要求パラメータサイズをQLP130へ送
り、QLPからのビット速度を受け取りかつ配置する。サ
イクルのQL部分の間、各TSPは要求パラメータに沿って
連続ロバスト動作を保証するべく計算されたビット速度
範囲をQLPに送り、QLPからグローバルQLを受け取る。該
グローバルQLは、そのQLにおける次のスライスの開始ま
では各TSPのローカルQL計算内に組み込まれない。しか
し、ビット速度はすぐに（例えば、最大２つの輸送パケ
ット遅延を有して）配置される。BR/QLサイクルの２つ
の部分はそれを等しく半分に分割する。付加的に、エン
コーダは以前のフレームサイズ、総システム遅延及びエ
ンコーダのFIFOの充満に基づいてデコーダのFIFOの充満
を決定するための情報を有する。この知識は、ビデオバ
ッファリング検定器(VBV)コンプライアンスを保証し及
びデコーダFIFOをアンダーフロー若しくはオーバーフロ
ーから保護するべくデコーダのFIFOの状態をモデル化す
るのに使用される。エンコーダのバッファレベルと一緒
にデコーダのFIFOモデルは最小帯域幅(min#br)及び最大
帯域幅(max#br)要求を計算するためにエンコーダによっ
て使用される。本発明にしたがって、ODP160はレギュラ
ーTSPと同じプロトコルを使ってQLP130と連結する。日
和見データのビット速度は、QLP130における帯域幅割り
当て処理の結果によって決定され、それはODP160及びTS
P115,120,…,125からQLPへ送られる要求パラメータ、最
大ビット速度及び最小ビット速度によって間接的に制御
される。ODP160はグローバルQL値を連続的にモニター
し、以下の動作を実行する。もし、グローバルQL値が閾
値QLthより上（例えば、QL≧5）ならば、ODPはmax#br=0
及び要求パラメータ＝0をQLPへ送る。これによってQLP1
30はゼロ帯域幅をODPに割り当て、したがって送られる
のを待っている日和見データが存在するときでも、PM14
0への日和見データのフローを効果的にシャットダウン
する。もし、グローバルQL値が閾値より下（例えば、QL
＜5）に落ちれば、これは日和見データに対し有用なス
ペア帯域幅が存在することを意味し、該日和見データ帯
域幅がmax#brによって上方制限されるようにODP160は非
ゼロmax#br値をQLP130に送る。あるグローバルQLレベル
以下において、量子化レベルの更なる減少はビデオ品質
に対し大きく増加する改良をもたらさないということが
仮定されている。ヒステレシス領域を与えるべく単一閾
値の代わりに下方及び上方QL閾値を使用することも可能
であることに注意すべきである。例えば、上記例におい
て、QL値が5のような上方閾値より上か若しくは4のよう
な下方閾値より下であるかに関して決定が為される。以
下に説明されるような関数F（グローバルQL）の使用
は、ヒステレシス領域が所望により使用できても、ヒス
テレシス領域を要求することなく日和見データ帯域幅を
徐々に変化させるよう選択される。ODP160によってQLP1
30に送られた要求パラメータは、TSPのバッファサイズ
（すなわち、FIFO117,122,…,127のサイズ）によってス
ケールされたODPのバッファ充満である。すなわち、要
求パラメータ＝F（グローバルQL）×カレントODPバッフ
ァレベル×要求パラメータの範囲／ODPバッファサイ
ズ、でありここで、F（グローバルQL）はグローバルQL
値の関数である。例えば、DigiCipher IIシステムにお
いて、要求パラメータの範囲はビデオデコーダのバッフ
ァサイズと同じであり、それは1.835Mbitsである。本質
的に、ODPの帯域幅要求パラメータは、グローバルQLが
増加するに従い実際の帯域幅要求から増加的に減衰す
る。これはODPの符号化データ速度内のスムースな変化
を与える。さらに、輸送ストリームの符号化データ速度
（帯域幅）がその最大値に近いとき、ODPの符号化デー
タ速度内の大きなステップ状の増加が避けられる。QLが
減少するに従い、F（グローバルQL）の値は増加し、TPS
によって必要とされないより多くのスペア帯域幅が存在
するため、それが日和見データへ割り当てられるより多
くの帯域幅を生じさせる。同様に、QLが増加するに従い
F（グローバルQL）は減少し、より少ないスペア帯域幅
が存在するため、それが日和見データへ割り当てられる
より少ない帯域幅を生じさせる。QLが閾値を超えると
き、ODPデータのフローはシャットダウンされる。本質
的に、より高いグローバルQLは、TPSsがより高い複雑さ
を有するデータを符号化し、したがって一定の品質レベ
ルを維持するためにより高いビット速度を要求すること
を意味する。F（グローバルQL）の値は、要求パラメー
タがカレントのODPバッファレベル×TSPバッファサイズ
／ODPバッファサイズを決して超えないように、常に1.0
より小さいかまたは等しい。例えば、F（グローバルQ
L）は経験的に微同調されるようルックアップテーブル
として実施される。付加的に、グローバルQLが１に等し
いときF（グローバルQL）は１に等しくなければなら
ず、それは最低のグローバルQL値である。F（グローバ
ルQL）はまたグローバルQLが増加するにしたがい単調減
少しなければならず、常に正である。F（グローバルQ
L）は線形、区分的線形または非線形である。可能な線
形関数の一つの例は、F（グローバルQL）＝１−（α*
（グローバルQL−１）／（Qth−１））であり、ここで
αはゼロと１との間のあらゆる数、例えば0.5である。m
ax#brの値は、レギュラーな統計的多重送信アルゴリズ
ムと類似の方法で計算され、その結果ODPのバッファは
カレントの日和見データ帯域幅においてアンダーフロー
しない。ODP160が多重のビデオ品質を決定するグローバ
ルQL計算に影響を及ぼさないように、グローバルQL＞QL
thのとき、ODP160は要求パラメータ＝0及びmax#br=0をQ
LP130へ送る。ODP160が多重に対しあらゆる静的負荷を
負わせないように、ODP160はまたmin#br=0の既定値をQL
Pへ送る。しかし、ユーザーが最小の日和見データ帯域
幅を保証するべく非ゼロmin#brを（例えばユーザーイン
ターフェース108を通じて）設定できるようにするのは
可能である。グローバルQL＜QLthのとき、ODP160はその
計算された（非ゼロ）要求パラメータ及び非ゼロmax#br
をQLP130へ送る。QLP130によって放送されたグローバル
QL値はシステムにおけるビデオ品質の指標であることが
仮定される。しかし、実際には、個別TSPsは、それらが
それぞれのソースデータを量子化するのに使用する実際
のQLを生成するべく局所的にこのグローバルQL値を修正
してもよい。したがって、小さいグローバル値は、多重
内のすべてのTSPsが小さい量子化レベルを使用している
ことを常に保証するわけではない。ビデオ品質上のその
ような非理想的状況の衝撃は実験によって評価される。
図２は本発明に従う日和見データ処理方法を示す。ブロ
ック200において、量子化器レベルプロセッサ(QLP)はグ
ローバル量子化レベル(QL)を計算する。QLPはまたエン
コーダ／テレビジョンサービスプロセッサ(TSPs)及び日
和見データプロセッサ(ODP)の各々に対し帯域幅(BW)を
割り当てる。ODPに割り当てられるBWはゼロでもよい点
に注意すべきである。その後、QLPはグローバルQL及び
割り当てられたBWをTSPs及びODPへ転送する。ブロック2
05において、TSPs及びODPは、割り当てられた帯域幅及
びグローバルQLに基づいてデータを符号化するためにそ
れらのローカル量子化レベルを計算する。ローカルQL
は、ローカル統計に基づいてQLの以前の値を増加し若し
くは減少することによって周知の技術を使って決定され
る。ブロック210において、TSPs及びODPはローカルQL
（例えばステップサイズ）を使ってデータを符号化し、
輸送ストリームを形成するべく符号化されたデータをパ
ケットマルチプレクサへ転送する。ブロック220におい
て、TSPsは帯域幅の新しいパラメータ、最小ビット速度
min#br及び最大ビット速度max#brを計算する。ブロック
230において、もしユーザーが非ゼロのmin#brを特定し
なければ、ODPはmin#brを0に設定する。ブロック240に
おいて、もしグローバルQLが閾値QLthより小さくないな
ら、ODPは要求パラメータ及びmax#brを0に設定する。こ
れはBWがODPに割り当てられないことを保証する。もし
グローバルQLが閾値QLthより小さければ、ODPはブロッ
ク260においてF（グローバルQL）×カレントODPバッフ
ァレベル×要求パラメータの範囲／ODPバッファサイズ
として本発明にしたがって要求パラメータを計算する。
ブロック270において、TSPs及びODPは変更された要求パ
ラメータ、min#br及びmax#brをQLPへ送り、処理はブロ
ック200において連続サイクルで繰り返す。本発明はほ
とんどの統計的多重送信手法とともに使用するために一
般化され得る点に注意すべきである。ここで使用される
用語及び構文、例えばmin#br、max#br及び要求パラメー
タは、他の統計的多重送信アルゴリズムによって使用さ
れる対応するパラメータを考慮して解釈される。ほとん
どすべての統計的多重送信アルゴリズムはTSPバッファ
を保護するためにmin#br及びmax#brを使用し、QLPに各
個別TSPに対しBWを割り当てさせる。例えば、QLPは各TS
Pのバッファ充満に比例してBWを割り当ててもよい。ま
たは、要求パラメータは入力ビデオの統計から計算され
てもよい。TSPsはそれぞれの要求パラメータをQLPに送
り、QLPは該要求パラメータに比例して帯域幅をTSPsへ
割り当てる。要求パラメータは所望の量子化レベルの推
定にしたがって解釈される。グローバルQLはすべてのTS
Psから集められた要求パラメータ平均からQLPによって
計算される。グローバルQLはすべてのTSPによって使用
されるべき所望の量子化レベルのQLPの推定である。ODP
は、その要求パラメータがゼロなのでそれがPMへデータ
を送っていないときグローバルQL値に影響を与えない点
に注意すべきである。ODPがPMへデータを送っていると
き、それは多重内の帯域幅を占めているためグローバル
QL値に影響を与える。各TSPによって使用される最終の
（すなわち、ローカルの）量子化レベルは、グローバル
QL及びローカル的に推定されたQLの組み合わせから引き
出される。付加的に、TSPは使用されている実際の量子
化器レベルをQLPに送る。TSPの量子化器レベルは統計的
多重送信アルゴリズムに特定の手法によって決定され
る。その後、QLPはTSPsから受信された量子化レベルの
平均としてグローバルQLを計算し、それをODP及びTSPs
へ送る。その後、ODPは議論されたようにグローバルQL
をモニターしかつ使用する。いくつかの統計的多重送信
に対して、グローバルQLは統計的多重送信アルゴリズム
の一部としてTSPsによって使用されない。この場合、OD
PのみがグローバルQLを使用する。この場合において、
グローバルQLを生成するべくエンコーダのソフトウエア
修正が必要になる。したがって、本発明は日和見データ
ケイパビリティを有する統計的多重送信エンコーダを与
えるための方法及び装置を与えることがわかる。さら
に、本発明により、日和見データプロセッサ(ODP)はテ
レビジョンサービスプロセッサ(TSP)のようなもう一つ
のチャネルエンコーダとして扱われることができる。OD
Pの帯域幅要求パラメータは、ODPのバッファサイズ及び
要求パラメータの範囲によりカレントのODPのバッファ
レベルをスケーリングすることにより決定される。本質
的に、バッファレベルが増加するにしたがい、帯域幅に
対する要求は最大バッファ容量に近づくのを避けるため
に増加する。さらに、ODPのバッファレベルは、グロー
バル量子化レベル若しくはTSPsの量子化レベルの平均を
説明する関数F（グローバルQL）によってスケールされ
る。より少ないスペア帯域幅が有効であるため、F（グ
ローバルQL）はグローバルQLが増加するに従いODPがQLP
に与えるバッファレベルを減少させる。特に、もしグロ
ーバルQLが閾値より上であれば、帯域幅がODPに割り当
てられないようにODPはゼロの要求パラメータをQLPに送
る。もし、グローバルQLが閾値より下であれば、これは
スペア帯域幅が有効であることを示すが、帯域幅がODP
に割り当てられるようにODPは非ゼロの要求パラメータ
をQLPに送る。発明はさまざまな特定の実施例に関連し
て説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された発明
の思想及び態様から離れることなく多くの付加及び修正
が可能であることは当業者の知るところである。例え
ば、ここではさまざまな構文エレメントが議論されてき
たが、それらはほんの例にすぎず、あらゆる構文が使用
され得ることに注意すべきである。発明はMPEG-2及びDi
giCipher(R)II標準との関連で議論されてきたが、ここ
に開示された概念はあらゆる類似の通信標準で使用する
ために適応することを認識すべきである。さらに、発明
は、ケーブル若しくは衛星テレビ広帯域通信ネットワー
ク、ローカルエリアネットワーク(LANs)、メトロポリタ
ンエリアネットワーク(MANs)、ワイドエリアネットワー
ク(WANs)、インターネット、イントラネット及び該イン
ターネット若しくはそれらの組み合わせを含む仮想的に
あらゆるタイプのネットワークで使用するのに適してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従う日和見データ処理を有す
るマルチチャネルエンコーダを示す。
【図２】図２は、本発明に従う日和見データ処理方法を
示す。
【符号の説明】
105 アップリンク制御システム 108 ユーザーインターフェース 115 テレビジョン・サービス・プロセッサ 117 バッファ 130 量子化レベルプロセッサ 135 経路 140 パケットマルチプレクサ 150 ファイルサーバー 160 日和見データプロセッサ 170 マルチチャネルエンコーダ 180 日和見データ処理システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） (71)出願人 598045380 101 Ｔｏｕｒｎａｍｅｎｔ Ｄｒｉｖｅ Ｈｏｒｓｈａｍ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎ ｉａ，Ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ ｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マルチチャネルの統計的多重送信エンコー
    ダであって、 それぞれのデータソースを受信するためのそれぞれのバ
    ッファを有する複数のチャネルエンコーダと、 それぞれのデータソースを受信するためのそれぞれのバ
    ッファを有する日和見データプロセッサと、 輸送ストリームを形成するためにチャネルエンコーダ及
    び日和見データプロセッサから符号化データを受信する
    ためのパケットマルチプレクサと、 パケットマルチプレクサと関連する量子化レベルプロセ
    ッサと、から成り、 チャネルエンコーダ及び日和見データプロセッサはそれ
    らの帯域幅要求パラメータを量子化レベルプロセッサへ
    送り、 量子化レベルプロセッサは、帯域幅要求パラメータにし
    たがって帯域幅割り当て及びグローバル量子化レベルを
    チャネルエンコーダ及び日和見データプロセッサへ与
    え、 チャネルエンコーダ及び日和見データプロセッサは、グ
    ローバル量子化レベル及びそれぞれの帯域幅割り当てに
    したがってそれぞれのデータソースを符号化し、 日和見データプロセッサは、 (a)グローバル量子化レベ
    ルの関数によってそれらの帯域幅要求をスケーリングす
    ることによって、及び(b)閾値量子化レベルにしたがっ
    て、その帯域幅要求パラメータを生成する、ところの装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のエンコーダであって、日
    和見データプロセッサはその帯域幅要求パラメータを生
    成し、その結果グローバル量子化レベルが閾値量子化レ
    ベルを超えるとき日和見データプロセッサに対し本質的
    に帯域幅が割り当てられない、ところの装置。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載のエンコーダであ
    って、前記日和見データプロセッサの前記帯域幅要求は
    日和見データプロセッサのバッファの充満レベル／サイ
    ズ比に応答する、ところの装置。
  4. 【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載のエンコ
    ーダであって、前記日和見データプロセッサの前記帯域
    幅要求は帯域幅要求パラメータの範囲によってスケール
    される、ところの装置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載のエンコーダであって、前
    記日和見データプロセッサの前記帯域幅要求は日和見デ
    ータプロセッサのバッファの充満レベルに応答する、と
    ころの装置。
  6. 【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載のエンコ
    ーダであって、日和見データプロセッサはその帯域幅要
    求パラメータを生成し、その結果グローバル量子化レベ
    ルが閾値量子化レベルより低いときのみ帯域幅が日和見
    データプロセッサに割り当てられる、ところの装置。
  7. 【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載のエンコ
    ーダであって、グローバル量子化レベルが連続的に大き
    くなるに従い、前記関数は日和見データプロセッサの帯
    域幅要求を連続的により減衰させる、ところの装置。
  8. 【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載のエンコ
    ーダであって、グローバル量子化レベルが増加するにし
    たがって、前記関数は単調に減少する、ところの装置。
  9. 【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載のエンコ
    ーダであって、グローバル量子化レベルが最小値へ向か
    って減少するに従い、前記関数は１の値へ向かって増加
    する、ところの装置。
  10. 【請求項１０】請求項１から９のいずれかに記載のエン
    コーダであって、グローバル量子化レベルはチャネルエ
    ンコーダの帯域幅要求パラメータの平均にしたがって決
    定される、ところの装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載のエンコーダであっ
    て、チャネルエンコーダの帯域幅要求パラメータはそれ
    らのローカル量子化レベルを示す、ところの装置。
  12. 【請求項１２】請求項１から１１のいずれかに記載のエ
    ンコーダであって、さらに前記日和見データプロセッサ
    を前記パケットマルチプレクサ及び前記量子化レベルプ
    ロセッサへ接続するためのインターフェースから成る装
    置。
  13. 【請求項１３】マルチチャネルの統計的多重送信エンコ
    ーダとともに使用するための日和見データプロセッサ装
    置であって、 それぞれのデータソースを受信するためのそれぞれのバ
    ッファを有する日和見データプロセッサと、 前記日和見データプロセッサがマルチチャネルの統計的
    多重送信エンコーダのパケットマルチプレクサ及び量子
    化レベルプロセッサと連結できるようにするためのイン
    ターフェースと、から成り、 前記日和見データプロセッサは前記インターフェースを
    通じて量子化レベルプロセッサへ帯域幅要求パラメータ
    を与え、それに応答して、前記インターフェースを通じ
    て量子化レベルプロセッサから帯域幅割り当て及びグロ
    ーバル量子化レベルを受信し、 前記日和見データプロセッサは、(a)グローバル量子化
    レベルの関数によってその帯域幅要求をスケールするこ
    とによって、及び(b)閾値量子化レベルにしたがってそ
    の帯域幅要求パラメータを生成し、 前記量子化レベルプロセッサはまた複数のチャネルエン
    コーダから帯域幅要求パラメータを受信し、それに応答
    して、複数のチャネルエンコーダに対し帯域幅割り当て
    及びグローバル量子化レベルを与え、 チャネルエンコーダ及び日和見データプロセッサは、グ
    ローバル量子化レベル及びそれぞれの帯域幅割り当てに
    したがってそれぞれのデータソースを符号化し、 前記パケットマルチプレクサは、輸送ストリームを形成
    するために複数のチャネルエンコーダ及び日和見データ
    プロセッサから符号化データを受信する、ところの装
    置。
  14. 【請求項１４】請求項１３に記載の装置であって、日和
    見データプロセッサはその帯域幅要求パラメータを生成
    し、その結果グローバル量子化レベルが閾値量子化レベ
    ルを超えるとき日和見データプロセッサに対し本質的に
    帯域幅が割り当てられない、ところの装置。
  15. 【請求項１５】請求項１３または１４に記載の装置であ
    って、前記日和見データプロセッサの前記帯域幅要求は
    日和見データプロセッサのバッファの充満レベル／サイ
    ズ比に応答する、ところの装置。
  16. 【請求項１６】請求項１３から１５のいずれかに記載の
    装置であって、前記日和見データプロセッサの前記帯域
    幅要求は帯域幅要求パラメータの範囲によってスケール
    される、ところの装置。
  17. 【請求項１７】請求項１６に記載の装置であって、前記
    日和見データプロセッサの前記帯域幅要求は日和見デー
    タプロセッサのバッファの充満レベルに応答する、とこ
    ろの装置。
  18. 【請求項１８】請求項１３から１７のいずれかに記載の
    装置であって、日和見データプロセッサはその帯域幅要
    求パラメータを生成し、その結果グローバル量子化レベ
    ルが閾値量子化レベルより低いときのみ帯域幅が日和見
    データプロセッサに割り当てられる、ところの装置。
  19. 【請求項１９】請求項１３から１８のいずれかに記載の
    装置であって、グローバル量子化レベルが連続的に大き
    くなるに従い、前記関数は日和見データプロセッサの帯
    域幅要求を連続的により減衰させる、ところの装置。
  20. 【請求項２０】請求項１３から１９のいずれかに記載の
    装置であって、グローバル量子化レベルが増加するにし
    たがって、前記関数は単調に減少する、ところの装置。
  21. 【請求項２１】請求項１３から２０のいずれかに記載の
    装置であって、グローバル量子化レベルが最小値へ向か
    って減少するに従い、前記関数は１の値へ向かって増加
    する、ところの装置。
  22. 【請求項２２】請求項１３から２１のいずれかに記載の
    装置であって、グローバル量子化レベルはチャネルエン
    コーダの帯域幅要求パラメータの平均にしたがって決定
    される、ところの装置。
  23. 【請求項２３】請求項２２に記載の装置であって、チャ
    ネルエンコーダの帯域幅要求パラメータはそれらのロー
    カル量子化レベルを示す、ところの装置。
  24. 【請求項２４】請求項１３から２３のいずれかに記載の
    装置であって、前記インターフェースは前記マルチチャ
    ネルの統計的多重送信エンコーダのシャーシに差し込む
    カードによって与えられ、前記日和見データプロセッサ
    は前記カード上に配置されている、ところの装置。
  25. 【請求項２５】請求項１３から２４のいずれかに記載の
    装置であって、前記日和見データプロセッサはマルチチ
    ャネルの統計的多重送信エンコーダの外部に与えられ
    る、ところの装置。
  26. 【請求項２６】マルチチャネルの統計的多重送信エンコ
    ーダに対し日和見データケイパビリティを与えるための
    方法であって、 日和見データプロセッサにそれぞれのデータソースを受
    信するためのそれぞれのバッファを与える工程と、 日和見データプロセッサとパケットマルチプレクサとの
    間及び日和見データプロセッサと量子化レベルプロセッ
    サとの間の通信が可能であるように、前記日和見データ
    プロセッサをインターフェースを通じてマルチチャネル
    の統計的多重送信エンコーダのパケットマルチプレクサ
    及び量子化レベルプロセッサへ結合する工程と、 前記インターフェースを通じて日和見データプロセッサ
    から量子化レベルプロセッサへ帯域幅要求パラメータを
    与え、それに応答して、日和見データプロセッサにおい
    てインターフェースを通じて量子化レベルプロセッサか
    ら帯域幅割り当て及びグローバル量子化レベルを受信す
    る工程と、 日和見データプロセッサにおいて(a)グローバル量子化
    レベルの関数によってその帯域幅要求をスケールするこ
    とによって、及び(b)閾値量子化レベルにしたがって、
    帯域幅要求パラメータを生成する工程と、 量子化レベルプロセッサにおいて複数のチャネルエンコ
    ーダから帯域幅要求パラメータを受信し、それに応答し
    て、複数のチャネルエンコーダに対し帯域幅割り当て及
    びグローバル量子化レベルを与える工程と、 チャネルエンコーダ及び日和見データプロセッサにおい
    て、グローバル量子化レベル及びそれぞれの帯域幅割り
    当てにしたがってそれぞれのデータソースを符号化する
    工程と、 輸送ストリームを形成するためにパケットマルチプレク
    サにおいて複数のチャネルエンコーダ及び日和見データ
    プロセッサから符号化データを受信する工程と、から成
    る方法。
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