JP2005515697A - リード・ソロモン符号に基づいた前方誤り訂正を用いた不均一誤り保護 - Google Patents

リード・ソロモン符号に基づいた前方誤り訂正を用いた不均一誤り保護 Download PDF

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Abstract

本発明はリード・ソロモン符号に基づいた前方誤り訂正を用いて不均一誤り保護についての新方法を企図するものである。本発明は種々の重要度レベルを有するデータ・シンボルを有するデータ・パケットに形成される。本発明は、単一のRS符号を全てのデータ・シンボルに対してその重要度のレベルにかかわらず形成するが、冗長度の削減が必要な場合、誤り訂正パケットを形成する際に、重要度の低いデータ・シンボルから生成された1つ以上の誤り訂正シンボルをスキップすることを有する。

Description

本発明は、伝送誤りに対するデータ・パケットの保護に関する方法を扱い、該データ・パケットは種々の重要度のレベルを有するデータ・シンボルを有する。
本発明は更に、そのような方法を実施する命令を有するプログラムを扱う。
本発明は更に、送信器及び受信器を有する伝送システムを扱い、該送信器はデータ・パケットを送信するよう企図され、該データ・パケットは種々の重要性のレベルを有するデータ・シンボルを有する。
本発明は更に、種々の重要性のレベルを有するデータ・シンボルを有するデータ・パケットを送信するよう企図されたデバイスを扱う。
本発明は更に、データ・パケット及び誤り訂正パケットをトランスポートする信号を扱う。
本発明は特に、インターネットのような、混雑しがちなネットワーク、及び/又は移動無線ネットワークのような、伝送誤りをこうむりやすいネットワークを介した映像伝送の分野において特に有用である。
漸進的に符号化されたソース・ストリームに対する不均一誤り保護方法を記載したものがある（「draft-ietf-avt-uxp-01.txt」の基準で発表されたIETF（インターネット・エンジニアリング・タスク・フォース）による西暦２００２年5月失効のインターネット・ドラフト標準に係わる非特許文献１参照。）。該企図された方法の目的は冗長によるオーバヘッドを削減することにある。該記載方法はデータを異なるクラスに分割し、クラス毎に異なる数の誤り訂正シンボルを生成するようクラス毎に異なるリード・ソロモン符号を形成することを有する。
IETF、"An RTP Payload Format for Erasure-Resilient Transmission of Progressive Multimedia Streams"
そのような方法は、特に受信器側で、実施する計算量を大きくする。本発明の目的の１つは実施する計算量の小さい不均一誤り訂正方法を企図することにある。
これは本特許請求の範囲において記載された、伝送誤りに対するデータ・パケットの保護に関する方法、伝送システム、データ・パケットを送信するよう企図されたデバイス、プログラム、及びデータ・パケット及び誤り訂正パケットをトランスポートする信号、によって実現される。
本発明によれば、同じ誤り訂正符号が全ての誤り訂正シンボルを、該誤り訂正シンボルが生成されたデータ・シンボルの重要度のレベルにかかわらず、生成するよう用いられる。一方では、該誤り訂正シンボルが生成されたデータ・シンボルの重要度のレベルは1つ以上ある。しかしながら、低い重要度のレベルを有するデータ・シンボルから生成された1つ以上の誤り訂正シンボルは冗長によるオーバヘッドが制限される場合、伝送されない。
すなわち、冗長によるオーバヘッドを制限する場合、本発明は伝送前に初期シンボル喪失をもたらす。これは本発明が低い重要度のレベルを有するデータ・シンボルに対する誤り訂正符号の容量全体を使用しないことを表す。
一般に、単一誤り訂正符号を用いることは、送信器側及び受信器側での実施を簡素化するので、効果的である。
本発明は、リード・ソロモン（RS）誤り訂正符号が用いられる場合、RS誤り訂正符号が計算能力の点で非常に高価なので、特に効果的である。本発明によって受信器の計算量を増加することなくRS符号と不均一誤り保護とを組み合わせて用いることが可能になる。そのようにRS符号と不均一誤り保護とを組み合わせて用いることは、インターネット及び/又は移動無線ネットワーク上で高品質伝送が想定される場合に、特に魅力的である。
本発明は所要計算能力の制限がエネルギの節減につながるので特に移動受信器が対象となるものである。
上記の選定工程は、上記のネットワークの現行の状態、例えば、伝送ネットワークの現行のパケット誤り率、によって変わってくることが効果的である。
パケット交換ネットワーク上のデータの配信は誤りを受けやすいものである。インターネットのような有線ネットワークにおいては、トラフィックの混雑はパケット喪失を引起す。ＵＭＴＳ（第３世代移動通信システム）又はＧＰＲＳ（ＧＳＭディジタル・セルラ・システムでのパケット通信サービス）のような無線ネットワークでは、フェージング、雑音及び干渉が受信器側でのビット誤りを生成し、パケットにおける１つの誤りビットが、ＣＲＣ（巡回冗長検査）方式を用いる場合、パケット全体の喪失を引起す。
喪失パケットの再送信は、特にオーディオ/映像の対話型アプリケーションのようなリアル・タイム・アプリケーションについて、常に適したものでも可能なものでもない。
前方誤り訂正（ＦＥＣ）は誤りに対してデータを保護する既知の解決策である。ＦＥＣは送信前に元データに冗長度を付加することを有する。該付加冗長度は喪失パケットを回復するよう受信器側で用いられる。
ＦＥＣを用いた伝送システムの例を図１に表す。図１を参照すれば、送信器ＴＸはデータ・パケットＤＰiを配信するデータ・ソースSS及びデータ・パケットＤＰiから誤り訂正パケットEPjを生成する前方誤り訂正手段FECを有する。例えば、データ・ソースSSはMPEG−４符号器である。データ・パケットDPiはその関連誤り訂正パケットEPjとともに伝送ブロックTBを形成する。伝送ブロックは伝送ネットワークNET上で受信器RXに送信される。受信器RXは伝送中に喪失されたデータ・パケット（図１における第２及び第３データ・パケット）を回復するデータ・パケット回復手段RRを有する。上記のデータ・パケット回復手段RRは受信データ・パケット及び回復データ・パケットをデータ宛て先DD（例えば、MPEG−４復号器）に配信する。
前方誤り訂正手段は誤り訂正符号を用いる。リード・ソロモンRS符号は強力でかつ柔軟な符号であることが周知である。RS訂正符号は2つのパラメータn及びkによって規定される。基本的に、RS(n,k)訂正符号はｋのシンボルのデータワードからｎのシンボルの符号語を構成することを有する（すなわち、n-kの冗長シンボルがkのシンボルのデータワード毎に付加される）。以下においては、付加冗長シンボルは誤り訂正シンボルと呼ぶ。RS(n,k)符号はtの誤り及びpの消去まで、2t+p＝n-kになるよう、訂正し得る（消去は既知の位置の誤りである。）。
RS(n,k)訂正符号を用いたFEC伝送手法においては、伝送ブロックはｋのデータ・パケット及びRS(n,k)訂正符号をkのデータ・パケットに形成することによって得られる(n-k)の誤り訂正パケットを有する。
本発明は少なくとも２つの重要度のレベルを有する（又は2つの重要度のレベルを設定し得る）データ・シンボルを有するデータ・パケットに形成されるので、重要度のレベルによってデータ・シンボルに対する保護の異なるレベルを関連付けることが考えられる。簡潔にするよう、以下に説明する例は2つの重要度レベル（高重要度レベル又は低重要度レベル）を有するデータ・シンボルに関する。これは限定的なものでない。
図２は本発明による誤り訂正シンボル及び誤り訂正パケットの生成方法を表すものである。伝送ブロックTBはkのデータ・パケットDPi(i=1,…,k)及び(n-k)の誤り訂正パケットEPj(j=n-k,…,n)を有する。点線Lはデータ・シンボルの第１分割P1と第２分割P２との間の分離を表す。第１分割P1は高重要度を有するデータ・シンボルを有する。分割P1は高い保護を受ける。第２分割P2は低い重要度を有するデータ・シンボルを有する。分割P2は低い保護を受ける。点線Lの位置は所要保護レベルによって変わってくる。所定のRS(n,k)符号においては、比率P1/P2が高いほど、保護は高くなる。
単一RS(n,k)符号は、kのデータ・パケットにおける同じランクq（q=1,…,mで、mは整数である）のｋのデータ・シンボルの群(sq,1,…sq,k)毎に(n-k)の誤り訂正シンボルの群(sq,(n-k),…sq,n)を、データ・シンボルの属する分割にかかわらず、生成するのに用いられる。ｋのデータ・シンボルの群(sq,1,…sq,k)及び対応する(n-k)の誤り訂正シンボルの群(sq,(n-k),…sq,n)はnシンボルの符号語CWqを構成する。
更に、(n-k)の誤り訂正パケットが生成され、各誤り訂正パケットは、ｍ誤り訂正シンボル(s1,j,…sm,j)から、j=n-k,..,nである場合、生成される。
本発明によれば、分割P2のデータ・シンボルから生成される1つ以上の誤り訂正シンボルは、少なくとも冗長によるオーバヘッドが制限される場合、1つ以上の誤り訂正パケットに挿入されるものでない。図２に表す例では、分割P2のデータ・シンボルから生成された誤り訂正シンボルは誤り訂正パケットEPn及びEPn-1に挿入されるものでない、すなわち、パケットEPn及びEPn-1は短いものである。
図３は本発明による前方誤り訂正手段の概略構成図を表す。図３を参照すれば、本発明による前方誤り訂正シンボル手段は選定手段SCTによって制御される誤り訂正生成手段ECS及び誤り訂正パケット生成手段ECPを有する。誤り訂正生成手段ECSは図２を参照して説明したような誤り訂正シンボルを生成する。選定手段SCTは伝送ネットワーク上での上記の誤り訂正パケットの伝送を考慮して誤り訂正パケットにおいて挿入する誤り訂正シンボルを選定するよう設けられる。
効果的実施例においては、選定手段SCTは（例えば、RTCP（リアルタイム・トランスポート・プロトコル制御プロトコル）によって）ネットワークを通じて受信器RXから受信された情報Iに反応するので、選定は伝送ネットワークの現行の状態に形成される。例えば、受信器は誤り率に関する情報を送信し、選定は、冗長の量が誤り率とともに増加するよう、形成される。例えば、これは点線Lを移動するか、誤り訂正シンボルが欠落している誤り訂正パケットの数を変更することによって実現し得る。
例えば、本発明はMPEG-4標準のデータ分割モード（DP）を用いることによって符号化された映像パケットに形成される。図４はイントラ符号化モード（符号化を行うのに先行して符号化されたパラメータを参照することのないパラメータを符号化するモード）とインター符号化モード（予測を構成するよう先行して符号化されたパラメータを用いてパラメータを符号化するモード）との両方についてのそのような映像パケットを表す。図４を参照すれば、I―VPはイントラ・モードによって符号化されたフレームに関する映像パケットを表す一方、P-VPはインター・モードによって符号化されたフレームに関する映像パケットを表す。
映像パケットのタイプは両方とも第１ブロックB1及び第２ブロックB2を有する。I-VP映像パケットについては、第１ブロックB1は：
再同期化マーカRM；
ヘッダHD；
DCT（離散コサイン変換）のDC（直流）係数DC-C；及び
DCマーカDC-M；
を有する。
P-VPの映像パケットについては、第１分割P1は：
再同期化マーカRM；
ヘッダHD；
動きデータMD；及び
動きマーカMM；
を有する。
I-VP及びP-VPパケットの第２ブロックB2はDCTのAC（交流）係数AC-Cを有する。
第１ブロックB1が有するデータは第２ブロックB2が有するデータよりも復号化の点で重要である。実際に、復号器は、データがヘッダにおいて欠落しているか動きデータが欠落している場合、映像パケットを復号化することができない。しかしながら、データがブロックB2において欠落している場合、なお、映像パケットを復号化することができる。
そのようなMPEG-4映像パケットでは、図２の点線Lは、例えば、全てのB1ブロックが完全に分割P1に属するように、位置する。ブロックB1及びB2の長さは制限されないので、点線Lの位置は伝送ブロック毎に算定されるのが効果的である。したがって、伝送ブロックTBの全てのデータ・パケットが各パケットにおけるブロックの終わりB1を取り出すよう解析されなければならない。ブロックの終わりB1は常にバイト・アラインされるものでないので、点線Lは最長ブロックB1が終結するバイトの終わりに位置する。
そのようなMPEG-4映像パケットは規定最大サイズよりも小さい可変サイズを有する。したがって、RS符号化前に、パディング・ビットが上記の規定最大サイズよりも小さなサイズを有するMPEG-4映像パケットの終わりで付加される。上記のパディング・ビットがネットワーク上で伝送されず、付加パディング・ビット数がデータ・パケット毎に伝送されることが効果的である。受信器RXはRS復号化を形成する前に受信データ・パケット毎に伝送パディング・ビット数を付加する。
例えば、データ・パケット及び誤り訂正パケットはリアルタイム転送プロトコル（RTP）を用いて伝送される。そのような場合においては、データ・パケットはIETFのRFC（コメント要求）１８８９に記載されたように構成されることが効果的である。例として、誤り訂正パケットは“An RTP payload format for Reed Solomon codes” と題する、J.Rosenburg 及び H. Shulzrinneによる、西暦１９９８年１１月３日提案、西暦１９９９年5月2日失効のIETFドラフトにおいて記載されたように構成される。
本発明による伝送システムを表す概略図である。 RS誤り訂正符号を用いる場合の、本発明による誤り訂正シンボル及び誤り訂正パケットの生成方法を説明する図である。 本発明による前方誤り訂正手段の構成図である。 MPEG−４標準のデータ分割モードを用いて符号化される映像パケットに対する本発明の実施を説明する図である。

Claims (10)

  1. 伝送誤りからデータ・パケットを保護する方法であって、該データ・パケットが種々の重要度のレベルを有するデータ・シンボルを有し、該方法は：
    該データ・シンボルから誤り訂正シンボルを、該データ・シンボルの重要度のレベルにかかわらず、誤り訂正符号を用いることによって、生成する誤り訂正シンボル生成工程；
    誤り訂正パケットを該誤り訂正シンボルから生成する誤り訂正パケット生成工程；及び
    該誤り訂正パケットが有する誤り訂正シンボルを、該誤り訂正シンボルが生成された該データ・シンボルの重要度のレベルによって、選定する選定工程；
    を有することを特徴とする方法。
  2. 請求項１記載の方法であって、前記誤り訂正パケット生成工程がｋのデータ・パケットから(n-k)の誤り訂正パケットを生成するよう企図され、誤り訂正パケットにおけるランクqの誤り訂正シンボルが該ｋのデータ・パケットにおけるランクqのkのデータ・シンボルから生成され、前記選定工程が該(n-k)の誤り訂正パケットの少なくとも１つにおける最低の重要度のレベルを有するデータ・シンボルから生成された少なくとも前記誤り訂正シンボルを有することのないことを可能にすることを特徴とする方法。
  3. 請求項１記載の方法であって、可変の状態を有するネットワーク上での伝送に用いるよう企図され、前記選定工程が該ネットワークの現行の状態によって変わってくることを特徴とする方法。
  4. 請求項１記載の方法であって、前記誤り訂正符号は組織ブロック符号であることを特徴とする方法。
  5. 伝送システムであって、送信器及び受信器を有し、該送信器はデータ・パケットを送信するよう企図され、該データ・パケットは種々の重要度のレベルを有するデータ・シンボルを有し、該送信器は：
    該データ・シンボルから誤り訂正シンボルを、該データ・シンボルの重要度のレベルにかかわらず、誤り訂正符号を用いることによって、生成する誤り訂正シンボル生成手段；
    該誤り訂正シンボルから誤り訂正パケットを生成する誤り訂正パケット生成手段；及び
    該誤り訂正パケットが有する該誤り訂正シンボルを該誤り訂正シンボルが生成された該データ・シンボルの重要度のレベルによって選定する選定手段；
    を有することを特徴とする伝送システム。
  6. 請求項５記載の伝送システムであって、前記誤り訂正パケット生成手段がｋのデータ・パケットから(n-k)の誤り訂正パケットを生成するよう企図され、誤り訂正パケットにおけるランクqの誤り訂正シンボルが該ｋのデータ・パケットにおけるランクqのkのデータ・シンボルから生成され、前記選定手段は該(n-k)の誤り訂正パケットの少なくとも１つにおける最低の重要度のレベルを有するデータ・シンボルから生成される少なくとも前記誤り訂正シンボルを有することのないことを可能にすることを特徴とする伝送システム。
  7. 種々の重要度のレベルを有するデータ・シンボルを有するデータ・パケットを送信する送信デバイスであって：
    該データ・シンボルから誤り訂正シンボルを、該データ・シンボルが属する重要度のレベルにかかわらず、誤り訂正符号を用いることによって、生成する誤り訂正シンボル生成手段；
    該誤り訂正シンボルから誤り訂正パケットを生成する誤り訂正パケット生成手段；及び
    該誤り訂正パケットが有する該誤り訂正シンボルを、該誤り訂正シンボルが生成された該データ・シンボルの重要度のレベルによって、選定する選定手段；
    を有することを特徴とする送信デバイス。
  8. 請求項７記載の送信デバイスであって、前記誤り訂正パケット生成手段がｋのデータ・パケットから(n-k)の誤り訂正パケットを生成することを企図し、誤り訂正パケットにおけるランクqの誤り訂正シンボルが該ｋのデータ・パケットにおけるランクqのkのデータ・シンボルから生成され、前記選定手段が該(n-k)の誤り訂正パケットの少なくとも１つにおける最低の重要度のレベルを有するデータ・シンボルから生成される少なくとも前記誤り訂正シンボルを有することのないことを可能にすることを特徴とする送信デバイス。
  9. プログラムであって、プロセッサによって実行された場合：
    請求項１記載の方法を実施する命令；
    を有することを特徴とするプログラム。
  10. データ・パケット及び誤り訂正パケットをトランスポートする信号であって：
    (n-k)の誤り訂正パケットの群がｋのデータ・パケットの群に相当し；
    該データ・パケットが種々の重要度のレベルを有するデータ・シンボルを有し；
    該誤り訂正パケットが誤り訂正シンボルを有し、(n-k)の誤り訂正パケットの群におけるランクqの誤り訂正シンボルがランクqのｋのデータ・シンボルから該相当するｋのデータ・パケットにおいて誤り訂正符号を用いることによって生成され；かつ
    該誤り訂正シンボルの少なくとも１つが該誤り訂正パケットの少なくとも１つにおいて欠落している、最低の重要度のレベルを有する、データ・シンボルから該誤り訂正符号によって生成される；
    ことを特徴とする信号。
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