JP2006203910A - 同期化イーサネット（登録商標）システムにおいてジッターなしにデータを伝送する方法 - Google Patents

同期化イーサネット（登録商標）システムにおいてジッターなしにデータを伝送する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】同期化イーサネット（登録商標、以下同じ）システムで帯域幅の損失なしに、かつ、ジッターなしにデータを伝送する方法を提供する。
【解決手段】同期フレーム部と非同期フレーム部とを所定の長さの１サイクルで伝送する同期化イーサネットシステムでデータを伝送する方法であって、同期フレーム部内の所定の同期フレーム内の複数の動画像データに対して優先順位を付与するステップと、同期フレーム部と非同期フレーム部とのデータのサイズが、１サイクルに対応するデータの長さを超えるか否かを判定するステップと、１サイクルに対応するデータの長さを超過したデータの長さに相当する所定の同期フレーム内の低い優先順位の動画像データを削除するステップと、同期フレーム部と非同期フレーム部とを１サイクルで伝送するステップとを有する。
【選択図】 図５Ｃ

Description

本発明は同期化イーサネット(登録商標、以下同じ)における非同期データの伝送方法に関するもので、特に、動画像の伝送フレーム別に優先順位を付けてそれによってジッターなしに伝送を可能にする方法に関するものである。
イーサネットは、相互に異なる多様な端末間に、又は多様なユーザー間にデータを伝送しようとするときに、最も一般的に接することがある技術の一つである。イーサネットは、伝送時間の遅延に敏感な動画像や音声伝達に適合しない技術として知られているが、最近では、既存のイーサネットを用いて映像/音声のような同期化データ(ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｄａｔａ)を伝送しようとする技術が活発に論議されている。同期化データの伝送のためのイーサネットは、同期化イーサネット(ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標、以下同じ）)と呼ばれる。
図１は、従来の同期化イーサネットにおける伝送サイクルの構造の例を示す図である。
図１に示すように、現在論議されている従来の同期化イーサネットでは、データ伝送のための伝送サイクルを、１２５μｓｅｃ単位の１サイクルで構成する。それぞれのサイクルは、同期化データの伝送のための同期フレーム部１１と、非同期化データの伝送のための非同期フレーム部１２とを含む。
より詳細に説明すると、同期化データの伝送のための同期フレーム部１１は、伝送サイクルで最も優先権を有するデータ部である。現在議論中である提案によると、この同期フレーム部１１は、各々７３８バイトで構成された１０個のサブ同期化フレームをデフォルト(ｄｅｆａｕｌｔ)値として含む。もちろん、議論中である提案は、変化する可能性がある。
そして、非同期データの伝送のための非同期フレーム部１２は、同期フレーム部１１のための領域を除いた残りの部分で構成され、該当領域に可変的な非同期データをフレーム単位で含む。
図２Ａ〜図２Ｃは、従来の同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送を説明するための例示図である。これら図を参照すると、図２Ａは、同期フレーム部１１を通じて伝送される同期フレーム２０１〜２０５を示す。図２Ｂは、非同期フレーム部１２を通じて伝送される非同期フレーム２１１〜２１４を示す。ここで、一つのサイクルの同期フレーム部１１には、４個の同期フレーム(例えば、２０１〜２０４）が含まれる。
図２Ｃは、従来の同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送に関する図である。図２Ｃを参照して、従来の同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送について詳細に説明すると、次のようである。
同期フレーム２０１〜２０４は、同期フレーム部１１に順次入力され、その後、非同期フレームは非同期フレーム部１２に入力される。しかしながら、図２Ｃに示すように、非同期フレームのサイズが大きくて、１２５μｓｅｃの１サイクル内にすべて含むことができないような場合には、次のサイクルの開始２３が遅延されることとなる。
すなわち、第１のサイクル開始２１が遂行された後に、１２５μｓｅｃになると、第１のサイクル終了２２と同時に第２のサイクル開始２３が遂行されるべきである。
しかしながら、図２Ｃに示すように、第１のサイクルは、第４の非同期フレーム２１４の容量による遅延時間２４だけ遅延されて終了し、それによって、第２のサイクル開始２３も遅延される。このように、サイクルの開始が規定された単位に一致しないと、ジッター(ｊｉｔｔｅｒ)が発生するという問題があった。
したがって、同期化イーサネットシステムでは、それぞれのサイクルの開始２１，２３を１２５μｓｅｃ単位で一致させることが重要である。したがって、非同期フレーム部１２の容量超過によって、図２Ｃのような遅延の発生を防ぐための多様な方法が研究されている。
非同期フレーム部１２の容量超過によって図２Ｃのような遅延の発生を防止するための方法としては、“ホールド(ｈｏｌｄ)”技術がある。
図３Ａ〜図３Ｃは、従来の同期化イーサネットシステムにおいて、ホールド技術を適用したデータ伝送の例示図である。
図３Ａ〜図３Ｃを参照して、従来の同期化イーサネットシステムのデータ伝送においてホールド技術を適用した場合について説明する。まず、図３Ａは、同期フレーム部１１に伝送する同期フレーム３１０〜３０８を示す。図３Ｂは、非同期フレーム部１２に伝送する非同期フレーム３１１〜３１５を示す。ここで、１サイクルの同期フレーム部１１には４個の同期フレーム(例えば、３０１〜３０４或いは３０５〜３０８が含まれることを例示する。
図３Ｃは、従来の同期化イーサネットシステムにおいて、データの伝送にホールド技術を適用した場合である。図３Ｃを参照して、従来の同期化イーサネットシステムでのデータの伝送にホールド技術を適用した場合について簡略に説明すると、次のようである。
同期フレーム３０１〜３０４は、同期フレーム部１１に順次入力され、その後、非同期フレームは非同期フレーム部１２に入力される。図のように、非同期フレームのサイズが大きくて、１２５μｓｅｃの１サイクル内にすべて含むことができない場合には、次のサイクルの開始が遅延される。
したがって、これを防ぐために、ホールド技術を適用する。ホールド技術は、非同期フレーム部１２の残りの部分と入力される非同期フレーム(例えば、第４の非同期フレーム３１４）のサイズを比較し、入力される非同期フレームのサイズが大きい場合には、該当非同期フレームをホールドし、次のサイクルで伝送する。
より詳しくは、第１のサイクルで伝送のために残された非同期フレーム空間の長さをＬ１とし、伝送のために入力する第４の非同期フレーム３１４の長さをＬ２とするとき、Ｌ１の長さとＬ２の長さが同じであるか、或いはＬ１の長さが長い場合には、伝送のために入力しようとする第４の非同期フレーム３１４を入力して伝送する。
しかしながら、Ｌ１よりＬ２の長さが長い場合には、伝送のために入力しようとする第４の非同期フレーム３１４は非同期フレーム部１２に入力することができない。したがって、現在残された非同期フレーム部１２のスペースを、そのまま維持したまま第１のサイクルが伝送され、伝送のために入力しようとする非同期フレーム３１４は、第２のサイクルの非同期フレーム部１２の最初の非同期フレームとして入力され伝送される。
このようにホールド技術を用いると、現在時間と次のサイクルの開始時間との余裕の時間が、現在送信しようとする非同期フレームの長さより短い場合には、この非同期フレームを次のサイクルに伝送する。それによって、各サイクルを時間通りに開始することができる反面、空の領域が生じるため、帯域の浪費をもたらすという問題点があった。
したがって、上記のような問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、同期化イーサネットシステムで帯域幅の損失なしに、動画像処理のための基本フレームに優先順位を付け、優先順位に従って、データを削除することによって、同期化イーサネットシステムでジッターなしにデータを伝送する方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、１以上の同期フレームを含む同期フレーム部と１以上の非同期フレームを含む非同期フレーム部とを所定の長さの１サイクルで伝送する同期化イーサネットシステムでデータを伝送する方法であって、同期フレーム部内の所定の同期フレーム内の複数の動画像データに対して優先順位を付与するステップと、同期フレーム部と非同期フレーム部とのデータのサイズが、１サイクルに対応するデータの長さを超えるか否かを判定するステップと、１サイクルに対応するデータの長さを超えると判定された場合には、１サイクルに対応するデータの長さを超過したデータの長さに相当する所定の同期フレーム内の低い優先順位の動画像データを削除するステップと、１サイクルに対応するデータの長さを超えないと判定された場合には、同期フレーム部と非同期フレーム部とを１サイクルで伝送するステップとを有することを特徴とする。
本発明は、同期化イーサネットシステムにおいて、同期化領域に含まれる同期フレームに優先順位を割り当て、ジッターが発生する可能性がある場合に優先順位に従ってそれぞれのフレームを削除して伝送する。したがって、本発明は、帯域幅の損失なしに、かつ、ジッターなしにデータの伝送が可能となる。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
ここで、同一の構成要素に対してはできるだけ同一の参照番号及び参照符号を付けて説明する。また、本発明に関連した公知の機能或いは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合には、その詳細な説明を省略する。
ＭＰＥＧ動画像圧縮アルゴリズムは、ＪＰＥＧ静止画像圧縮アルゴリズムとＨ．２６１動画像圧縮アルゴリズムなどを発展させたものである。ＭＰＥＧによると、すべてのフレームを個別の静止画像で圧縮することはせず、隣接フレーム間の類似点を圧縮に用いる。すなわち、動作補償のために、予測と補間を用いる。
しかしながら、ＭＰＥＧは、すべてのフレームが予測と補間を用いて圧縮されるのではなく、自身の情報だけでも格納可能なフレームが規則的に挿入されるべきである。このようなフレームは、ＪＰＥＧのフレームと同様に静止画像で圧縮される。
このように、静止画像で圧縮されたフレーム（動画像データ）を、Ｉ画像フレーム(Ｉｎｔｒａ-ｃｏｄｅｄ ｆｒａｍｅ)、予測により生成されたフレームを、Ｐ画像フレーム(Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ-ｃｏｄｅｄ ｆｒａｍｅ)、補間により生成されたフレームをＢ画像フレーム(Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ-ｃｏｄｅｄ ｆｒａｍｅ)と呼ぶ。
ＭＰＥＧ動画像は、このような３種類のフレームが一定のパターンで混合して生成されたものである。次に、それぞれのフレームについて、より詳細に説明する。Ｉ画像フレームは、データストリームのすべての位置に位置することが可能であるフレームで、データのランダムアクセスのために用いられ、他のイメージの参照なしに符号化される。そして、Ｉ画像フレームは、静止画像圧縮方法を用いて圧縮されるが、リアルタイムで圧縮が遂行される。また、Ｉ画像フレームは、ＭＰＥＧでは最低の圧縮率で圧縮される。
Ｐ画像フレームは、符号化と復号化を行うときに、前のＩ画像フレーム又は前のＰ画像フレームの情報を用いる。そして、Ｐ画像フレームは、連続するイメージの全体の構成が変わるのでなく、イメージのブロックが左右に移動する点に着目するものである。すなわち、動きがある場合には、前画面の物体自体の形態は大きい変化がなく、左右に移動する場合が大部分である。したがって、以前の画面と現在の画面の差が非常に小さいため、Ｐ画像フレームは、その差値のみを符号化して生成される。
Ｂ画像フレームは、符号化と復号化を行う場合に、前と後のＩ画像フレームとＰ画像フレームとのすべてを用いる。Ｂ画像フレームを用いる場合には、より高い圧縮率が得られる。Ｂ画像フレームは、前のＩ画像フレーム又はＰ画像フレームと、後のＩ画像フレーム又はＰ画像フレームの差値を有する。
Ｉ画像フレームから始まる連続する画像の集合をＧＯＰ(Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅ)とする。図４は、このようなＭＰＥＧ画像のＧＯＰを示す例示図である。
図４を参照すると、Ｉ画像フレーム４０１は、自体の値を用いて復号化ができ、Ｉ画像フレーム４０１の値を用いて第１のＰ画像フレーム４０４を復号化する。そして、これらの間に位置したＢ画像フレーム４０２，４０３は、Ｉ画像フレーム４０１と第１のＰ画像フレーム４０４を用いて復号化する。第２のＰ画像フレーム４０７は、第１のＰ画像フレーム４０４を用いて復号化される。
また、第１のＰ画像フレーム４０４と第２のＰ画像フレーム４０７との間に位置したＢ画像フレーム４０５，４０６は、第１のＰ画像フレーム４０４と第２のＰ画像フレーム４０７を用いて復号化される。第３のＰ画像フレーム４１０は、第２のＰ画像フレーム４０７を用いて復号化され、第２のＰ画像フレーム４０７と第３のＰ画像フレーム４１０との間のＢ画像フレーム４０８，４０９は、第２のＰ画像フレーム４０７と第３のＰ画像フレーム４１０を用いて復号化される。
以上の復号化過程や画像実現のためのデータのサイズからみると、その重要度に基づいて優先順位を付ける場合に、Ｉ画像フレームが最高の優先順位を、Ｐ画像フレームがその次の優先順位を、Ｂ画像フレームが最低の優先順位を有する。
ここで、Ｉ画像フレームは基準となるフレームであって、画像の再現のために一番多くのデータを有しており、Ｐ画像フレームとＢ画像フレームはＩ画像フレームに基づいて変化する値を有するだけである。実際の画像を再現するときに、Ｐ画像フレームとＢ画像フレームは、Ｉ画像フレームの変化量のみの少量のデータだけでも実際の画像を再現することが可能である。したがって、Ｂ画像フレーム又はＰ画像フレームを、ある程度削除(ｄｒｏｐ)しても動画像の品質に大きな影響はない。
本実施形態では、同期フレーム部に含まれる同期フレームの動画像データの中で重要度に従ってデータを削除することによって、同期フレーム部１１の領域を縮小させることで、非同期フレーム部１２の超過領域を補償するようになる。したがって、本実施形態は、ホールド技術などを適用しなくても、ジッターの発生なしに同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送が可能となる。
図５Ａ〜図５Ｄは、本実施形態による同期化イーサネットシステムにおいて、ジッターなしにデータを伝送する方法を説明するための例示図である。
図５Ａ〜図５Ｄを参照して、同期化イーサネットシステムでジッターなしにデータを伝送する方法について説明する。図５Ａは、同期フレーム部１１を通じて伝送する同期フレーム５０１〜５０５を示す。図５Ｂは、非同期フレーム部１２を通じて伝送する非同期フレーム５１１〜５１４を示す。本実施形態では、１サイクルの同期フレーム部１１に、４個の同期フレーム(例えば５０１〜５０４）が含まれる場合を例示する。
図５Ｃは、従来の同期化イーサネットシステムで、ジッターが発生する場合のデータ伝送を示す例示図である。同期フレーム５０１〜５０４は同期フレーム部１１に順次に入力され、その後に、非同期フレームが非同期フレーム部１２に入力される。図５Ｃに示すように、非同期フレームのサイズが大きくて１２５μｓｅｃの１サイクル内にすべて含まれない場合には、次のサイクル開始５３が遅延される。
すなわち、第１のサイクル開始５１の後に１２５μｓｅｃになると、第１のサイクル終了５２と第２のサイクル開始５３が同時に遂行されるべきである。しかしながら、図５Ｃに示すように、第１のサイクルは、第４の非同期フレーム５１４の容量による遅延時間５４だけ遅延して終了し、それによって、第２のサイクル開始５３が遅延する。
このように、サイクルの開始が規定された単位と一致しないと、ジッター(ｊｉｔｔｅｒ)が発生するようになる。従来では、この場合に、第４の非同期フレーム５１４を次のサイクルに伝送するホールド技術を適用していた。本実施形態では、従来は一定のサイズに設定された同期フレーム部１１のサイズを縮小することによって、ジッターの発生を防止する。
すなわち、遅延時間５４に相当するサイズのデータを、同期フレーム部１１から削除することによってジッターの発生を防止する。
図５Ｄは、本実施形態による同期化イーサネットシステムで、ジッターなしにデータを伝送する方法を示す例示図である。同期フレーム５０１〜５０４は同期フレーム部１１に順次入力され、その後、非同期フレームが非同期フレーム部１２に入力される。
図５Ｄに示すように、非同期フレームのサイズが大きくて１２５μｓｅｃの１サイクル内にすべて含まれない場合には、第１の同期フレーム５０１は、遅延時間５４に相当するサイズの動画像データを削除した第１’の同期フレーム５２１に変換される。それによって、データは、帯域幅の損失なしに、かつ、動画像の品質の低下を最小化する方法で伝送可能になる。
この場合、第１の同期フレーム５０１を変換させることだけを例示したが、残りの同期フレームもすべて変換可能であるため、遅延時間５４の多様な長さによる対応が可能である。
ここで、データは、同期フレームにビデオビットストリーム(ｖｉｄｅｏ ｂｉｔｓｔｒｅａｍ)構造で挿入され、このビデオビットストリーム構造は、ＧＯＰ単位のシーケンス(ｓｅｑｕｅｎｃｅ）からなり、それぞれのＧＯＰ内に含まれた画像ブロック(ｐｉｃｔｕｒｅ ｂｌｏｃｋ)でＩ、Ｐ、Ｂ画像フレームを区分することが可能である。
したがって、データは、同期フレームに挿入するときにＰ、Ｂ画像フレームを削除して同期フレームに挿入することが可能であり、上述したように同期フレームを変換することも可能である。
図６は、本実施形態による同期化イーサネットシステムで、ジッターなしにデータを伝送する方法を示す動作フローチャートである。
図６を参照すると、同期フレーム内の複数の動画像データの各々に対して優先順位を付与する(ステップＳ６１。図中ではステップをＳと略す。)。ここで、同期フレーム内の複数の動画像データは、各々Ｉ画像フレーム、Ｐ画像フレーム、及びＢ画像フレームを意味する。優先順位は、Ｉ画像フレーム、Ｐ画像フレーム、Ｂ画像フレームの順に割り当てられる。
１サイクル内で伝送しようとする非同期フレームが次のサイクルの開始位置を超過するか否か（すなわち、同期フレーム部と非同期フレーム部とを合わせたサイズが、１サイクルに対応するデータの長さを超えるか否か）を判定する(ステップＳ６２)。これは、ジッターが発生する環境であるかを確認するものである。
ステップＳ６２の判定の結果、非同期フレームが次のサイクルの開始位置を超過した場合には、超過した非同期フレームのデータサイズに相当するサイズの同期フレーム内の動画像データを削除して、ステップＳ６２に戻る(ステップＳ６３)。ここで、削除される同期フレーム内の動画像データは、低い優先順位を有する動画像データである。
一方、ステップＳ６２の判定の結果、非同期フレームが次のサイクルの開始位置を超過しない場合には、該当サイクルに同期フレーム部と非同期フレーム部が入力されて伝送する(ステップＳ６４)。
なお、本実施形態の方法は、プログラムで実現され、コンピュータで読み取られる形態で記録媒体(ＣＤ-ＲＯＭ、ＲＡＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスクなど)に格納されることができる。
以上、本発明の具体的な実施形態に関して詳細に説明したが、本発明の範囲を外れない限り、様々な変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には自明なことであろう。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲と均等なものに基づいて定められるべきである。
従来の同期化イーサネットで伝送サイクルの構造を示す図である。 従来の同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送を説明するための例示図である。 従来の同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送を説明するための例示図である。 従来の同期化イーサネットシステムにおけるデータの伝送をせつめいするための例示図である。 従来の同期化イーサネットシステムで、ホールド技術を適用したデータの伝送を説明するための例示図である。 従来の同期化イーサネットシステムで、ホールド技術を適用したデータの伝送を説明するための例示図である。 従来の同期化イーサネットシステムで、ホールド技術を適用したデータの伝送を説明するための例示図である。 ＭＰＥＧ画像のＧＯＰを示す例示図である。 本実施形態による同期化イーサネットシステムにおいて、ジッターなしにデータを伝送する方法を説明するための例示図である。 本実施形態による同期化イーサネットシステムにおいて、ジッターなしにデータを伝送する方法を説明するための例示図である。 本実施形態による同期化イーサネットシステムにおいて、ジッターなしにデータを伝送する方法を説明するための例示図である。 本実施形態による同期化イーサネットシステムにおいて、ジッターなしにデータを伝送する方法を説明するための例示図である。 本実施形態による同期化イーサネットシステムにおいて、ジッターなしにデータを伝送する方法を示す動作フローチャートである。

Claims (3)

  1. １以上の同期フレームを含む同期フレーム部と１以上の非同期フレームを含む非同期フレーム部とを所定の長さの１サイクルで伝送する同期化イーサネット（登録商標、以下同じ）システムでデータを伝送する方法であって、
    前記同期フレーム部内の所定の同期フレーム内の複数の動画像データに対して優先順位を付与するステップと、
    前記同期フレーム部と前記非同期フレーム部とのデータのサイズが、前記１サイクルに対応するデータの長さを超えるか否かを判定するステップと、
    前記１サイクルに対応するデータの長さを超えると判定された場合には、前記１サイクルに対応するデータの長さを超過したデータの長さに相当する前記所定の同期フレーム内の低い優先順位の動画像データを削除するステップと、
    前記１サイクルに対応するデータの長さを超えないと判定された場合には、前記同期フレーム部と前記非同期フレーム部とを前記１サイクルで伝送するステップと、
    を有することを特徴とする同期化イーサネットシステムでジッターなしにデータを伝送する方法。
  2. 前記優先順位を付与するステップでは、
    前記同期フレーム部内の所定の同期フレーム内の複数の動画像データの各々に対して、Ｉ画像フレーム、Ｐ画像フレーム、及び、Ｂ画像フレームに区分して、重要度によって前記Ｉ画像フレーム、前記Ｐ画像フレーム、及び、前記Ｂ画像フレームに優先順位を付けることを特徴とする請求項１記載の同期化イーサネットシステムでジッターなしにデータを伝送する方法。
  3. 前記優先順位を付与するステップでは、
    前記Ｉ画像フレームが最も高く、前記Ｐ画像フレーム、前記Ｂ画像フレームの順に優先順位を付与することを特徴とする請求項２記載の同期化イーサネットシステムでジッターなしにデータを伝送する方法。
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