JP2007194706A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて、マルチパスによる誤り発生、品質の低下を防ぎ、かつ対向無線機のアライメントを容易にする。
【解決手段】非圧縮ハイビジョン映像ソースは映像Ｉ／Ｆ１２を介してデータ圧縮率可変のエンコーダ１３に入力され、圧縮される。処理データはシリアライザ１３により所定クロック周波数の無線伝送用シリアルデータに変換され、送信機１１から送出される。映像信号受信用無線装置２では、受信機２１で復調された信号からシリアライザ２２とデコーダ２３により映像信号が再生され、映像Ｉ／Ｆ２４を介して出力される。しかし、電波伝搬環境が悪くマルチパス等で受信信号にエラーが発生し信号品質が低下する場合には、制御回路１６のコマンドにより圧縮を行い、かつこれによるデータ転送レートの減少に応じてクロック回路１５で生成するクロック周波数を低減、無線データ伝送速度を減少させて受信信号のエラーを防止する。
【選択図】図1

Description

本発明は，映像や画像データを伝送するマイクロ波・ミリ波帯の超高速無線通信システムに関する。

近年、ハイビジョンＴＶ等高精細映像の伝送、配信の需要が増加しており、特にワイヤレスでの伝送の要求は顕著である。例えばスタジオ等でのハイビジョンカメラにおいては、従来のようなケーブルでの映像信号の伝送では、自由でかつ速いカメラワークができないため、映像の無線伝送の要求は大きい。ここでこのような放送用の映像信号は遅延が無くかつ加工性に優れるところから非圧縮あるいは低圧縮であることが望ましい。しかしながら非圧縮ハイビジョン信号ではそのデータ伝送速度はＨＤ−ＳＤＩ規格のように１．５Ｇｂｐｓと非常に大きいため、無線伝送ではマルチパスによる誤り発生、品質の低下が起こりやすくなる。例えばＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）、ＦＳＫ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等の２値変調を用いる場合、図９に示すように、映像信号送信用無線装置１０１から映像信号受信用無線装置２０１に送信された主波５に対して壁などの反射物３による反射波４が１０ｃｍの伝搬路差を持つだけでエラー信号となる。ここで、映像信号送信用無線装置１０１は送信機１１と映像信号のインターフェース回路１２からなり、映像信号受信用無線装置２０１は受信機１３と映像信号のインターフェース回路１４からなる。このため伝搬環境の良いところでの使用や、狭ビームアンテナ適用によってマルチパスを防ぐ等の方策が採られてきた。しかしながらこのような形態ではポイントーポイント間の通信であり対向無線機のアンテナビームの方向は厳密にアライメントしなければならずシステムに大きな制約があり、自由なカメラワークは不可能であった。

特許文献１は、通信路における時間的に変化する実伝送速度を検出し、実伝送速度に基いてデータの通信速度を制御し、さらにはデータの圧縮率を制御することにより、通信状態が変化する中で通信スループットが優れ、かつ品質の優れたデータ通信を実現している。
ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００２／０３２０８２

本発明の目的は、マルチパスによる誤り発生、品質の低下を防ぎ、かつ対向無線機のアライメントを容易にする無線通信システムを提供する。

本発明は、映像や画像データを伝送する無線通信システムにおいて、マルチパスによるエラー発生の可能性のある電波伝搬環境に応じて映像や画像データの圧縮率を可変とし、かつこれに伴ってシンボルレート（クロック周波数）を変化させ、マルチパスによる伝搬行路差をエラーとならない範囲にして、言い換えれば良い電波伝搬環境の状態にして通信する。

本発明の一実施態様では、無線通信システムは受信データ信号の品質により電波伝搬環境を判定し、判定結果を送信側にフィードバックして送信データの圧縮率を変化させる。ここで、受信データ信号の品質として、受信再生映像信号の同期信号の品質、または受信再生映像信号のフレームレート、または受信データ信号の実効転送レート、または受信再生画像の画質を用いることができる。

本発明の他の実施態様では、無線通信システムは受信側からの送り返しデータ信号の品質により電波伝搬環境を判定し、送信データの圧縮率を変化させ、かつこれに伴ってシンボルレートを変化させて通信する。ここで、受信側からの送り返しデータ信号の品質として、受信機から直接送信側に送り返されたデータのエラーの大きさ、または受信機から直接送信側に送り返されたデータによる再生画像の画質、または受信側で再生・抽出した部分画像を送信側に送り返し、送信側でのその再生画像の画質を用いることができる。

本発明によれば，映像や画像データを伝送する超高速無線通信システムにおいて、電波伝搬環境に応じて映像や画像データの圧縮率を非圧縮から低圧縮の間で可変とし、かつこれに伴って無線伝送速度を変化させて、すなわちクロック周波数を変化させるので、マルチパスによる伝搬行路差をエラーとならない範囲にして、言い換えれば良い電波伝搬環境の状態にして通信することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[第１の実施形態]
図1は本発明の第１の実施形態による無線通信システムのブロック図である。本無線通信システムは映像信号送信用無線装置１と映像信号受信用無線装置２で構成される。映像信号送信用無線装置１は送信機１１と映像インターフェース１２とエンコーダ１３とシリアライザ１４とクロック回路１５と制御回路１６を有する。映像信号受信用無線装置２は受信機２１とデシリアライザ２２とデコーダ２３と映像インターフェース２４を有する。

非圧縮ハイビジョン映像ソースは映像インターフェース１２を介してデータ圧縮率可変のエンコーダ１３に入力され、圧縮される。処理データはシリアライザ１３により所定クロック周波数の無線伝送用シリアルデータに変換され、ミリ波変調信号、例えば６０ＧＨｚ帯ＡＳＫ変調信号により送信機１１から送出される。映像信号受信用無線装置２ではその反対の処理が行われる。すなわち受信機２１で復調された信号からシリアライザ２２およびデコーダ２３により映像信号が再生され、映像インターフェース２４を介して出力される。しかし、電波伝搬環境が悪くマルチパス等で受信信号にエラーが発生し信号品質が低下する場合には、制御回路１６のコマンドにより圧縮を行い、かつこれによるデータ転送レートの減少に応じてクロック回路１５で生成するクロック周波数を低減、無線データ伝送速度を減少させて受信信号のエラーを防止する。例えば非圧縮ハイビジョンの１．５Ｇｂｐｓ信号ソースの場合、伝搬行路差１０ｃｍ以上のマルチパス波が受信機に入力するとエラーとなるが、このようなマルチパス波が多い時は、例えば１／４の圧縮を行う。所要データ転送レートは３７５Ｍｂｐｓでよいので、無線伝送速度５００Ｍｂｐｓ（クロック周波数５００ＭＨｚ）で送信すればエラー信号となる最小行路差は３０ｃｍと大きくなるので、エラーが発生する確率は大幅に低減できる。すなわち、被送信データ信号に対して電波伝搬環境が良くなる効果を有するといえる。さらに、広角ビームアンテナを用いて通信エリアの拡大、対向無線機のアライメントを容易にして使い勝手をよくすることができる。この場合、エンコード（圧縮）、デコード（伸長）の方式としてＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００を用いればで圧縮率を可変にでき、かつ低遅延で処理が行え、しかも原画像への伸長が可能であるので、ハイビジョンの伝送に適している。ここでエンコーダとデコーダは1チップで構成でき、圧縮率はレジスタの書き換えで簡単に変更できるので、装置構成は簡単である。圧縮率可変の範囲は非圧縮から１／２０の低圧縮の範囲が低遅延、高品質、Ｆａｓｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）で伝送可能を考慮すると妥当である。なお、従来のＩＥＥＥ ８０２．１１無線ＬＡＮ装置において映像をＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）で高圧縮した信号を伝送することが行われるが、圧縮率の異なるエンコーダを複数用意して、周波数帯の混雑等で通信のスループットが低いときにはさらに圧縮率の大きいエンコーダに切り替えてデータ量を小さくして伝送可能とする例がある（特開２００４−６４１７１号公報）。しかしながらこれは非圧縮ハイビジョン映像信号に対しては１／１００程度の高圧縮をさらに増大して映像品質を低下させるだけで、遅延の大きい方式であり、放送用のハイビジョン映像の伝送には適用できないものである。また、本発明のように、クロック周波数を変えて電波伝搬環境を良くする方式ではない。さらに、圧縮率の異なる複数台のエンコーダを備えて切り替えるので装置構成が複雑である。

[第２の実施形態]
図２は本発明の第２の実施形態による無線通信システムのブロック図である。映像信号送信用無線装置１は受信機１７をさらに有し、映像信号受信用無線装置２は同期信号検出回路２５とコマンド回路２６と送信機２７をさらに有している。本実施形態は、映像信号受信用無線装置２の受信信号の品質を受信再生映像信号中の同期信号が良好であるかどうかによって判定し、その結果を映像信号送信用無線装置１にフィードバックし、圧縮率の変更、無線伝送速度（クロック周波数）の変更を行うものである。すなわち映像信号受信用無線装置２においてデコーダ２３によって再生された映像信号から同期信号検出回路２５により同期信号を抽出し、正常でなければコマンド回路２６によって圧縮率を大きくする指示を送信機２７から映像信号送信用無線装置1に送り、制御回路１６を駆動する。ここでコマンドの送信機２７、受信機１７の無線系は伝送速度の小さい簡単な構成のものでよく、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等が利用できる。また、同期信号が正常であれば、圧縮率を低くして低遅延、高品質の映像信号を送信する。

[第３の実施形態]
図３は本発明の第３の実施形態による無線通信システムのブロック図である。本実施形態では映像信号送信用無線装置1が第１、第２の実施形態の送信機１１を除いて送信機１８、受信機１９、通信制御回路３０を有し、映像信号受信用無線装置２が第１、第２の実施形態の受信機２１を除いて受信機２８、送信機２９、フレームレート測定回路４０、通信制御回路４１を有している。映像信号送信用無線装置1の通信制御回路３０、送信機１８、受信機１９と映像信号受信用無線装置２の送信機２８、受信機２９、通信制御回路４１とは二重リンクを構成しており、データはＴＣＰ／ＩＰプロトコルで送受信される。電波伝搬環境が悪くマルチパス等で受信信号にエラーが多大に発生する場合には再送を繰り返し、再生映像信号においてフレームレートが落ちる。受信信号の品質をフレームレート測定回路４０によって評価し、これを通信制御回路４１を通じて映像信号送信用無線装置1にフィードバックして、通信制御回路３０により圧縮率、無線伝送速度の変更を行うものである。

[第４の実施形態]
図４は本発明の第４の実施形態による無線通信システムのブロック図である。本実施形態では図３の第３の実施形態の映像信号受信用無線装置２におけるフレームレート測定に代えて、受信信号の品質をデータの実転送レート計測回路４２により評価し、通信制御回路４４を通じて映像信号送信用無線装置1にフィードバックして、圧縮率、無線伝送速度の変更を行うものである。なお、本実施形態は、映像信号はデコードせずにＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）でネットワークインターフェース４３を通じて配信される場合を示している。

[第５の実施形態]
図５は本発明の第５の実施形態による無線通信システムのブロック図である。本実施形態では、映像信号受信用無線装置２において受信信号の品質を、再生映像のモニタ画像の品質判定回路４５により行うものである。その結果はコマンド回路４６を通じて、図２の第２の実施形態と同様に伝送速度の小さい簡単な無線系で映像信号送信用無線装置1にフィードバックされ、圧縮率、無線伝送速度の変更が行なわれる。なお、画像品質の判定には例えばテストパターンが利用される。

[第６の実施形態]
図６は本発明の第６の実施形態による無線通信システムのブロック図である。本実施形態では映像信号受信用無線装置２からの送り返しデータ信号の品質により映像信号送信用無線装置1で電波伝搬環境を判定し、送信データの圧縮率、無線伝送速度の変更を行なう。送り返しデータ信号の品質の判定は、送信データ信号との直接比較によるエラー計測回路３１で行なう。受信機２８で受信されたデータ信号がそのまま送信機２９で映像信号送信用無線装置1送り返されるので、送信機１８、受信機１９と受信機２８、送信機２９でなる無線系は全二重型である。

[第７の実施形態]
図７は本発明の第７の実施形態による無線通信システムのブロック図である。本実施形態では映像信号受信用無線装置２からの送り返しデータ信号の品質の判定は、映像信号送信用無線装置1内のデシリアライザ３２とデコーダ３３により再生された映像信号のモニタ画像の画質判定回路３４により行なわれる。

[第８の実施形態]
図８は本発明の第８の実施形態による無線通信システムのブロック図である。映像信号受信用無線装置２において、受信映像信号から部分画像抽出回路４７で部分画像抽出を行い、クロック回路４８、シリアライザ４９によりその転送レートに応じたクロック周波数で送り返しの無線伝送用のシリアル化を行い、送信機５０により映像信号送信用無線装置１に送り返す。映像信号送信用無線装置１では受信機３５で受信した信号からデシリアライザ３２により映像を再生し、モニタ画像の画質判定回路３４により送信データの圧縮率、無線伝送速度の変更を行なう。ここで部分画像のデータを送り返すため、送り返しの無線系は伝送速度が比較的小さい安価なもの、例えば１００Ｍｂｐｓ程度のものでよい。また、圧縮・伸長をＪＰＥＧ２０００で行なえば、元画像と同じ精細度の部分画像の抽出が容易にでき、画質判定、装置の簡素化に好適である。

本発明の第１の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第２の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第３の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第４の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第５の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第６の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第７の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 本発明の第８の実施形態による無線通信システムのブロック図である。 従来例の無線通信システムのブロック図である。

符号の説明

１、１０１ 映像信号送信用無線装置
２、２０１ 映像信号受信用無線装置
１１、１８ 送信機
１２ 映像インターフェース
１３ エンコーダ
１４ シリアライザ
１５ クロック回路
１６ 制御回路、
１７、１９ 受信機
２１、２８ 受信機
２２ デシリアライザ
２３ デコーダ
２４ 映像インターフェース
２５ 同期信号検出回路
２６、４６ コマンド回路
２７、２９ 送信機
３０ 通信制御回路
３１ エラー計測回路
３２ デシリアライザ
３３ デコーダ
３４ 送り返しモニタ画質判定回路
４０ フレームレート測定回路
４１、４４ 通信制御回路
４２ 転送レート計測回路
４３ ネットワークインターフェース回路
４５ モニタ画像画質判定回路
４７ 部分画像抽出回路
４８ クロック回路
４９ シリアライザ
５０ 送信機

Claims (20)

1. 映像または画像のデータを伝送する無線通信システムにおいて、マルチパスによるエラー発生の可能性のある電波伝搬環境に応じて映像または画像のデータの圧縮率を可変とし、かつこれに伴ってシンボルレートを変化させて通信することを特徴とする無線通信システム。
2. 受信データ信号の品質により電波伝搬環境を判定し、判定結果を送信側にフィードバックして送信データの圧縮率を変化させる、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記受信データ信号の品質として、受信再生映像信号の同期信号の品質を用いる、請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記受信データ信号の品質として、受信再生映像信号のフレームレートを用いる、請求項２に記載の無線通信システム。
5. 前記受信データ信号の品質として、受信データ信号の実効転送レートを用いる、請求項２に記載の無線通信システム。
6. 前記受信データ信号の品質として、受信再生画像の画質を用いる、請求項２に記載の無線通信システム。
7. 受信側からの送り返しデータ信号の品質により電波伝搬環境を判定し、送信データの圧縮率を変化させる、請求項1に記載の無線通信システム。
8. 前記受信側からの送り返しデータ信号の品質として、受信機から直接送信側に送り返されたデータのエラーの大きさを用いる、請求項７に記載の無線通信システム。
9. 前記受信側からの送り返しデータ信号の品質として、受信機から直接送信側に送り返されたデータによる再生画像の画質を用いる、請求項７に記載の無線通信システム。
10. 前記受信側からの送り返しデータ信号の品質として、受信側で再生・抽出され、送信側に送り返された部分画像の再生画像の画質を用いる、請求項７に記載の無線通信システム。
11. 映像または画像のデータを伝送する無線通信システムにおいて、マルチパスによるエラー発生の可能性のある電波伝搬環境を判定する手段と、判定された電波伝搬環境に応じて映像または画像データの圧縮率を可変とし、かつこれに伴ってシンボルレートを変化させる手段を有することを特徴とする無線通信システム。
12. 前記の電波伝搬環境を判定する手段が、電波受信データ信号の品質を判定する手段である、請求項１１に記載の無線通信システム。
13. 前記電波受信データ信号の品質を判定する手段が、受信再生映像信号の同期信号の品質を判定する手段である、請求項１２に記載の無線通信システム。
14. 前記電波受信データ信号の品質を判定する手段が、受信再生映像信号のフレームレートを測定し、評価する手段である、請求項１２に記載の無線通信システム。
15. 前記電波受信データ信号の品質を判定する手段が、受信データ信号の実効転送レートを測定し、評価する手段である、請求項１２に記載の無線通信システム。
16. 前記電波受信データ信号の品質を判定する手段が、受信再生画像の画質を判定する手段である、請求項１２に記載の無線通信システム。
17. 前記の電波伝搬環境を判定する手段が、受信側からの送り返しデータ信号の品質を判定する手段である、請求項１1に記載の無線通信システム。
18. 前記受信側からの送り返しデータ信号の品質を判定する手段が、送信側データ信号と、受信側から直接送信側に送り返されたデータの差であるエラーを計測する手段である、請求項１７に記載の無線通信システム。
19. 前記受信側からの送り返しデータ信号の品質を判定する手段が、受信側から直接送信側に送り返されたデータにより再生された画像の画質を判定する手段である、請求項１７に記載の無線通信システム。
20. 前記受信側からの送り返しデータ信号の品質を判定する手段が、受信側で再生・抽出され、送信側に送り返された部分画像の再生画像の画質を判定する手段である、請求項１７に記載の無線通信システム。

Images