JP2005167800A

JP2005167800A - データ通信装置

Info

Publication number: JP2005167800A
Application number: JP2003405886A
Authority: JP
Inventors: Tachio Ono; 太刀雄小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】従来、非同期通信よって行なっていたデータ伝送を同期通信によって行なえる手段を提供する。これにより、伝送レートが増加し通信バスを効率良く利用できる。
【解決手段】同期通信と非同期通信が混在するようなバスにおいて、２つの通信方式をバスの状態に応じて切替る手段を具備し、送信側は受信側に対して、どちらの通信方式によって通信を行うかを通知する手段を具備し、受信側は通信する方法に応じて処理できる手段を具備したデータ通信装置。また、同期通信においてパケット損失が発生した場合には、非同期通信によってロスパケットを再送する手段を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明はデータ通信装置に関する。

従来よりデータの伝送方法については、タイムクリティカル（時間的制約のある）なデータ伝送では同期伝送が用いられ、データクリティカル（データの値が重要であり、欠落の許されない）なデータ伝送では非同期伝送が主に行われていた。しかし、同期伝送が行えない、非同期伝送が行えない、といった状態で、他方の伝送方式なら使用できる状況がある。従来は、その場合の伝送方法の切り替えを提供する手段が無かった。

例えば、図５はＩＥＥＥ１３９４の同期通信であるアイソクロナス通信を使って映像や音声を伝送している様子を示している。アプリケーションの一例を図５に示す。ＶＴＲ１（５０１）、ＶＴＲ２（５０２）、ＶＴＲ３（５０３）、ＶＴＲ４（５０４）、セットトップボックス（ＳＴＢ）（５０５）及びテレビ（５０６）がそれぞれＩＥＥＥ１３９４ケーブルで接続されている。ＶＴＲ４（５０４）からは再生された映像データがチャンネル１のアイソクロナスリソースを使って送出され、ＶＴＲ２（５０２）はこの映像データを受信して記録している。さらにＳＴＢ（５０５）からはアンテナ（５０７）によって受信したデジタルテレビ放送の映像データがチャンネル２のアイソクロナスリソースを使って送出され、ＶＴＲ３（５０３）はこの映像データを受信して記録している。

この例のバス上のトラフィックの様子を図６に示す。（６０１）、（６０２）、（６０３）、（６０４）はサイクルスタートパケットで、アイソクロナス通信における各ノード間の同期をとる為にサイクルマスタノードから送出される。（６０５）、（６０６）、（６０７）、（６０８）は第１のチャンネルで伝送しているアイソクロナスパケット列で、（６０９）、（６１０）、（６１１）は第２のチャンネルで伝送しているアイソクロナスパケット列である。（６１２）は時間の進む方向を示す。

この例ではチャンネル１で伝送中の使用帯域は１サイクル周期約１２５μＳｅｃ中約４０μＳｅｃで、チャンネル２で伝送中の使用帯域も１サイクル周期約１２５μＳｅｃ中約４０μＳｅｃであるとする。アイソクロナス通信で使用出来る帯域は１サイクル周期約１２５μＳｅｃの４／５である約１００μＳｅｃなので、残りの帯域は約２０μＳｅｃ分である。従って、アイソクロナス通信による送信はこれ以上は行えない。

また、ＩＥＥＥ１３９４ではデータクリティカルな伝送では非同期伝送で送信する手段しか提供されていない。

図５のネットワークにおいて、ＶＴＲ１（５０１）が制止画像データをＴＶ（５０６）に対して送信する。この場合に通常制止画像データはデータクリティカルであるので、非同期通信、即ちアシンクロナス通信によって行われる。ＶＴＲ１（５０１）およびＴＶ（５０６）以外のノードは様々なデータの伝送をアシンクロナス通信によって行っている。そのためＶＴＲ１（５０１）はフェアネスインターバル間に１度しかデータの伝送が行えず、転送効率が低下する。

なお、ＩＥＥＥ１３９４規格に関しては、非特許文献１に記述されている。
IEEE Std 1394-1995, IEEE Standard for a High Performance Serial Bus, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.

しかしながら従来例において更にＶＴＲ１（５０１）から１サイクル周期内に約４０μＳｅｃの帯域を必要とする映像データを第３のチャンネルで送出し、これをテレビ（５０６）で受信しようとしても、アイソクロナス帯域の残りは約２０μＳｅｃ分しかないので、パケットを送出出来ない。

またＶＴＲ４（５０４）やＳＴＢ（５０５）のデータ送信を中断してアイソクロナスのリソースを開放してやればＶＴＲ１（５０１）のデータを送信出来るが、そのためにはＶＴＲ４（５０４）からＶＴＲ２（５０２）へのダビングやＳＴＢ（５０５）からＶＴＲ３（５０３）への映像の録画を中断しなければならない。

一方で、アシンクロナス通信の増大による転送効率の低下に対して、高速な伝送を実現するためには同期伝送を用いなければならない。

上記欠点を克服するため本発明は、同期通信が出来ないと判断したら、代わりに非同期通信で伝送する事を特徴とする。一方、欠落が許されないデータの送信において、高速に伝送を実現したい場合には、同期通信でデータの欠落なく伝送することを特徴とする。

この構成によって、トラフィックの問題やシステムの問題により同期通信ができない場合でも、非同期通信によってリアルタイム性を保ったままデータを伝送する事が可能となり、ＩＥＥＥ１３９４等では既に送信中の同期通信を中断することなく実現できる。

また逆に高速なデータ伝送を行いたい場合や、システムの問題により非同期通信ができない場合でも、同期通信によるデータ伝送が可能となる。

以上説明したように本発明によれば、アイソクロナス通信のリソースが確保出来ないと判断したら、代わりにアシンクロナス通信もしくはアシンクロナスストリーム通信で伝送する。また、アイソクロナス通信のリソースが確保出来ないと判断してアシンクロナス通信もしくはアシンクロナスストリーム通信での伝送に切り替えた事をユーザーに通知する。また、アシンクロナス通信のトラフィックが多くて、所定のデータレートが確保できないと判断したら送信データを間引いて送信する。また、所定のデータレートが確保できないと判断して送信データを間引いて送信する事によって、アイソクロナス通信のトラフィックが多くてアイソクロナス通信のリソースが確保できない場合でも、アシンクロナス通信でデータを伝送する事が可能となり、既に伝送中のアイソクロナス通信を中断する必要もない。また送信するパケットの時間的同期を保つことで、データ転送レートは低いがリアルタイム性を保つことができる。またアイソクロナス通信を活用することで、高速な転送が可能となる。さらにアイソクロナス通信で伝送するためのデータをアシンクロナス通信での伝送に切り替えた事をユーザーに通知することによって、アシンクロナス通信のトラフィックが増えた場合には伝送レートが落ちる可能性があるという警告をすることが出来る。

（実施例１）
本案を実施したブロック図を図１に示す。また機器の接続例としては従来例の図５に示すような場合で、ＶＴＲ４（５０４）からのデータとＳＴＢ（５０５）からのデータがアイソクロナス通信で送出されているところにＶＴＲ１（５０１）がＴＶ（５０６）で受信するためのデータを送信するような例とする。送信を開始しようとする時、まずＣＰＵ（１０１）はＬＩＮＫ（１０２）を通してＰＨＹ（１０３）に繋がれた１３９４バス（１０４）上のアイソクロナストラフィックの状態を調べる。具体的には１３９４バス上に存在するアイソクロナスリソースマネージャーにアクセスし、帯域レジスタの値を読み取る。そして自分が送信しようとするデータパケットに必要なアイソクロナス帯域が残っているかどうかを判断する。アイソクロナスリソースマネージャーに関する詳細は「IEEE Std 1394-1955・IEEE Standard for a High Performance Serial Bus」に記述されている。帯域が必要な分だけ残っている場合にはＣＰＵ（１０１）はデータソース（１０５）の出力をアイソクロナス送信バッファの入力部（１０６）に接続するためにスイッチ（１０７）を切り替える。ここで帯域が必要な分だけ残っていなかった場合にはＣＰＵ（１０１）はデータソース（１０５）の出力をアシンクロナス送信バッファの入力部（１０８）に接続する。送信データは一旦アシンクロナス送信バッファ（１０９）に貯えられ、アシンクロナスパケッタイズ処理（１１０）が施された後ＬＩＮＫ（１０２）、ＰＨＹ（１０３）を通して１３９４バス上に送出される。またＣＰＵ（１０１）はデータソース（１０５）の出力をアシンクロナス送信バッファの入力部（１０８）に接続した場合にはＬＥＤ（１１１）を点灯させ、ユーザーに本来ＩＳＯで送信する予定のデータをアシンクロナス通信を使って送信している事を知らせる。アシンクロナスパケッタイズ処理（１１０）はアシンクロナス送信バッファ（１０９）に少なくとも１パケット以上のデータが貯まったらデータを読み出してパケッタイズを行い送出する。

バス上のパケットの様子を図２に示す。従来例の図６に対して、各サイクルのアイソクロナス期間終了後にアシンクロナスパケット（２１３）〜（２１５）が送出される。

図４に前記したＣＰＵ（１０１）の動作フローの一例を示す。（４０１）で受信ノードからの送信要求が来るのを待つ。送信要求は具体的には例えば民生用ＡＶ機器のＡＶ／Ｃ−ＣＴＳといったコマンドセットの中のＶＴＲ再生コマンド等であり、アシンクロナス通信でやり取りされる。送信要求があったらアイソクロナス通信用のリソースの確保を試みる（４０２）。リソースが確保できたら（４０３）、スイッチ（１０７）を制御してデータソースの出力を（１０６）側に接続する（４０４）。そしてデータソース（１０５）にデータのバッファへの書き込みを指示する（４０５）。

一方、リソースが確保出来なかったら（４０３）、スイッチ（１０７）を制御してデータソースの出力を（１０８）側に接続する（４０６）。そしてデータソース（１０５）にデータのアシンクロナス用バッファ（１０９）への書き込みを指示する（４０８）。これにより請求項１記載のアシンクロナス通信への切り替え手段が実現される。

またユーザーに通知する手段としてＬＥＤ（１１１）を点灯させる（４０７）。データを送信する機器がデジタルビデオカメラなどであった場合には、デジタルビデオカメラ本体の表示画面に表示された再生画像上に何らかのメッセージをオーバーレイ表示することによって、ユーザーに対してアシンクロナスによるストリームデータの送信中を通知することも可能である。

これにより請求項２記載の通信方法が切り替わったことのユーザーへの通知手段が実現される。

アシンクロナス通信によるデータ送信が選択された場合には受信ノードのノードアドレスや１３９４アドレス空間の書き込みオフセットアドレスといった情報が必要になる。この場合にはブロードキャスト、マルチキャスト、もしくはユニキャストでデータ送信を行うかによって動作が異なる。例えばユニキャストで送信する場合には、送信相手のノードＩＤとオフセットアドレスを指定する。ノードＩＤは１３９４シリアルバス上で動的に割り振られるので、送信先を各１３９４のノードがもつコンフィグレーションＲＯＭに記述されたＧＵＩＤ（グローバルユニークＩＤ）等から特定した上でノードＩＤを指定する（７０１−７０２）。送信側ノードが外部からの要求に対してデータ送信を開始する場合には、その要求コマンドを送信したノードをユニキャストの送信先ノードに指定する。

またオフセットアドレスは送信前に送信先ノードに問い合わせを行った上で指定する。この時に受信側では、アイソクロナスで送信されるはずのデータを帯域確保できなかったためにアシンクロナスによって送信されたデータを受信する機能を有する必要があるので送信側ではそれが可能か否かを問い合わせ（７０３）、可能ならその返信としてオフセットアドレスを通知する（７０４）。送信側は前記のノードＩＤとオフセットアドレスを指定して送信する（７０５）。受信側では受信したデータの処理を逐次行う。受信側がこのようにアイソクロナスの変わりにアシンクロナスによって受信可能となる手段を提供することによって請求項７が実現される。

またブロードキャスト送信、マルチキャストを行う場合には前記の様に各ノードに対してアシンクロナス通信可能か否かを問い合わせて、可能なノードに対して個別に送信する。

図８は前記の状態においてブロードキャスト、マルチキャストを行う場合のパケットの様子である。ここで８１３は、時間軸方向を示している。８０１、８０５、８０９はアイソクロナス通信のチャンネル１のパケットであり図５のＶＴＲ４（５０４）が送信している。また８０２、８０６、８１０はアイソクロナス通信のチャンネル２のパケットであり図５のＳＴＢ（５０５）が送信している。バス上にはこの２チャンネルのアイソクロナスデータが送信されている。８０３、８０４、８０７、８０８、８１１、８１２は、帯域が不足しているために本発明のノードはアシンクロナス通信によってブロードキャスト送信、もしくはマルチキャスト送信されるパケットで、図５のＶＴＲ１（５０２）が送信しているとする。ＶＴＲ１（５０２）はＶＴＲ２（５０２）、ＶＴＲ３（５０３）およびＴＶ（５０６）に対して送信を行う場合には、アイソクロナス２チャンネルの通信が終わった後に、アシンクロナスによるパケット送信を行う。この時ＶＴＲ１（５０２）は３つのノードに対してマルチキャスト送信を行いたいので、３回のアシンクロナストランザクションを行う。図８において８０３はＶＴＲ２（５０２）、８０４はＶＴＲ３（５０３）、そして次のアイソクロナスサイクルの後に８０５がＴＶ（５０６）に対して送信され、８０６は再びＶＴＲ２（５０２）、８０９はＶＴＲ３（５０３）、８１０はＴＶ（５０６）に対して送信される。この場合に各トランザクションは前記の方法によって、トランザクション前にオフセットアドレスとノードＩＤは取得済みである。

ところでアイソクロナス通信のリソースが確保できなくてアシンクロナス通信の伝送に切り替えた時に、既にアシンクロナス通信による伝送がバス上に存在することもある。もしくは後から別なアシンクロナス通信の伝送が始まることもある。この時はアシンクロナス通信の平等調停により必ずしも自分が希望する伝送レートが確保できるとは限らない。

この場合はデータソース（１０５）からの出力データに対して、実際にアシンクロナス通信で送信されるデータを間引いて送出する。例えば図３に示す様にデータース（１０５）から出力されるパケット列が（３０１）であるとする。ここでバス上に同様のパケットサイズで同様の伝送レートを持つアシンクロナス通信が存在すると、実際にアシンクロナス通信で送出できる機会は両者２つの伝送に分け与えるので、（３０２）、（３０３）、（３０４）に示すようなタイミングになる。データソースから出力されるパケット列が番号（３０５）のように、１、２、３…であったとすると、実際にバス上に送出されるのは番号（３０６）の様に１、３、５…になる。つまりこの例では一つおきになる。これにより請求項３記載のデータレートを下げるために間引いた転送が実現される。

またユーザーに通知する手段として、データを送信する機器がデジタルビデオカメラなどであった場合には、デジタルビデオカメラ本体の表示画面に表示された再生画像上に何らかのメッセージをオーバーレイ表示することによって、ユーザーに対してアシンクロナスによるストリームデータのデータレートが低下していることを通知する。これにより請求項４記載のデータレートが低下していることのユーザーへの通知手段が実現される。

図９は実際に時間的同期を鑑みてデータをアシンクロナス通信で行う様子を示したものである。９０３は時間軸の進行方向を示しており、転送用のデータ（９０１）がシステムのバス上を移動している状態を示している。９０４は現在の時刻を示している。このとき９０１は常にアシンクロナス送信用のＦＩＦＯ（９０２）を通過もしくはコピーされ、送信ノードがアシンクロナス送信のための調停に勝った瞬間に時間的に同期したデータを転送することができる。これにより請求項５記載の時間的に同期したデータ送信が実現される。

一方で転送するデータは、単一のパケットではデータとしての意味が無く、複数のパケットによって意味を持つものも存在する。その場合には、図１０の様に複数のデータを１つのオブジェクトとして扱う。１００９は時間軸の進行方向を示しており、１００１〜１００８のパケットデータが流れている。１００２〜１００６のデータが１つの意味を持ったデータとして構成されている。これらのデータはアイソクロナス通信の場合には、時間ｔ１（１０１０）から時間ｔ２（１０１１）の間にパケットが送信されるべきデータである。従ってアシンクロナス送信の場合においてもこの時間内に１００２〜１００６のデータを送信しなければならない。これらのデータはまとめてバッファ（１０１２）に転送される。転送されたデータはアシンクロナス通信が調停に勝つ毎にＦＩＦＯ（１０１３）より送信され次のデータがバッファ（１０１２）よりＦＩＦＯ（１０１３）にコピーされる。これにより複数のパケットで１つのデータとしての意味を持つ場合においても時間的に同期の取れたデータ転送手段、即ち請求項６が実現される。

また前記のように複数のパケットでデータとしての意味を持つ場合には、そのパケットの数が多いほどデータの転送レートは低下してしまうのでデータの量を減らす必要がある。

図１１は例えば動画ストリームデータを送信する場合に、転送レートに応じて動的に転送レートを変化させるフローである。送信ノードはアシンクロナスによるストリームの送信を行っている場合に、現在の転送レートをアシンクロナスの送信数から計測する（１１０１）。計測されたレートが任意の閾値Ａを比較し（１１０２）、大きい場合には動画の圧縮率を増加させる（１１０４）、また小さい場合には圧縮率を減少させ画質を向上させる（１１０５）。この方法により転送のレートを動的に変化させることができ請求項８が実現される。

上記実施例はアシンクロナスパケットによる通信に切り替えた場合を説明したが、アシンクロナスストリームパケットを用いても良い。この場合にはリソースとしてチャンネルの確保が必要になるが、動作としては上記と同様である。アイソクロナス通信のリソースが確保できなかったらアシンクロナスストリーム通信での伝送の為のチャンネル確保を試み、それも確保出来なかったらアイソクロナス通信を選択するという様に構成しても良い。

この様に構成する事によって、アイソクロナス通信のリソースが確保出来ないからといって、全くデータを送らないという様にあきらめる必要はない。特に絶対に伝送を中断したくないダビングやオンエアの記録中に、ちょっと別なテープに記録された内容をＴＶで確認したい、などという場合に非常に有用である。

（実施例２）
図１２はアシンクロナス通信からアイソクロナス通信に切り替える動作を示したフローである。

自動の切り替えの場合には（１２０１−Ｙｅｓ）、送信ノードは、アシンクロナス通信の転送レートを計測する（１２０２）。このレートがある閾値より小さい場合には（１２０４−Ｙｅｓ）、伝送をアイソクロナス通信に切り替える（１２０７）。大きければ、アシンクロナス通信によって送信を行う（１２０６）。手動の場合は（１２０１−Ｎｏ）、ユーザーがデータ通信装置の実装される表示画面と操作部によって、どちらの通信方法にするかを選択しておく（１２０３）。

図１３は受信側のアイソクロナス通信による受信を行う際の動作フローである。アシンクロナス通信からアイソクロナス通信へ切り替えた場合には、送信先にその事を通知する必要がある。受信側ではその通知を受けとり（１３０１）、アイソクロナスによるデータの受信が可能か否かを決定する（１３０２）。例えば既に、ストリームデータの受信を行っており、かつアイソクロナス用のプラグが１つしかない場合には受信不可能なのでアシンクロナスによる通信を要求する（１３０４）。またアイソクロナス通信によるデータ受信が不可能な場合もまた、アシンクロナスによる通信となる（１３０４）。逆にアイソクロナス通信によるデータ受信が可能なシステムである場合には、アイソクロナス通信によるデータ伝送を許可する（１３０５）。この際に送信側は伝送容量を受信側に通知しておく。

アイソクロナス通信では、欠落なくデータ伝送を行う必要があるので、データの欠落を防ぐために、連続したＩＤ（１４０１）をヘッダとして付与する。図１５はアイソクロナス通信による伝送状態を示している。送信側（１５０９）は、図１４のパケットを１２５μＳｅｃ毎に送信する（１５０１〜１５０４）。このときに１５０２がロスパケットとして欠落してしまい受信側に到達しなかった。

図１６は受信側（１５１０）の動作フローで、各パケットを受信したら（１６０１）、そのパケットの連続番号を確認し（１６０２）、パケットロスがあった場合には記録しておく（１６０３）。アイソクロナス通信よるデータ伝送が終了したら（１６０４）、アシンクロナス通信によりロスパケットの要求（１５０５）を行う（１６０５）。その後、ロスパケット（１５０６〜１５０８）を受信し（１６０６）データ伝送は終了となる。

またシステム内において、アシンクロナス通信用のデータをアイソクロナス通信用のデータ交換できる場合には、変換した上でアイソクロナス通信によってデータ伝送を行う。この場合には、前述のような連続したＩＤをヘッダとして付与すること無くＩＥＣ６１８８３で規定されたアイソクロナスの伝送方法で伝送を行う。図１７は、前記の場合の電気的構成を示すブロック図の一部である。撮影部より得られたデータは、専用バス（１７１０）より動画処理装置に（１７０１）に転送され、外部に出力する場合には、専用バス（１７０９）から通信装置（１７０２）に転送され同期伝送（アイソクロナス）により外部に送信される。一方、静止画として記録される場合には、システムのデータバス（１７０７）を介して、制御装置（１７０３）によって静止画処理装置（１７０４）に転送され、処理後のデータが記録メモリ（１７０５）に転送される。外部に対して、記録メモリに保存されている静止画データを転送する場合には、制御装置（１７０３）によって記録メモリ（１７０５）よりデータバス（１７０７）経由でデータが読み出され、静止画処理装置（１７０４）によって処理がなされ、動画処理装置（１７０１）に転送される。動画処理装置では通常の動画データとしてこのデータを取り扱い、通信装置（１７０２）に専用バス（１７０９）によって転送し同期通信によって外部に送信される。

受信側では、受信したデータを同様の手順で静止画に変換し記録する。

なお、上記実施例は、通信の物理層がＩＥＥＥ１３９４でなくても、同期転送、非同期転送が可能なものなら何でも良い。

本発明の実施例１のブロック図。本発明の実施例１のデータ列。本発明の実施例１のデータ列。本発明の実施例１の処理フロー。機器の接続例。従来の実施例１のデータ列。アシンクロナスによる転送が可能か否かの問い合わせフロー。アシンクロナスによるブロードキャスト、マルチキャスト時のデータ列。時間的同期を保つ方法の説明図。複数のパケットで意味を持つデータの場合に時間的同期を保つ方法の説明図。動的にデータの圧縮率を変化させる場合の処理フロー。アイソクロナスとアシンクロナスの切替えを自動、手動で行う場合の動作フロー。受信側のアイソクロナス受信能力の問い合わせに対する動作フロー。アイソクロナスのパケット。パケットロスの再送を示したフロー。パケット再送の動作フロー。実施例２の電気的構成を示すブロック図。

符号の説明

１０１ＣＰＵ
１０２ＬＩＮＫ
１０３ＰＨＹ
１０４１３９４バス
１０５データソース
１０６アイソクロナス側接続点
１０７スイッチ
１０８アシンクロナス側接続点
１０９アシンクロナス送信バッファ
１１０アシンクロナスパケッタイズ処理
１１１ＬＥＤ

Claims

同期伝送手段と非同期伝送手段を具備し、時間的制限のあるようなデータは同期伝送方式によって送信し、値そのものが重要なデータは非同期伝送方式によって伝送を行い、非同期伝送が使用できない場合には、同期伝送を代わりに用いてデータを確実に伝送できる手段を具備し、同期伝送ができない場合には、非同期伝送を代わりに用いてデータをリアルタイムに伝送できる手段を具備するデータ通信装置。
同期伝送の代わりに非同期伝送を用いて送信されたリアルタイム性が要求されるデータを、リアルタイム性を保ったまま受信できることを特徴としたデータ伝送装置。
非同期伝送の代わりに同期伝送を用いて送信されたロバストなデータ伝送が要求されるデータを、データの欠落なく受信できることを特徴としたデータ送信装置。