JP2007274536A - 受信装置及び送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネットワークを介したＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスファーストリーム）パケットの同期を効率的にとる受信装置、送受信方法を提供する。
【解決手段】 ネットワークを介してＴＴＳパケットを受信するＩ／Ｆ部２１と、ＴＴＳパケットを一時的に格納するＴＴＳパケットバッファ部２５と、クロック信号をカウントするクロック部２６と、ＴＴＳパケットを時間評価し、この時間評価に応じてクロック部のクロック速度を制御する監視調整部２４と、ＴＴＳパケットをクロック信号に応じてデコードしてＴＳパケットを出力するデコード部２４と、ＴＴＳデコーダから供給されたＴＳパケットをＭＰＥＧデコード処理するＭＰＥＧデコード部２９とをもつ受信装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、インターネット等のネットワークを介して送信装置及び受信装置の間で
行なわれるＴＳＳパケットの同期を取る送受信装置及び送受信方法に関する。

現在、ネットワークを介して、パケットを通信する技術は広く知られている。このとき、送信側と受信側とで一定の同期を取ることで、ストリーム等の再生を途切れることなく行なうことができる。

特許文献１には、動作クロックの非同期に起因して受信バッファのオーバーフローやアンダーフローが発生するものを防止するデータ受信再生方法が開示されている。
特開２００３−２５８８９４公報。

しかし、従来技術である特許文献１において、ＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスファーストリーム）パケットの同期を効率的にとる方法を示してはいないという問題がある。

本発明は、ネットワークを介したＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスファーストリーム）パケットの同期を効率的にとる受信装置及び送受信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するべく、ネットワークを介してＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスポートストリーム）パケットを受信するＩ／Ｆ部（２１）と、前記ＴＴＳパケットを一時的に格納するＴＴＳパケットバッファ部（２５）と、クロック信号をカウントするクロック部（２６）と、前記ＴＴＳパケットを時間評価し、この時間評価に応じて前記クロック部のクロック速度を制御する監視調整部（２４）と、前記ＴＴＳパケットを前記クロック信号に応じてデコードしてＴＳパケットを出力するデコード部（２４）と、前記ＴＴＳデコーダから供給された前記ＴＳパケットをＭＰＥＧデコード処理するＭＰＥＧデコード部（２９）と、を具備することを特徴とする受信装置である。

ネットワークを介した送信装置と受信装置との間のＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスファーストリーム）パケット通信の同期を効率的にとることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜本発明の一実施形態に係る送受信システム＞
（構成）
初めに、送受信システムの構成の一例を図１を用いて詳細に説明する。送受信システムは、ＩＰ伝送局１と、インターネット等のネットワークＮを介して接続されている受信装置２とからなっている。

ここで、ＩＰ伝送局１は、デジタル放送復調器１１、ＴＴＳ化タイムスタンプ１３、Ｎｕｌｌパケット除去部１４、ネットワークＩ／Ｆ部１５等を有している。

又、受信装置２は、ネットワークＩ／Ｆ部２１、ネットワーク調整システム２２、バッファメモリ２３、ＴＴＳデコーダ２４、ＴＴＳパケットバッファ２５、クロック部２６、チューナ２７、デモジュレータ２８、ＭＰＥＧデコーダ２９、ＳＴＤバッファ３０、表示部３１、スピーカ３２を有している。

＜クロック調整方法１＞
・不具合点
デジタル放送では、映像と音声を多重化したＭＰＥＧ２−ＴＳが使用されているが、ＴＶ放送として電波で送信する場合には、ＰＣＲ（program clock reference）が付加されており、定レートで信号が送られてくるため、受信機側では送受で同期が可能となり、送信データより速く又は遅く再生されるのを防いでいる。

これに対し、ネットワークでＭＰＥＧ２−ＴＳを送信する場合は、定レートで信号を送ることはできないため、放映時間にずれが生じる可能性がある。これを回避する方法として、図１に示すように、ＭＰＥＧ２−ＴＳの各パケットにタイムスタンプ（２７ＭＨｚ）を付加した、ＭＰＥＧ２−ＴＴＳを使用する方法がある。

受信機はネットワークから到来したＴＴＳパケットをＴＴＳパケットバッファ２５に蓄積し、ＴＴＳパケットのタイムスタンプが２７ＭＨｚのカウンタと一致したタイミングでＭＰＥＧデコーダに出力する。しかしながら、送信機１が「タイムスタンプを付与するために使用するクロック」と、受信機２が「タイムスタンプを評価するためのクロック」との間にずれがあるため、その誤差により受信機２のＴＴＳパケットバッファが増減し破綻する。

・対応方法
ＴＴＳパケットバッファを破綻させないために、本発明の実施形態においては、ＴＴＳデコーダ２４の監視部・調整部２４により、ＴＴＳパケットの占有率をパケットの蓄積時間で評価し、この評価結果に応じてクロック部２６のクロックを変化させる。これにより、ＴＴＳパケットバッファ内のパケットの蓄積が間に合わずに、再生が中断することを回避させるものである。

すなわち、受信機２はＴＴＳパケットのタイムスタンプを「２７ＭＨｚのクロック」＋「オフセット」で評価する、つまりＴＴＳパケットのタイムスタンプが２７ＭＨｚのカウンタ＋「オフセット」と一致したタイミングでＭＰＥＧデコーダ２９に出力する。このオフセットの値を制御して、擬似的に「２７ＭＨｚのクロック」の速度を増減させる。

これにより、ＴＴＳパケットバッファの占有量とその増減傾向を用いて、クロック２６のずれをフィードバック制御することで、ＴＴＳパケットバッファの破綻を回避するものである。

一方、ＴＴＳパケットバッファの占有量をパケット数（バイト量）で評価した場合、パケットロストやストリームのレート変化の影響を受けることがわかる。例えば、送信機と受信機のクロックが完全に同期している場合においても、ネットワークにおいてパケットロストが発生すれば、ＴＴＳパケットバッファに蓄積しているＴＴＳパケットのパケット数（バイト量）は減少する。又、ストリームのレートが高くなれば、ＴＴＳパケットバッファに蓄積しているＴＴＳパケットのパケット数（バイト量）は増加するし、ストリームのレートが低くなれば、ＴＴＳパケットバッファに蓄積しているＴＴＳパケットのパケット数（バイト量）は減少する。従って、ＴＴＳパケットバッファの蓄積パケット数を評価しても、送信機と受信機のクロックのずれを評価することは難しい。

本実施形態においては、パケットロストやストリームのレート変化の影響を受けないために、ＴＴＳデコーダ２４の監視部・調整部２４により、ＴＴＳパケットバッファの占有量を蓄積時間で評価している。蓄積時間を評価するために、ＴＴＳパケットのタイムスタンプを使用する。ＴＴＳパケットのタイムスタンプは一周で２分３０秒程度である（２７ＭＨｚの３２ビット）。一方、ＴＴＳパケットバッファは数秒程度のバッファサイズである。このため、ＴＴＳパケットバッファ２５の先頭のＴＴＳパケットと最後のＴＴＳパケットのタイムスタンプの差分を計算するだけで、ＴＴＳパケットバッファに蓄積したストリームの蓄積時間を算出できる。

＜クロック調整方法２＞
本発明の一実施形態において、他のクロック調整方法として、受信機２のクロック部２６のクロックの初期設定を遅くしておき、初期状態においては、送信機１と受信機２とのクロックのずれによって、ＴＴＳパケットバッファ２５が増加させることが好適である。

このような意識的なクロックのずれにより、ＴＴＳパケットバッファ２５の蓄積量が減少するかもしれないということを考慮せずに初期蓄積量を決定できる。初期蓄積量を少なくできれば、ストリームを受信してから映像が表示されるまでの時間を短くできる。

ただし、クロックのずれによってＴＴＳパケットバッファ２５の蓄積量が増加し続けると、ＴＴＳパケットバッファ２５がオーバーフローし破綻する。従って、蓄積量がクロックのずれによって減少しても大丈夫な安全な水準まで蓄積できたら、バッファの蓄積量が平衡になるように、クロックのずれを制御する。

（実施形態１：図２）
実施形態１は、バッファの蓄積量のみでフィードバック制御する場合である。
ＴＴＳパケットのタイムスタンプを評価するときに使用する「オフセット」を周期τ毎にＮ加算する方法で、クロックのずれＶを制御するシステムについて考える。

Ｎ＝０の場合のクロックのずれ（標準時のクロックのずれ）をＸとした場合（Ｘが正の値の場合に受信機のクロックが速いとする）、クロックのずれＶは下記式で表すことができる（Ｖが正の値の場合に受信機のクロックが速いとする）。

Ｖ ＝ Ｘ ＋ （Ａ×Ｎ）, Ａ ＝ １ ／ （２７００００００ × τ）
周期Ｔ毎に、ＴＴＳパケットバッファの目標蓄積量Ｒと現在の蓄積量Ｙの差Ｅから、Ｎの操作量Ｕを下記式にて決定する。Ｋは定数。

Ｕ ＝ Ｋ × Ｅ, Ｅ ＝ Ｒ − Ｙ
周期Ｔ毎に、ＮにＵを加算することで、クロックのずれＶがフィードバック制御される。

クロックのずれＶによって、ＴＴＳパケットバッファの蓄積量Ｙは、Ｔ時間後にＴ×Ｖだけ減少する。

・シミュレーション：図３
Ｔ＝６０００００[ミリ秒]、τ＝０.００５[秒]、Ｋ＝−１／５０[／ミリ秒]、Ｒ＝３００[ミリ秒]、Ｎの初期値＝−４、Ｎの最大値＝４、Ｎの最小値＝−４、Ｙの初期値＝２００[ミリ秒]、Ｘ＝０.００００２５（受信機のクロックが２５ｐｐｍ速い）とした場合の数値シミュレーションを図３に示す。横軸が経過時間、縦軸が蓄積量Ｙと制御パラメータＮである。

標準時のクロックのずれＸが±３０ｐｐｍに収まっていることを前提とし、初期状態において蓄積量Ｙが減少しないように、Ｎの初期値を決定する。本例では、受信機のクロックを３０ｐｐｍ遅くするのと同等の効果が得られるように、Ｎの初期値を−４にする。

図３の数値シミュレーションではＸ＝０.００００２５であるから、クロックのずれＶの初期値が
０.００００２５ − ４／（２７００００００×０.００５） ＝ −０.０００００５
と負の値となり、ＴＴＳパケットバッファの蓄積量Ｙは、初期状態において増加する。

蓄積量Ｙが目標蓄積量Ｒより小さい間は、操作量Ｕが負の値となり、Ｎは減少する（ただし、最小値よりは小さくならないようにする）。このため、蓄積量Ｙが目標蓄積量Ｒより小さい間は、蓄積量Ｙは増加し続ける。

蓄積量Ｙが目標蓄積量Ｒより大きくなると、操作量Ｕが正の値となり、Ｎは増加する（ただし、最小値よりは大きくならないようにする）。このため、蓄積量Ｙの増加ペースが減少し、次第に蓄積量Ｙも減少する。

・シミュレーション：図４
他は同一条件で、Ｘ＝−０.００００２５（受信機のクロックが２５ｐｐｍ遅い）場合の数値シミュレーションを図４に示す。

Ｘ＝−０.００００２５であるから、クロックのずれＶの初期値が
−０.００００２５ − ４／（２７００００００×０.００５） ＝ −０.００００５５
と図３の例より小さい値となり、ＴＴＳパケットバッファの蓄積量Ｙは、図３の場合よりも速いペースで増加することがわかる。

（実施形態２：図５）
実施形態２は、バッファの蓄積量とその増減傾向に基づいて、フィードバック制御する場合である。

Ｎの操作量Ｕは、目標蓄積量Ｒと現在の蓄積量Ｙの差Ｅから決定されるＵ１と、周期Ｔにおける蓄積量Ｙの変化量ｄＹによって決定されるＵ２によって、下記式で表される。Ｂは定数。

Ｕ ＝ Ｕ１ − Ｕ２
Ｕ１ ＝ Ｋ × Ｅ
Ｕ２ ＝ Ｂ × ｄＹ
Ｂは、蓄積量Ｙの変化量ｄＹを打ち消すために、下記式となる。

Ｂ ＝ −１ ／ （Ｔ × Ａ）
・シミュレーション：図６，図７
Ｔ＝６０００００[ミリ秒]、τ＝０.００５[秒]、Ｋ＝−１／５０[／ミリ秒]、Ｒ＝３００[ミリ秒]、Ｎの初期値＝−４、Ｎの最大値＝８、Ｎの最小値＝−８、Ｙの初期値＝２００[ミリ秒]、Ｘ＝０.００００２５（受信機のクロックが２５ｐｐｍ速い）とした場合の数値シミュレーションを図６に示す。他は同一条件で、Ｘ＝−０.００００２５（受信機のクロックが２５ｐｐｍ遅い）場合の数値シミュレーションを図７に示す。横軸が経過時間、縦軸が蓄積量Ｙと制御パラメータＮである。

これにより、変化量ｄＹを打ち消す効果によって、蓄積量Ｙが安定的に目標蓄積量Ｒに収束することがわかる。安定的に収束するため、ＴＴＳパケットバッファのサイズを小さくできることがわかる。

（動作フローチャート）
数値シミュレーションのような効果を得るためには、蓄積量Ｙと変化量ｄＹをできるだけ正確に把握する必要がある。そのため、図８のフローチャートに示すように、蓄積量Ｙ及び変化量ｄＹの評価は、クロック制御の周期Ｔよりもずっと短い間隔で行い（図８のフローチャートではＴＴＳパケット受信時に行っている）、クロック制御を行うタイミング（制御パラメータＮを更新するタイミング）で最小２乗近似することが好適である。

すなわち、ＴＴＳパケットを受信し（ステップＳ１１）、バッファ量ｙを評価する（ステップＳ１２）。そして、時刻ｔを取得すると（ステップＳ１３）、初期設定済みであれば、図８のステップＳ１６に示すような手順で、最小２乗近似を求める（ステップＳ１６）。

そして、クロック制御時刻となったら（ステップＳ１７）、最小２乗近似を用いて、バッファ量Ｙとその増減ｄＹを計算する（ステップＳ１８）。

制御パラメータの変化量Ｕを計算し（ステップＳ１９）、制御パラメータＮを計算する（ステップＳ２０）。

ここで、Ｎは、ＮｍｉｎからＮｍａｘの値をとり、制御パラメータＮにより、ＴＴＳクロックを補正する（ステップＳ２５）。これによって、最小２乗近似の初期化が可能となる（ステップＳ２６）。

以上のように、本実施形態によって、クロックのズレによるバッファ破綻を回避しつつ、初期蓄積を少なくすることができる。又、 ＴＴＳパケットバッファの蓄積量を安定的に収束させることで、ＴＴＳパケットバッファのサイズを小さくすることができる。

以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムの構成の一例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムのフィードバック制御の一例を示すモデル図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムのクロックが２５ｐｐｍ早い場合の数値シミュレーションの一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムのクロックが２５ｐｐｍ遅い場合の数値シミュレーションの一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムのフィードバック制御の一例を示すモデル図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムのクロックが２５ｐｐｍ早い場合の数値シミュレーションの一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムのクロックが２５ｐｐｍ遅い場合の数値シミュレーションの一例を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るＩＰ放送時刻同期システムにおけるクロック同期手順の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１…ＩＰ伝送局、２…受信機、２４…ＴＴＳデコーダ、２５…ＴＴＳパケットバッファ、２６…クロック部。

Claims (12)

1. ネットワークを介してＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスポートストリーム）パケットを受信するＩ／Ｆ部と、
   前記ＴＴＳパケットを一時的に格納するＴＴＳパケットバッファ部と、
   クロック信号をカウントするクロック部と、
   前記ＴＴＳパケットを時間評価し、この時間評価に応じて前記クロック部のクロック速度を制御する監視調整部と、
   前記ＴＴＳパケットを前記クロック信号に応じてデコードしてＴＳパケットを出力するデコード部と、
   前記ＴＴＳデコーダから供給された前記ＴＳパケットをＭＰＥＧデコード処理するＭＰＥＧデコード部と、を具備することを特徴とする受信装置。
2. 前記クロックの初期設定を、前記ネットワーク上の送信機側のクロックよりも遅い設定にすることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 前記監視調整部は、前記ＴＴＳパケットの時間評価だけでなく、前記ＴＴＳパケットの時間評価の増減傾向を検出し、これに応じて前記クロック部のクロック速度を制御することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
4. 外部からの放送信号を復調した音声映像信号をＭＰＥＧデコード部に供給するチューナ部と、
   前記ＭＰＥＧデコード部から出力された映像音声信号を画面表示するための表示装置と、
   前記ＭＰＥＧデコード部から出力された音声信号を再生するスピーカ部と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
5. 前記監視調節部は、ＴＴＳパケットのタイムスタンプに基づいて、前記時間評価を行なうことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
6. 前記監視調節部は、前記ＴＴＳパケットバッファ中の先頭と最後のタイムスタンプの差分を計算することで、前記時間評価を行なうことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
7. 送信装置とネットワークを介した受信装置との間の送受信方法であり、
   送信装置からＴＴＳ（タイムスタンプ付きトランスポートストリーム）パケットをネットワークを介して送信し、
   前記ネットワークを介してＴＴＳパケットを受信し、
   前記ＴＴＳパケットを一時的にＴＴＳパケットバッファ部に格納し、
   前記ＴＴＳパケットを時間評価し、この時間評価に応じてクロック速度を制御し、
   前記ＴＴＳパケットを前記クロック信号に応じてデコードしてＴＳパケットを出力し、
   前記ＴＴＳデコーダから供給された前記ＴＳパケットをＭＰＥＧデコード処理することを特徴とする送受信方法。
8. 前記クロックの初期設定を、前記ネットワーク上の送信機側のクロックよりも遅い設定にすることを特徴とする請求項７記載の送受信方法。
9. 前記ＴＴＳパケットの時間評価だけでなく、前記ＴＴＳパケットの時間評価の増減傾向を検出し、これに応じて前記クロック部のクロック速度を制御することを特徴とする請求項７記載の送受信方法。
10. 前記受信装置において、外部からの放送信号を復調した音声映像信号をＭＰＥＧデコード部に供給するチューナ部と、前記ＭＰＥＧデコード部から出力された映像音声信号を画面表示するための表示装置と、前記ＭＰＥＧデコード部から出力された音声信号を再生するスピーカ部とを更に設けることを特徴とする請求項７記載の送受信方法。
11. ＴＴＳパケットのタイムスタンプに基づいて、前記時間評価を行なうことを特徴とする請求項７記載の送受信方法。
12. 前記ＴＴＳパケットバッファ部中の先頭と最後のタイムスタンプの差分を計算することで、前記時間評価を行なうことを特徴とする請求項７記載の送受信方法。

Images