JP2005523638A - 優先順位付けされたデータを有するシステムにおける誤り制御符号化のためのダイバーシチ方式 - Google Patents

Abstract

優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の方法が提供されている。データシーケンスにおける高優先順位パケットが仮想反復を形成するのに反復される。前記データシーケンスを再構築するために後におけるデータシーケンス、パリティ記号及びタグ情報のみの送信のために、データシーケンス及び仮想反復からパリティ記号が生成され、また、パリティ記号の生成に使用される仮想反復の数を示すタグ情報が生成される。

Description

発明の詳細な説明

［発明の技術分野］
本発明は、一般に優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有する情報送信システムに関し、より詳細には、そのようなシステムに使用されるためのダイバーシチ誤り制御符号化の方法及び装置に関するものである。
［発明の背景］
可変長パケットを使用するとともに優先順位付けされたデータ（即ち、あるデータは低優先順位として分類され、あるデータは高優先順位として分類される）を使用する情報送信システムはいくつかある。これらシステムの例には、最近の音声及びビデオ符号化方式を有するシステムが含まれる。

従前のシステムには、高い優先順位と低い優先順位のトラフィックを分離し、これらを異なる誤り制御符号をもってこれらを別々に保護することが含まれる。インターリーブも、誤りのバーストを拡散／縮小してブロック符号化構造の効率化を図るために一般的に使用されるものである。

他の情報送信システムでは、優先順位付けされたデータは使用されず、可変長パケットのみが使用される。これらのシステムにおいて、従来技術（例えば、Ｊ．Ｂｏｙｃｅ、“インターネット上送信されるＭＰＥＧビデオのパケットロスの回復”、信号処理：画像通信１５、７頁−２４頁、１９９９年）は、可変長パケットをいくつかのグループに分け、縦方向の次元に沿って符号語を形成する技術を説明している。

図１は、従来技術によるところの可変長パケット１０２Ａ−Ｆのグループ化を示すブロック図である。符号語はいくつかのパケットにわたって縦方向に形成されており、関連するパリティ記号は別のパケットによって送信される。例えば、第一符号語は、各パケットの第一記号から形成される。そして、第二符号後は各パケットの第二記号から形成される、というように続けて行なわれる。関連するパリティバイトは別のパケットで送信される。ある符号語が他の符号後よりも短い場合もあるので、縦方向の符号語のサイズは異なる。母符号（ｍｏｔｈｅｒ ｃｏｄｅ）を使用して、その母符号を適当な長さに短縮することによって、可変長符号語を形成することも可能である。

従来技術の問題は、高優先順位データに対して追加の保護措置が付与されていないことである。一つの案としては、高優先順位のパケットを一緒のグループにし、パリティ記号をさらに使用して、それらを別途送信することである。しかし、この手法では、十分な高優先順位のパケットが得られるまでの待ち時間が増えるという欠点がある。例えば、ビデオの場合、高優先順位パケットがＩフレーム（Ｉ−ｆｒａｍｅ）を含むことがあり、それが低優先順位として記されるいくつかの予測フレームの間に配されることがある。

よって、従来技術の上記課題を解消できて、優先順付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有する情報送信システムに使用されるダイバーシチ誤り制御符号化方法及びその装置を提供することが望ましく、効果的である。
［発明の概要］
上記課題及び従来技術の関連する課題は、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の方法及び装置に係る本発明によって解決される。

本発明の一側面によると、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の方法が提供されている。データシーケンスにおける高優先順位パケットが仮想反復を形成するのに反復される。前記データシーケンスを再構築するために後におけるデータシーケンス、パリティ記号及びタグ情報のみの送信のために、データシーケンス及び仮想反復からパリティ記号が生成され、また、パリティ記号の生成に使用される仮想反復の数を示すタグ情報が生成される。

本発明の一側面によると、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御復号化の方法が提供されている。データパケット、パリティパケット、及びタグ情報が受信される。パリティパケットは、データパケット及びデータパケットの高優先順位のものの反復の両方から生成されるパリティ記号を有している。タグ情報は、パリティ記号の生成に使用した反復の数を示すためである。反復の送信及び受信がされることなく、受信されたデータパケット、パリティ記号及びタグ情報からデータシーケンスが再構築される。

本発明の一側面によると、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の装置が提供されている。反復器は、仮想反復を形成するのにデータシーケンスの高優先順位パケットを反復する。パリティ記号生成器は、データシーケンス及び仮想反復からパリティ記号を生成する。タグ情報生成器は、パリティ記号の生成に使用される仮想反復の数を示すタグ情報を生成する。後にデータシーケンス、パリティ記号及びタグ情報のみが、データシーケンスを再構築するために、送信される。

本発明の更なる一側面によると、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の装置が提供されている。復号器は、データパケット、パリティパケット、及びタグ情報を含むデータシーケンスを受信する。パリティパケットは、データパケット及びデータパケットの高優先順位のものの反復の両方から生成されるパリティ記号を有している。タグ情報は、パリティ記号の生成に使用した反復の数を示している。復号器は、反復を受信することなく、少なくともパリティ記号及びタグ情報を使用して、データパケットのデータ記号を再構築する。

本発明の前記並びに側面、特徴及び効果は、以下の詳細な説明を添付の図面と照らし合わせて読むことにより明らかになる。
［発明の詳細な説明］
本発明は、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有する情報送信システムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の方法及び装置に関するものである。本発明は、高優先順位パケットの仮想複製（ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ）を行って、この複製のための追加パリティ記号を計算することにより、ダイバーシチ利得（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｇａｉｎ）を達成するものである。追加的に送信されるのは、高優先順位パケット用の追加パリティ記号とパリティ記号を生成するのに使用された仮想複製の数を示すタグ情報である。かかる高優先順位パケットは複数回にわたって送信されることは無い。ここで使用される「情報送信システム」という用語は、情報の使用、送信及び／又は受信が可能なあらゆるシステムのことを意味する。

この追加パリティ記号の送信及び高優先順位記号の仮想複製の使用は、複数のアンテナを使用する通信システムがダイバーシチ（いわゆるアンテナ・ダイバーシチ）を利用するのと類似する「ダイバーシチ利得」を提供するものである。ある高優先順パケットのバージョンが再構築できなくても、その他のバージョン（仮想複製の一つ）を訂正することができることによって、このダイバーシチ利得が実現される。

尚、本発明は、ハードウェア、ソフトフェア、ファームウェア、特殊目的プロセッサの態様で、或いはこれらの組み合わせという態様で実行されてもよい。好ましくは、本発明は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実行される。更に、かかるソフトウェアがプログラム保管装置に有形に組み込まれたアプリケーションプログラムとして実行されることが好ましい。このアプリケーションプログラムは、あらゆる適当なアーキテクチャを有する装置に実行或いはアップロードされてもよい。好ましくは、この装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースなどのハードウェアを一つ以上有する電子計算機プラットフォームに実行される。この電子計算機プラットフォームは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）及びマイクロ命令コードをも含む。また、ここで記載されている種々の処理及び機能は、ＯＳを介して実行されるマイクロ命令コードの一部又はアプリケーションプログラムの一部（又はこれらの組み合わせ）であることも可能である。更に、追加のデータ保管装置やプリンター装置など他の周辺機器が電子計算機プラットフォームに結合されていてもよい。

尚、また、添付の図面に示されているシステムの要素や方法のステップがソフトウェアをもって好ましく実行されているため、本発明がプログラムされている態様によって、システムの要素（或いは処理ステップ）間の実際の結合関係が異なることがある。ここにおける記載をもって、本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、本発明及び本発明と類似の方法、構成を理解することができる。

図２は、本発明の実施例によるところの本発明が適用されるシステム２００を示すブロック図である。システム２００は、ネットワーク又は送信路２９０を介して結合されている送信部２１０と受信部２５０とを有する。本発明は優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを使用するあらゆる種類のシステムに適用することが可能である。更に、かかるシステムにおいて、データの交換を図るべく、符号化と送信の機能及び受信及び復号化の機能をシステム全体にわたって相互に実行することが可能である。

送信部２１０はデータを符号化するための符号化器２１２及びデータ及び以下に記載されている情報を送信するための送信器２１４を有している。符号化器２１２は、反復器２２２、パリティ記号生成器２２４及びタグ情報生成器２２６を有している。反復器２２２は高優先順位パケットの仮想反復（ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）を生成する。パリティ記号生成器２２４は、高優先順位・低優先順位の両方のデータ用のパリティ記号を生成するとともに、高優先順位パケットの仮想反復用のパリティ記号を生成する。タグ情報生成器２２６は仮想表示（即ち、パリティ記号を生成するにおいて、所定の高優先順位パケットに対していくつの仮想表示が生成されたか）の数を示すタグ情報を生成する。

送信部２５０は、データを受信するための受信器２５４及びデータを復号するための復号器２５２を有している。符号化器２１２及び復号器２５２は、本発明の精神及び技術的範囲から逸脱することなく、同様の機能を実行することができる他の要素をもって置換することも可能である。例えば、コーデックを使用することも可能である。

以下、本発明に関連するいくつかの考察について簡単に説明する。第一に、高優先順位パケットは比較的長い傾向がある。例えば、ビデオデータにおいては、高優先順位パケットは大量のデータを含むＩ−フレームであるのに対し、低優先順位パケットはさほどデータを含まない予測フレームである。第二に、落とされた或いは損失されたパケットにおいて、そのパケット全体が消失（ｅｒａｓｕｒｅ）をもってマーキングされるという形式の消失符号化が採用される。消失は、誤り制御符号化技術として知られており、該技術は、誤りの位置を復号器の外部の存在が復号器に知らせるものである。例えば、損失パケットを検出し、関連する消失を復号器に知らせるという処理がある。第三に、パケットが長いほど、パケット損失の可能性が高くなる。例えば、無線システムにおいて、長いパケットの送信時間が長ければ、通信路の条件はより大きく変化する可能性がある。これに比べて、短いパケットでは、通信路空白やインパルスノイズが発生する可能性が低い。

以下、本発明の簡単な概要について説明する。一般に、本発明は、符号化器で高優先順位の仮想反復を形成する。図３は、本発明の実施例によるところの高優先順位パケットの仮想反復の使用を示すブロック図である。図３に示されるパケット３１０には、パリティパケット３１０、低優先順位パケット３２０、高優先順位パケット３３０、及び高優先順位の仮想複製３４０が含まれている。

ここで使用されているように、「仮想反復」とは、符号化の目的で送信器において行われるデータの反復のことをいい、これらの反復データは実際に通信路上送信されないものである。高優先順位パケット３３０の仮想複製を表す図３の陰線が施されたパケット３４０に示されているように、高優先順位パケットの反復は、これらを端から端へと複製することにより行われる（必要とされる誤り保護の程度に応じて行われる）。関連するパリティ記号（図３で矢印で示されている）は二つの低優先順位パケットとともに高優先順位パケットの仮想反復を符号化することにより形成される。

高優先順位の第一インスタンスのみが通信路をわたって送信される。仮想反復は送信されない。本発明で行われる追加の送信は、仮想反復の利用と反復情報のタグ処理（数ビット／記号のオーダーで実行）によって生じる追加パリティ記号の送信である。

復号器では、仮想反復は関連する受信された高優先順位を反復することにより形成され、パケットは復号され、そして、誤りは訂正される。

本発明の利点は、高優先順位パケットの当初のバージョンが正しく復号できない場合（例えば、パケット損失による大量の誤りによる場合）、であっても、本発明の方式が有するダイバーシチによって仮想反復のいずれか一つが正しい復号を可能にすることである。高優先順位のバージョンが一つでも正しく復号することができれば、高優先順位パケットは適切に受信される。これは例をもって説明することができる。

以下、本発明に係る例について、図４−６を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施例によるところの例で使用されるパケット構造を示す図である。図５は、本発明の実施例によるところのパケットに対する符号の適用を示す図である。図６は、本発明の実施例によるところの例で使用される誤りパターンを示す図である。

この例では、三つのパケットが使用される。パケット１は、低優先順位であり、４つの記号を有している。図５に示されているように、パケット２における二つの高優先順位記号が反復され（点線の記号として示されている）、そして、符号が縦方向にパケットに適用される。パケットの長さが異なることにより、異なるサイズの符合が使用される。最初の二列に対して、符号（４、３）が使用される。この符号は三つのデータ記号にパリティ記号を一つ追加することで長さが４の符号語を形成する。三つ目と四つ目の列に符号（３、２）が使用される。この符号は二つのデータ記号にパリティ記号一つ追加することで長さが３の符号語を形成する。いずれの符号とも一つだけの誤りを訂正することができる。この方式において、消失符号化が採用され、各パリティ記号は一つの誤りを訂正することが仮定される。

パケットが図６に示されている誤りパターンを有して受信器に到達したと仮定する。Ｘ印は誤りとして受信された記号を表す。上述の通り、一つの符号語につき最大一つの誤りの訂正が可能である。

パケット１及び２の両パケットの全ての記号に誤りがある（パケットの損失による場合など）。最初の二つの列において、縦方向の各符号語は二つの誤りを有している。ここでは、符号訂正限度を超えているため、その列におけるどのデータも回復不能である（パケット３の低優先順位の記号でさえ回復不能）。しかし、高優先順位記号の仮想反復を含む三つ目と四つ目の列に含まれる誤りは、それぞれ一つである。よって、これら高優先順位記号の仮想反復における誤りが回復可能である。パケット１及びパケット３が消失されていても、本発明を使用することによって高優先順位のパケット２の良好な回復が可能になる（本発明によらなければ、高優先順位のパケット２は回復不能である）。更に、高優先順位のパケット２がその仮想反復によって一旦回復すると、これらは、訂正記号として、最初の二列における当初の高優先順位記号に代替することが可能になる。とすると、各列につき誤りが一つになり、ブートストラップ方法を介してパケット１における誤りの訂正も可能になる。

図７は本発明の実施例によるところの、図６の誤りパターンに基づくブートストラップ方法を示すフローチャートである。

パリティ記号６１３及び６１４は、仮想反復６０５及び６０６における誤りを訂正するのに使用される（ステップ７１０）。よって、よって、一つのパリティ記号は一つの記号を訂正する。

訂正された記号６０５及び６０６は、当初の高優先順位記号６０３及び６０４の代替となる（ステップ７２０）。よって、パリティ記号６１１及び６１２は、二つのエラーを訂正できないが、代替によりその誤りの一つが解消される。

パリティ記号６１１及び６１２は、記号６０１及び６０２における誤りを訂正するのに使用される（ステップ７３０）。よって、誤りが一つになり、また、パリティ記号も一つになる。従って、一つのエラーの訂正が可能になる。

よって、単純に当初の高優先順位パケットを複数回反復して、送信を行なう代わりにパリティ記号を送信することの利点は、誤りが生じた場合に、図７を参照して説明されるように、ブートストラップ方法を通じて正常に受信されたパケットによって当初の高優先順位パケットを回復できることである。当業者にとって明らかなように、この方法は、同じ量の送信情報に対して、単純なパケット反復方式よりも良好に機能する。

本発明の実施例で必要とされる追加送信オーバーヘッドとしては、追加パリティ記号一つと（三つ目の列の符号語に対して１記号、四つ目の列の符号語に対して１記号）とデータの反復回数を示すタグ情報（高優先順位のパケットの数ビットのオーダーに関するもの）との送信だけである。

以下、本発明の主要なコンセプトや利点について簡単に説明する。本発明は、優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットの情報送信システムの使用されるためのダイバーシチ誤り制御符号化に関するものである。高優先順位パケットはデータの仮想反復を形成するのに反復される。仮想反復は、関連するパリティ記号を生成する符号化プロセスで使用されるが、これら反復は通信路上送信されることはない（よって、帯幅が節約される）。受信データの仮想反復は、復号器によってデータを復号化するために使用される。復号化のダイバーシチの側面によって、データの仮想反復の復号化が一つ以上でも成功する限り、高優先順位データを正しく復号化することが可能になる。本発明は、効果的に反復の数を優先順位の機能の一つにさせる働きを提供する（例えば、優先順位のレベルが異なることにより、反復の数も異なることになる）。

尚、本発明の実施例は、添付の図面をもって説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の精神及び技術的範囲を逸脱することなく、当業者によって変更及び改良が加えられることが可能である。これら変更及び改良は、特許請求の範囲によって説明されて範囲に含まれるものである。

図１は、従来技術による可変長パケットのグループ化を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施例による本発明が適用されるシステム２００を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施例による高優先順位パケットの仮想反復の使用を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施例による前記例に使用されるパケット構造を示す図である。 図５は、本発明の実施例によるパケットに対するコードの適用を示す図である。 図６は、本発明の実施例による前記例に使用される誤りパターンを示す図である。 図７は、本発明の実施例による図６の誤りパターンに基づくブートストラップ方法を示すフローチャートである。

Claims (15)

1. 優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御符号化の方法であって：
   仮想反復を形成するのにデータシーケンスに高優先順位パケットを反復する段階；
   前記データシーケンス及び前記仮想反復からパリティ記号を生成する段階；及び
   前記パリティ記号の生成に使用した前記仮想反復の数を示すタグ情報を生成する段階；
   から構成され、前記データシーケンスの再構築をするために後に前記データシーケンス、前記パリティ記号、及び前記タグ情報のみを送信する、ところの方法。
2. 請求項１記載の方法であって、さらに、後の前記データシーケンスの再構築のために、前記仮想反復を送信することなく、前記データシーケンス、前記パリティ記号、及び前記タグ情報のみを送信する段階を有する、ところの方法。
3. 優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのためのダイバーシチ誤り制御復号化の方法であって：
   データパケット、パリティパケット及びタグ情報を受信する段階であって、前記パリティパケットは、前記データパケット及び前記データパケットの高優先順位のものの反復の両方から生成されるパリティ記号を有し、また、前記タグ情報は、前記パリティ記号の生成に使用した反復の数を示すためである、ところの段階；及び
   前記反復の送信及び受信がされることなく、前記受信における前記データパケット、前記パリティ記号及びタグ情報を再構築する段階；
   から構成される方法。
4. 請求項３記載の方法であって、前記再構築段階は、実際に前記反復を一切受信することなく、前記タグ情報及び前記パリティ信号から前記反復を再構築する段階を有する、ところの方法。
5. 請求項３記載の方法であって、前記再構築段階は：
   前記パケットを縦方向に配置し、記号の列を形成する段階；及び
   前記記号の列それぞれに符号語を少なくとも一つ適用する段階；
   から構成される、ところの方法。
6. 請求項５記載の方法であって、少なくとも前記列にまたがり、エラーをその中に含んでいるパケットにおいて、前記再構築段階は：
   前記パリティ記号を使用して前記エラーに対応する記号を少なくとも一つ回復する段階；及び
   他の記号を少なくとも一つ回復するのに他の前記列について少なくとも前記一つの記号を代替する段階；
   から構成される、ところの方法。
7. 請求項５記載の方法であって、前記再構築段階は：
   少なくとも前記列の一つにあって、その中にエラーを含んでいるパケットを回復する段階；及び
   他のパケットを少なくとも一つ回復するのに他の前記列にある他の記号を少なくとも一つについて前記回復したパケットに対応する記号を少なくとも一つ代替する段階；
   から構成される、ところの方法。
8. 優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのダイバーシチ誤り制御符号化の装置であって：
   仮想反復を形成するのにデータシーケンスに高優先順位パケットを反復するための反復器；
   前記データシーケンス及び前記仮想反復からパリティ記号を生成するためのパリティ記号生成器；及び
   前記パリティ記号の生成に使用した前記仮想反復の数を示すタグ情報を生成するためのタグ情報生成器；から構成され、
   前記データシーケンスの再構築をするために後に前記データシーケンス、前記パリティ記号、及び前記タグ情報のみを送信する、ところの装置。
9. 請求項８記載の装置であって、さらに、前記データシーケンス、前記パリティ記号、及びタグ情報のみから前記データシーケンスを後に再構築するために、前記仮想反復を送信することなく、前記データシーケンス、前記パリティ記号、及び前記タグ情報のみを送信するための送信器を有する、ところの装置。
10. 優先順位付けされたデータを運ぶ可変長パケットを有するシステムのダイバーシチ誤り制御符号化の装置であって：
    データパケット、パリティパケット及びタグ情報を含むデータシーケンスを受信するための復号器から構成される装置であって、前記パリティパケットは、前記データパケット及び前記データパケットの高優先順位のものの反復の両方から生成されるパリティ記号を有し、また、前記タグ情報は、前記パリティ記号の生成に使用した反復の数を示すためであり、前記復号器は、前記反復を受信することなく、少なくとも前記パリティ記号及びタグ情報を使用して、前記データパケットのデータ記号を再構築する、ところの装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、前記復号器は、実際に前記反復を一切受信することなく、少なくとも前記タグ情報及び前記パリティ信号から前記反復を再構築することによって前記データ記号を再構築する、ところの装置。
12. 請求項１０記載の装置であって、さらに、最初に前記データシーケンスを受信し、前記データシーケンスを前記復号器に転送するための受信器を有する、ところの装置。
13. 請求項１０記載の装置であって、前記復号器は、記号の列を形成するのに前記パケットを縦方向に配置し、前記記号の列それぞれに符号語を少なくとも一つ適用する、ところの装置。
14. 請求項１３記載の装置であって、少なくとも前記列にまたがり、エラーをその中に含んでいるパケットにおいて、前記復号器は、前記パリティ記号を使用して前記エラーに対応する記号を少なくとも一つ回復し、他の記号を少なくとも一つ回復するのに他の前記列について前記少なくとも一つの記号を代替する、ところの装置。
15. 請求項１３記載の装置であって、前記復号器は、少なくとも前記列の一つにあって、その中にエラーを含んでいるパケットを回復し、他のパケットを少なくとも一つ回復するのに他の前記列にある他の記号を少なくとも一つについて前記回復したパケットに対応する記号を少なくとも一つ代替する、ところの装置。

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