JP2005151523A - ディジタル信号伝送装置、及びディジタル信号記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディジタル信号の内部解析を行う必要のある時刻情報を利用することなく、入力信号のパケットのジッタを低減して伝送あるいは記録するディジタル信号伝送装置、及びディジタル信号記録装置を提供する。
【解決手段】 パケット形式のディジタル信号を伝送するディジタル信号伝送装置において、パケット毎の到着時刻情報を付加する到着時刻情報付加手段と、前記付加された到着時刻情報からパケットの送出間隔を求めるパケット間隔計算手段と、前記パケット間隔情報からパケット送出タイミングを生成するタイミング生成手段と、前記タイミングに基づいてパケットを送出するパケット送出手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディジタル信号伝送装置、及びディジタル信号記録装置に関するものである。

ディジタル動画像符号化、音声符号化及びその多重・分離方式について国際標準規格ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）が現在、蓄積メディア、放送、通信の分野で広く利用されている。このＭＰＥＧのデータストリ―ム中に複数のプログラムを構成して１本のデータストリームとして伝送できるフォーマットをＭＰＥＧトランスポートストリームと呼ぶ。図１０にトランスポートストリームの構造を示す。トランスポートストリームは１８８バイトのパケット構造になっており、トランスポートヘッダ４バイト、アダプテーションフィールドと、実際の映像や音声などのデータが含まれるペイロードで構成されている。アダプテーションフィールド内でオプション扱いとなるオプショナルフィールド内に符号化器側の時刻情報であるＰＣＲ（Program Clock Reference）が挿入されている。

従来、ＭＰＥＧのトランスポートストリームのようなパケット形式のディジタル信号を受信して記録する際、入力されたパケット毎の到着時刻をパケットと一緒に記録メディアに記録することで、その信号を再生する際に受信時のパケットの到着間隔を再現することが可能である。

しかし、再生信号をパケット化して伝送路を経由し再び記録を行った場合、様々な要因（例えば、ネットワークの混雑度、記録媒体からのデータ読み出し時間の変動など）から伝送路上でパケット毎の遅延時間が異なり、信号を受信したときにゆらぎ（ジッタ）が生じてしまい、再生時のパケット間隔を再現して記録することが難しい。

特にＭＰＥＧのトランスポートストリーム内でＰＣＲ（Program Clock Reference）のような時刻情報を含むパケットに大きなジッタが生じた場合、その信号を受信した再生装置で正しく再生できなくなることがある。

この問題を解決するために、ディジタル信号のパケット中に含まれる時刻情報を利用してジッタを低減する方法が特開平11-177653号公報で提案されている。
特開平11-177653号公報

ディジタル信号のパケット中に含まれる時刻情報を利用してパケットのジッタを低減しようとする場合、時刻情報を抽出するための内部解析を行う必要がある。そのため受信記録側の処理量が大きくなり、ソフトウエア処理量の増加またはハードウエアの大型化を伴う欠点を有していた。

そこで本発明はこの点に鑑み、ディジタル信号の内部解析を行う必要のある時刻情報を利用することなく、入力信号のパケットのジッタを低減して伝送あるいは記録するディジタル信号伝送装置、及びディジタル信号記録装置を提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するために本発明は、下記の装置を提供するものである。
（１）
パケット形式のディジタル信号を伝送するディジタル信号伝送装置において、
パケット毎の到着時刻情報を付加する到着時刻情報付加手段と、
前記付加された到着時刻情報からパケットの送出間隔を求めるパケット間隔計算手段と、
前記パケット間隔情報からパケット送出タイミングを生成するタイミング生成手段と、
前記タイミングに基づいてパケットを送出するパケット送出手段を持つことを特徴とするディジタル信号伝送装置。
（２）
パケット毎の到着時刻情報を付加する到着時刻情報付加手段と、
前記付加された到着時刻情報からパケットの送出間隔を求めるパケット間隔計算手段と、
前記パケット間隔情報からパケット送出タイミングを生成するタイミング生成手段と、
パケット送出時刻をパケットデータに付加する送出時刻情報付加手段と、
送出時刻情報を付加されたパケットデータを記録する記録手段を持つことを特徴とするディジタル信号記録装置。
（３）
パケット送出手段が、タイミング生成手段で生成されたタイミングの時刻情報と前記付化された到着時刻情報とを比較してパケットを送出するかどうかを制御するパケット送出制御手段と、
送出するパケットが存在しない場合にダミーパケットを送出するダミーパケット送出手段と、
ダミーパケットか通常のパケットかを識別する識別信号を付加する識別信号付加手段を備えたことを特徴とする上記（１）記載のディジタル信号伝送装置。
（４）
上記（３）記載のディジタル信号伝送装置が出力する、識別信号が付加されたパケットデータから、ダミーパケットを取り除くダミーパケット除去手段を備えたことを特徴とするディジタル信号伝送装置。
（５）
上記（４）記載のディジタル信号伝送装置が出力する、ダミーパケットが除去されたパケットデータに送出時刻情報を付加する送出時刻情報付加手段と、
送出時刻を付加されたパケットデータを記録する記録手段を備えたことを特徴とするディジタル信号記録装置。

本発明のディジタル信号伝送装置、及びディジタル信号記録装置によれば、ディジタル信号の内部解析を行うことなく、入力信号のパケットのジッタを低減させて伝送あるいは記録できるという効果を得ることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明のディジタル信号伝送装置の一実施例（実施例１）の構成を示すブロック図である。
送信側で図２（ａ）に示すように等間隔で伝送路に送出されたパケットが、受信側では図２（ｂ）に示すような到着時刻で到着する。これは伝送路上のさまざまな要因により、パケット毎に異なる遅延時間が発生することによるジッタである。

伝送路よりジッタを含んだＭＰＥＧ−ＴＳパケット図９（ａ）が入力端子１から入力される。
時刻情報付加器２は基準信号発生器１３で生成された基準信号をカウンタ１２で計数し、時刻情報として各パケットに付加し、図９（ｂ）の形式でバッファ３へ格納する。

図２（ａ）に示すように、等間隔で送出されたパケットが、伝送路上でジッタを含み、図２（ｂ）に示すような時刻に入力端子１に到着し、図２（ｃ）に示すように時刻情報が時刻情報付加器２で付加されたとする。

時刻情報読取器６はバッファ３から図９（ｂ）の形式のパケットを取り出しそのパケットに付加された時刻情報を読み取り、図９（ｃ）の形式で一時記憶７に記憶する。
減算器８は時刻情報読取器６の出力と、その1つ前の出力である一時記憶７の出力の差を計算することにより連続する２パケットの到着時刻の差分を計算し、パケット間隔情報として蓄積器９に蓄積する。

蓄積器９に一定時間蓄積されたパケット間隔情報から、それらのパケットがジッタを含む前の、伝送路に送出された時刻を推測し、再送出のタイミングを生成する。蓄積器９に蓄積する時間は例えば１秒間とする。

一定時間蓄積されたパケット間隔情報から元のパケットの送出間隔を求める一例として、ここでは、パケットが伝送路に固定間隔で送出されたという前提で、パケット間隔情報の平均値を求めることでパケットの送出間隔を求める。

図２（ｄ）がそれぞれのパケット間隔情報であり、平均値を求めると１０となる。基準信号発生器１３で生成された基準信号を送出信号発生器１１で計数して、求めた平均値を基に１０を数えるたびに送出信号を発生する。

求めた平均値が整数とならない場合、整数部（ｉｎｔ）と小数部に分け、小数部を分数の分母（ｄｅｎｏ）と分子（ｎｕｍｅ）として保持する。例えばｉｎｔ＝１０、ｄｅｎｏ＝３、ｎｕｍｅ＝１とした場合、整数部を加算値とするが、同時に分子の値も加算して計数しておき、この分子の加算値（ａｃｃ＿ｄｅｎｏ）が分母の値と等しいか大きくなった時に整数部の加算値に１を加え、分子の加算値から分母の値を引く。

このようにして生成された送出信号は図７に示すように、間隔が１０、１０、１１の繰り返しとなり、誤差は蓄積しない。この場合、加算値に１加えられた時に間隔が変動しジッタとなるが、基準信号発生器１３で生成された基準信号の信号間隔未満であり、基準信号発生器１３で生成する基準信号の周波数を高くすることで、ジッタを小さくすることが可能である。

送出器５は送出信号発生器１１の信号を基にバッファに蓄積されているパケットを送出する。その際、時刻情報付加器２で付加された時刻情報は必要ないので、時刻除去器４で取り除いて図９（ａ）の形式で送出する。

図２（ｅ）が等間隔に整列されてジッタが除去された送出器の出力である。これによりジッタが含まれたパケットデータを受信し、ジッタを低減したパケットデータを送出することが可能となる。なお、図２（ａ）と図２（ｅ）の縦軸は実際の同時刻を表すものではなく、図２（ｅ）の各パケットには一定の遅延があることを前提に、パケットの相対位置を示すために時間軸をそろえて示したものである。

図３は、本発明のディジタル信号記録装置の一実施例（実施例２）の構成を示すブロック図である。
実施例１で示したディジタル信号伝送装置の送出器５が出力するデータパケットに第２時刻情報付加器１５により基準信号発生器１３で生成された基準信号を第２カウンタ１４で計数した時刻情報を付加して図９（ｅ）の形式のパケットを記録器１６で記録することにより、ジッタが低減されたパケットデータを時刻情報と共に記録することができ、再生時に再生機がその時刻情報を利用してパケットを送出することにより、ジッタの少ない信号を再生することが可能となる。

なお、前述のパケット送出間隔が整数にならないことにより発生する微少なジッタは、送出側の基準信号と受信側の基準信号が必ずしも同一でないため、単に受信した信号に時刻情報を付加して記録する場合にも発生しうるものであり、伝送路で発生するジッタに対して基準信号の周波数を十分高く設定すれば、伝送路で発生するジッタを低減するという目的においては大きな問題とはならない。

図４は、本発明のディジタル信号記録装置の他の実施例（実施例３）の構成を示すブロック図である。
図５（ａ）は、等間隔で伝送路に送出されたパケットを表す。例えばディジタル放送に用いられるトランスポートストリームのデータパケットがこれに当たり、これが変調され変調された信号が送出される。

一方ディジタル放送受信機では、変調された信号を受信し復調することでデータパケットを取り出し、そのデータパケットをデコードすることで映像や音声を再生することができる。

また、同時に外部機器に対して、ストリームの出力を行う。このストリームはパーシャルストリームと呼ばれ、通常、受信したデータパケットから必要なパケットを取り出し、ＰＳＩ（Ｐｒｏｇｒａｍ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）パケット等を再構成することにより生成される。したがって受信したデータパケットの一部が欠落し、一部が置き換わった状態となり、図５（ｂ）に示すようなタイミングのパケットとして外部機器に送出される。

このパーシャルストリームが伝送路に送出されジッタを含み、図５（ｃ）に示すような時刻で時刻情報付加器２に入力され、図５（ｄ）のように時刻情報が付加される。
時刻情報読取器６はバッファ３から図９（ｂ）の形式のパケットを取り出しそのパケットに付加された時刻情報を読み取り、一時記憶器７に記憶する。

減算器８は時刻情報読取器６の出力と、その1つ前の出力である一時記憶器７の出力の差を計算することにより連続する２パケットの到着時刻の時刻の差分を計算し、パケット間隔情報として蓄積器９に蓄積する。図５（ｅ）が蓄積されるパケット間隔情報である。

蓄積器９に一定時間蓄積されたパケット間隔情報から、それらのパケットが伝送路に送出された時刻である図５（ｂ）を推測し、再送出のタイミングを生成する。
ここでは、もともと固定間隔のパケットの一部が欠落して伝送路に送出されたという前提で、パケット間隔情報のヒストグラム（頻度分布）を求めることで、元のパケット間隔を求める。

以下、ヒストグラムから元のパケット間隔を求める方法について説明する。図６はヒストグラムの一例である。
まずヒストグラムからモード（最頻値）を求め、これをｍｏｄｅとする。許容ジッタをｊとし基準信号発生器で生成される基準信号のクロック数で表す。ただし、ｊは想定される最小パケット間隔の半分未満とする。

ヒストグラム中に（ｍｏｄｅ−ｊ）より小さい値の分布がない場合、（ｍｏｄｅ−ｊ）以上（ｍｏｄｅ＋ｊ）未満の範囲の分布から平均値を求め、これをパケット間隔とする。
図８はヒストグラムの第二の例である。まずヒストグラムからモードを求め、これをｍｏｄｅ１とする。

許容ジッタをｊとし、（ｍｏｄｅ１−ｊ）以上（ｍｏｄｅ１＋ｊ）未満の範囲の分布から平均値を求め、これを第一の候補値（ｐ１）とする。
ヒストグラム中に（ｍｏｄｅ１−ｊ）より小さい値の分布が存在するので、ヒストグラム中の（ｍｏｄｅ１−ｊ）以下の分布からさらにモードを求めｍｏｄｅ２とし、（ｍｏｄｅ２−ｊ）以上（ｍｏｄｅ２＋ｊ）未満の範囲の分布から平均値を求め第二の候補値（ｐ２）とする。

ヒストグラム中に（ｍｏｄｅ２−ｊ）より小さい値の分布がない場合、ｐ１が最小パケット間隔、つまり元のパケット間隔であると想定し、まずｐ１とｐ２の比（ｐ１／ｐ２）を整数近似で求めｒａｔｉｏとし、ｐ１／ｒａｔｉｏを求めるパケット間隔の値とする。

ヒストグラム中に（ｍｏｄｅ２−ｊ）より小さい値の分布がある場合、ｐ２と同じ手順で（ｍｏｄｅ２−ｊ）以下の分布からさらにモードを求めｍｏｄｅ２として同様の計算を行い、パケット間隔を求める。

上記のようにして求まったパケット間隔を１０として、図５（ｆ）が等間隔に発生された送出信号であり、図５（ｇ）がその時の時刻情報（ｔ１）である。これと図５（ｄ）の付加された時刻情報（ｔ２）を比較し、（ｔ１−ｊ）≦ｔ２＜（ｔ１＋ｊ）を満たせばｔ２の時刻情報が付加されたパケットに、通常データパケットであることを示す識別子を付加して、図９（ｄ）の形式で送出する。

また上記の式を満たすパケットがない場合、図５のスイッチＳ１をｂに切り替え、ダミー生成器２１より生成された、ダミーパケットであることを示す識別子が付加された図９（ｄ）の形式でパケットを送出する。

ｊ＝３として、図５（ｈ）はこのようにして出力されるパケットを示している。パケットを記録する前にダミー除去器２２で図９（ｄ）の形式の識別子を参照してダミーパケットと識別子を除去する。

図５（ｉ）はダミーパケットが除去された図９（ａ）の形式のパケットを示している。
ダミーパケットが除去されたパケットに第２時刻情報付加器１５により基準信号発生器１３で生成された基準信号を第２カウンタ１４で計数した時刻情報を付加し、図９（ｅ）の形式で記録する。

これにより、元々等間隔に送出され一部のパケットが欠落したストリームのジッタを低減して、パケットデータを時刻情報と共に記録することができ、ジッタの少ない信号を再生することが可能となる。

本発明は元々等間隔に送出されたパケットであることを前提にしているが、ディジタル放送に用いられるトランスポートストリームのデータパケットは一般的に等間隔で送出されており、本発明を適用することにより効果が得られる。

また、本発明はデータの内部解析を行わないので、適用範囲はトランスポートストリームに限らず、等間隔で送出されるパケット形式のデータ一般に適用可能である。

本発明のディジタル信号伝送装置の一実施例（実施例１）を示す構成図である。 実施例１の動作を説明するための図である。 本発明のディジタル信号記録装置の一実施例（実施例２）を示す構成図である。 本発明のディジタル信号記録装置の一実施例（実施例３）を示す構成図である。 実施例３の動作を説明するための図である。 実施例３におけるヒストグラムからのパケット間隔の求め方を説明するための図である。 実施例１におけるパケット間隔が整数で表せない場合の処理方法を説明するための図である。 実施例３におけるヒストグラムからのパケット間隔の求め方を説明するための第２の図である。 本発明のディジタル信号記録装置の実施例内で使用されるパケットのデータフォーマットを説明するための図である。 ＭＰＥＧトランスポートストリームの構造を説明するための図である。

符号の説明

１ 入力端子
２ 時刻情報付加器
３ バッファ
４ 時刻除去器
５ 送出器
６ 時刻情報読取器
７ 一時記憶器
８ 減算器
９ 蓄積器
１０ 平均値計算器
１１ 送出信号発生器
１２ カウンタ
１３ 基準信号発生器

Claims (5)

1. パケット形式のディジタル信号を伝送するディジタル信号伝送装置において、
   パケット毎の到着時刻情報を付加する到着時刻情報付加手段と、
   前記付加された到着時刻情報からパケットの送出間隔を求めるパケット間隔計算手段と、
   前記パケット間隔情報からパケット送出タイミングを生成するタイミング生成手段と、
   前記タイミングに基づいてパケットを送出するパケット送出手段を持つことを特徴とするディジタル信号伝送装置。
2. パケット毎の到着時刻情報を付加する到着時刻情報付加手段と、
   前記付加された到着時刻情報からパケットの送出間隔を求めるパケット間隔計算手段と、
   前記パケット間隔情報からパケット送出タイミングを生成するタイミング生成手段と、
   パケット送出時刻情報をパケットデータに付加する送出時刻情報付加手段と、
   送出時刻情報を付加されたパケットデータを記録する記録手段を持つことを特徴とするディジタル信号記録装置。
3. パケット送出手段が、タイミング生成手段で生成されたタイミングの時刻情報と前記付化された到着時刻情報とを比較してパケットを送出するかどうかを制御するパケット送出制御手段と、
   送出するパケットが存在しない場合にダミーパケットを送出するダミーパケット送出手段と、
   ダミーパケットか通常のパケットかを識別する識別信号を付加する識別信号付加手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディジタル信号伝送装置。
4. 請求項３記載のディジタル信号伝送装置が出力する、識別信号が付加されたパケットデータから、ダミーパケットを取り除くダミーパケット除去手段を備えたことを特徴とするディジタル信号伝送装置。
5. 請求項４記載のディジタル信号伝送装置が出力する、ダミーパケットが除去されたパケットデータに送出時刻情報を付加する送出時刻情報付加手段と、
   送出時刻情報を付加されたパケットデータを記録する記録手段を備えたことを特徴とするディジタル信号記録装置。
   
   

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