JP2007336435A - デジタル放送の送信装置及び受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ユーザのストレスを低減可能な、デジタル放送の送信装置を提供すること。
【解決手段】送信装置は、入力されたストリームデータを、第1の変調方式で変調する伝送路符号化部102と、第1の変調方式に関する伝送パラメータを含みかつリザーブ領域を有する付加情報と、文字データとを受け取り、該付加情報のリザーブ領域に該文字データを格納し、さらに、1シンボルで表現可能なビット数が第1の変調方式よりも少ない第2の変調方式で、文字データが格納された付加情報を変調する付加情報符号化部103と、第1の変調方式で変調されたストリームデータと、第2の変調方式で変調された付加情報とをマルチキャリア変調するマルチキャリア変調部104とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、デジタル放送の送信装置及び受信装置に関する。
近年、デジタル化された番組データを放送するデジタル放送と、その受信機とが急速に普及してきている。特に日本のデジタル放送方式では、据え置き型受信端末向けのハイビジョン放送と、携帯電話又は車載用ナビゲーション等の移動受信端末向けの通称1セグメント放送とが開始されている。デジタル放送では、マルチパス等、対ノイズ性能向上のためにマルチキャリア伝送方式であるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)でデータが送信されている。また、シンボル間干渉又はノイズを軽減するためにガードインターバルと呼ばれる一定時間間隔の信号がOFDMのシンボルに付加されている。マルチキャリア伝送方式を用いた送信方法では、単一搬送波で送信する場合と比較して、シンボルの表現時間が長くなる。さらにガードインターバルを設けることでマルチパスによる干渉影響を抑圧するので伝送時劣化を小さくすることができる。さらに、1セグメント放送は、ハイビジョン放送と比較し、1シンボルの表現ビット数を下げることで、ノイズ耐性を高くしている。さらに移動受信環境での利用を考慮している1セグメント放送では文字サービスが考えられており、音声を出せなくとも文字をユーザに提供することができる(例えば、非特許文献1を参照)。
[地上デジタル放送の伝送方式 ARIB TR−B14 2.6版](社団法人電波産業界,平成14年1月24日 策定,平成17年11月30日 2.6改定)
しかしながら、たとえ、ノイズ耐性について1セグメント放送がハイビジョン放送よりも高くとも、受信装置が移動しながら1セグメント放送を受信すると、受信状況が悪くなり、受信装置から映像及び/又は音声の出力が止まってしまう場合がある。このような状態が長期間続いたり、断続的に複数回起きたりすると、ユーザはストレスを感じてしまうという問題がある。
それ故に、本発明の目的は、ユーザのストレスを低減可能な、デジタル放送の送信装置及び受信装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第1の局面に係る送信装置は、入力されたストリームデータを、第1の変調方式で変調する伝送路符号化部と、第1の変調方式に関する伝送パラメータを含みかつリザーブ領域を有する付加情報と、文字データとを受け取り、該付加情報のリザーブ領域に該文字データを格納し、さらに、1シンボルで表現可能なビット数が第1の変調方式よりも少ない第2の変調方式で、文字データが格納された付加情報を変調する付加情報符号化部と、第1の変調方式で変調されたストリームデータと、第2の変調方式で変調された付加情報とをマルチキャリア変調するマルチキャリア変調部とを備える。
また、本発明の第2の局面に係る受信装置は、第1の変調方式で変調されたストリームデータと、1シンボルで表現可能なビット数が該第1の変調方式よりも少ない第2の変調方式で変調され、所定領域に文字データが格納される付加情報とがマルチキャリア変調された伝送信号を受信するアンテナ部と、アンテナ部で受信された伝送信号に含まれる付加情報に格納される文字データをデコードする文字情報デコード部と、文字情報デコード部でデコードされた文字データが表す文字を出力する映像出力部とを備える。
本発明によれば、送信装置は、1シンボルで表現可能なビット数が第1の変調方式よりも少ない第2の変調方式で変調される付加情報の所定領域に文字データを挿入し伝送する。マルチキャリア伝送では、1シンボルでの表現可能なビット数が少なくなるほど、伝送データのノイズ耐性が高くなる。また、受信装置は、ノイズ耐性の高い文字データを再生し出力する。そのため、受信装置は、受信状況が悪くなっても、少なくとも文字データを再生し出力できる。これによって、ユーザのストレスを軽減することが可能となる。
以下、本発明の実施形態のデジタル放送の送信装置及び受信装置について、図面を用いて説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る送信装置の全体構成を示すブロック図である。図1において、送信装置は、符号化部100と、多重化部101と、伝送路符号化部102と、付加情報符号化部103と、マルチキャリア変調部104とを備えている。
符号化部100には、少なくとも、映像データ、音声データ及び文字データが入力される。ここで、映像及び音声の組み合わせは、例えば、デジタル放送される番組を構成し、文字は、例えば1セグメント放送用の字幕サービス等に用いられる。符号化部100は、入力された映像データ、音声データ及び文字データをエンコードして、映像のデータストリーム、音声のデータストリーム及び文字のデータストリームを生成する。
多重化部101は、符号化部100から少なくとも映像データストリーム、音声データストリーム及び文字データストリームを受け取り、受け取った3種のデータストリームを1つのストリームデータに多重化する。
伝送路符号化部102は、多重化部101からストリームデータを受け取り、受け取ったストリームデータに対して、キャリア変調及びエラー訂正処理を含む伝送路符号化処理を行って、符号化したストリームデータをマルチキャリア変調部104に送る。
本実施形態では、OFDM等のマルチキャリア伝送方式を用いてストリームデータが放送される。このような放送波を受信装置で移動受信する場合、電界変動及びドップラーシフトによる影響、又は刻一刻と変化するマルチパスの影響がある。従って、受信レベルのS/N(Signal to Noise)比によって変化するBER(Bit Error Rate)は刻一刻と変化する。もし受信装置の受信環境が悪化した場合、BERが著しく高くなり、ストリームデータを正しく受信できなくなる。このような受信環境の変化による影響を軽減するために、マルチキャリア伝送方式におけるキャリア変調方式をダイナミックに変更する手法がとられる場合がある。このようなキャリア変調方式の代表的な方式としては、BPSK(Binary Phase Shift Keying)、DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、DQPSK(Differential QPSK)、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation)及び64QAMがある。これらは位相と振幅の組み合わせを決め、各組み合わせに対応するビット列を決定する。BPSKでは0、1の2値を表現できるため1シンボルで表現できる情報量は1ビットとなる。QPSKでは4値を表現できるため1シンボルで表現できる情報量は2ビットとなる。16QAMでは4ビット、64QAMでは6ビットがそれぞれ表現可能となっている。
各キャリア変調方式については、1シンボルで表現できる情報量とノイズ耐性とはトレードオフの関係にあるため、送信装置は、受信装置側の受信環境が良好な場合には1シンボルで表現できる情報量が多いキャリア変調方式に、受信環境が悪化した場合には1シンボルで表現できる情報量が少ないキャリア変調方式に切り替えることよって動的なデータ伝送を実現している。
また、マルチキャリア伝送方式で用いられる複数のキャリアを一定帯域幅で分割し、各帯域幅に異なるキャリア変調方式を適用し、データ伝送を実現する手法もある。
なお、以下の説明では、伝送路符号化部102で用いられるキャリア変調方式を、第1のキャリア変調方式という。第1のキャリア変調方式の代表的な方式は、QPSK、DQPSK、16QAM及び64QAMがある。伝送路符号化部102は、これらのうち、所定のキャリア変調方式で、ストリームデータを変調する。
また、文字データは、符号化部100だけでなく、付加情報符号化部103にも入力される。また、付加情報符号化部103には、伝送路符号化部102で実行されるキャリア変調及びエラー訂正処理等を指定するいくつかの伝送パラメータを含む付加情報が入力される。付加情報は、データフォーマットが予め定められており、所定の格納領域に伝送パラメータ等が格納されている。また、付加情報の予め定められたビット位置には、予約された格納領域、つまり、未使用のリザーブ領域がある。付加情報符号化部103は、未使用のリザーブ領域に、入力された文字データを格納する。付加情報符号化部103は、文字データが格納済みの付加情報を、上記第1のキャリア変調方式とは別のキャリア変調方式(以下、「第2のキャリア変調方式」という。)で変調して、変調した付加情報をマルチキャリア変調部104に与える。
ここで、第2のキャリア変調方式の代表的な方式は、DBPSKがある。第2のキャリア変調方式は、第1のキャリア変調方式よりも1シンボルで表現できるビット数が少ないため、シンボル間の距離があり、ノイズによる誤りが発生しにくい。少なくともこのような相違により、データ再生時に受信装置側で知る必要のある重要な伝送パラメータと、文字データとを含む付加情報とは、上述のストリームデータよりもノイズに対する耐性が高くなる。
上記のような第1の変調方式及び第2の変調方式の相違により、受信装置は、ストリームデータのBERが高くなり、ストリームデータを正しく復調できない場合であっても、付加情報を正しく復調できる場合が多い。
マルチキャリア変調部104は、受け取ったストリームデータ及び付加情報を、電波として送信するためにOFDM等のようなマルチキャリア伝送方式で変調し、最後に、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)などの周波数変換を行って、伝送信号を生成する。このような伝送信号は、図示しないアンテナから空間に送出され、以下に説明する受信装置により受信される。
図2は、第1の実施形態に係る受信装置の全体構成を示すブロック図である。図2において、受信装置は、アンテナ200と接続されるチューナ201と、復調部202と、文字情報デコード部204を含むデコード部203と、オーディオ出力装置205と、ビデオ出力装置206とを備える。
アンテナ200は、図1に示す送信装置により送出された伝送信号を受信する。チューナ201は、アンテナ200が受信した伝送信号から、例えばユーザにより指定されたチャンネルに割り当てられた帯域に含まれる信号を取り出して、復調部202に出力する。復調部202は、チューナ201からの出力信号をデジタルデータに復調する。デコード部203は、復調部202から出力されたデジタルデータを復号して、復号結果に含まれる付加情報に従って、ストリームデータに含まれる音声データ、映像データ及び文字データを再生する。オーディオ出力装置205は、再生された音声データに基づく音声を出力し、ビデオ出力装置206は、再生された映像データ又は文字データを出力する。
付加情報は、文字情報デコード部204にも与えられる。文字情報デコード部204は、例えば受信装置の受信環境が劣化して、文字データが正しく復号されない場合には、付加情報のリザーブ領域に含まれる文字データを再生する。ビデオ出力装置206は、文字情報デコード部204で再生された文字データが表す文字を出力する。
具体的には、デコード部203は、復調部202からデコード部203に別途送信されるエラーパケット情報を基にストリームデータのエラーレートを算出する。デコード部203は、算出されたエラーレートと、所定の閾値とを比較することで、受信装置の受信環境、つまり、ストリームデータを正しくデコードできるか否かを判定する。ストリームデータを正しくデコードできないと判定すると、デコード部203は、ストリームデータのデコードを停止すると共に、文字情報デコード部204に、文字データの再生を指示する。この再生指示に応答して、文字情報デコード部204は、上述の付加情報のリザーブ領域に含まれる文字データの再生を行う。なお、エラーレートの代わりに、受信電界レベルを基に、受信装置の受信環境が判定されてもよい。
このように、本実施形態では、送信装置が、付加情報のリザーブ領域に文字データを挿入する。また、受信装置は、受信環境が悪化した場合、ノイズ耐性の高い第2の変調方式で変調されている付加情報に挿入される文字データを再生し出力する。これによって、受信装置から映像及び/又は音声の出力が止まるような場合に、文字データを再生し出力するので、ユーザのストレスを軽減する効果を有する送信装置及び受信装置を提供することができる。
なお、上述では、文字データそのものがリザーブ領域に格納されるとして説明したが、これに限らず、符号化部100が出力する文字データストリームがリザーブ領域に格納されても構わない。また、リザーブ領域に格納可能なデータ量は相対的に少ないので、文字データそのもの、又は文字データストリームは、図示しないデータ圧縮部によりデータ圧縮された後に、付加情報符号化部103に与えられても構わない。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態の送信装置及び受信装置を、日本の地上デジタル放送で行われているいわゆる1セグメント放送向けにしたものである。日本の地上デジタル放送では、図3に示すように、テレビ放送1チャンネル分の周波数帯域幅Wbである6MHzが13の区画に分割される。分割された各区画はセグメントと呼ばれる。図3中の13セグメントの中央の搬送波帯域Wcを使用した放送は、「1セグメント放送」と呼ばれ、移動受信可能な受信装置(携帯電話、車載用テレビジョン受像機など)での再生を主に想定している。以上については、[地上デジタル放送の伝送方式 ARIB STD−B31.1.5版](社団法人電波産業界,平成11年5月31日 策定,平成15年7月29日 1.5改定)に詳細に記されている。また、図3には、後述のアンテナ411の受信帯域Waも示されている。
1セグメント放送では、トランスポートストリーム(Transport Stream、以下、単に「TS」という。)化された映像データ及び音声データ等がOFDM信号にマルチキャリア変調され、伝送信号として放送されている。なお、OFDM信号には、文字データが含まれる場合もある。
図4は、第2の実施形態に係る送信装置の全体構成を示すブロック図である、図4において、送信装置は、伝送路符号化部300と、TMCC情報符号化部301と、OFDMセグメントフレーム生成部302と、IFFT部303と、ガードインターバル付加部304と、周波数変換部305とを備えている。
伝送路符号化部300は、入力されたTSに対して、バイトビット処理、エネルギー拡散処理、遅延補正処理ビットバイト処理、バイトインターリブ処理、畳み込み符号化処理、キャリア変調処理、階層合成処理、時間インタリーブ処理、周波数インタリーブ処理を行って、符号化TSを生成する。生成された符号化TSはOFDMセグメントフレーム生成部302に出力される。なお、伝送路符号化部300の処理において、キャリア変調処理に関しては、前述の第1のキャリア変調方式に従って行われる。その他の処理に関しては周知であるため、それぞれの説明を省略する。
TMCC情報符号化部301には、第1の実施形態と同様の文字データが入力される。TMCC情報符号化部301にはさらに、第1の実施形態における付加情報に相当するTMCC(Transmission and Multiplexing Configuration Control)情報が入力される。TMCC情報は、第1のキャリア変調方式、畳み込み符号化率、地上デジタル放送であるかどうかを示す情報等を含んでいる。具体的には、TMCC情報は、図5に示すように、102ビットで構成されており、12ビットの未使用のリザーブ領域を有する。TMCC情報符号化部301は、入力された文字データをリザーブ領域に格納する。
また、TMCC情報を受信できないと受信装置側は伝送信号を復調できない。そのため、文字データが格納されたTMCC情報は、伝送路上でのノイズ耐性を高めるため、前述の第2のキャリア変調方式の典型例としてのDBPSKで、TMCC情報符号化部301により変調された後、OFDMセグメントフレーム生成部302に出力される。
OFDMセグメントフレーム生成部302は、1セグメントのデータ受信に必要なパイロット信号を、入力された符号化TSに挿入し、さらに符号化TSの所定領域に、入力されたTMCC情報を挿入して、OFDMセグメントフレームを生成する。なお、200msecでTMCCが1回挿入されるとすると、TMCC内のリザーブ領域を用いることで最大60bpsの文字データの伝送が可能となる。
なお、文字データが60bpsを超えてリザーブ領域に収まりきらない場合には、例えば、TMCC情報符号化部301は、所定のデータ圧縮手法により圧縮した文字データをリザーブ領域に格納しても構わない。また、TMCC情報符号化部301は、文字データの伝送レートが60bps以下になるのであれば、TSに元々含まれる文字データの文字コード体系とは異なる文字コード体系で表現されているが、同一の意味を持つ別の文字データをリザーブ領域に格納しても構わない。
IFFT部303は、OFDMセグメントフレームにIFFT処理を行って、各キャリアを変調した信号(以下、「マルチキャリア変調信号」という。)を一括して作り出す。ガードインターバル付加部304は、マルチキャリア変調信号にガードインターバルを付加する。また、周波数変換部305は、ガードインターバルが付加されたマルチキャリア変調信号の周波数をアップコンバートして、図示しないアンテナから伝送信号として空間に送出する。この伝送信号は、以下に説明する受信装置により受信される。
図6は、第2の実施形態に係る受信装置の全体構成を示すブロック図である。図6において、受信装置は、受信部410と、デコード部420と、音声を出力するオーディオ出力装置430と、映像及び文字を出力するビデオ出力装置440と、処理中のデータを保存するメモリ450と、文字再生に必要なフォントデータを格納するフォントデータ格納部460とを備える。
受信部410は、受信帯域Wa(図3参照)に含まれる伝送信号を受信するアンテナ411と接続され、アンテナ411の受信信号から所定の帯域(例えば、図3の周波数帯域Wb)に含まれる信号を取り出すチューナ412と、復調部413とを含む。復調部413は、チューナ412の出力信号から、まずTSの復調に必要なTMCC情報を取り出し復調した後、TMCC情報に基づいてTSの復調を開始する。復調されたTSは、デコード部420に出力される。
デコード部420は、入力されたTSを復号して、映像データ及び音声データを再生する。そのために、デコード部420は、TS分離部421と、オーディオデコーダ422と、ビデオデコーダ423と、文字デコーダ424と、オーディオデータ管理部425と、ビデオデータ管理部426と、デコード処理管理部427とを含む。
TS分離部421は、TSに多重されている音声データ及び映像データを分離する。また、TS分離部421は、TSに文字データが多重されている場合には、文字データも分離する。そして、TS分離部421は、分離した音声データをオーディオデコーダ422に、分離した映像データをビデオデコーダ423に、分離した文字データを文字デコーダ424に分配する。
オーディオデコーダ422は、圧縮されている音声データを伸張した後、オーディオデータ管理部425にデータを渡し、ビデオデコーダ423は、圧縮されている映像データを伸張した後、ビデオデータ管理部426に映像プレーンを渡す。また、文字デコーダ424は、入力された文字データと、フォントデータ格納部460に格納されるフォントデータを用いて文字プレーンを生成した後、ビデオデータ管理部426に渡す。
ビデオデータ管理部426は、複数のプレーン(つまり、典型的には映像プレーンと文字プレーン)を受け取った場合には、これらプレーンを重ね合わせてビデオ出力装置440に出力する。オーディオデータ管理部425は、受け取った音声データをオーディオ出力装置430に出力する。これによって、ビデオ出力装置440から映像が出力され、オーディオ出力装置430から音声が出力される。なお、デコード処理管理部427は、これら一連の処理を管理している。
次に、本実施形態に特有な「リザーブ領域の文字データ再生」について説明する。復調部413はさらに、TMCC情報のリザーブ領域に格納されている文字データを文字デコーダ424に送信する。
文字デコーダ424は、デコード処理管理部427又はTS分離部421からの指示に従い、TS内の文字データを復号するか、TMCC情報に含まれている文字データを復号するかを決定する。いずれの文字データを復号するかは、デコード部420が、第1の実施形態のデコード部203と同様にして判定するので、その詳細な説明を省略する。現在の受信環境が悪いとデコード部420が判定すると、オーディオデコーダ422及びビデオデコーダ423は処理を停止するともに、デコード部420は文字デコーダ424に、リザーブ領域の文字データの再生を指示する。この再生指示に応答して、文字デコーダ424は、復調部413から受け取った文字データと、フォントデータ格納部460に格納されるフォントデータを用いて文字プレーンを生成した後、ビデオデータ管理部426に渡す。この場合、ビデオデータ管理部426は、文字デコーダ424からの文字プレーンをビデオ出力装置440に出力する。これによって、ビデオ出力装置440から文字が出力される。なお、これらの処理もデコード処理管理部427により管理される。
このように、本実施形態では、TMCC情報のリザーブ領域を使うことで、日本の地上デジタル放送においても第1の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
なお、上述では、復調部413が文字データを文字デコーダ424に出力するとして説明した。他にも、復調部413がTMCCのリザーブ領域に格納されている文字データをTSに多重した後、TS分離部421に送信し、TS分離部421が文字データを分離後、文字デコーダ424に送信してもよい。また、復調部413がTMCCのリザーブ領域に格納されている文字データをそのままTS分離部421に送信し、TS分離部421がTMCCのリザーブ領域に格納されている文字データを分離して、文字デコーダ424に送信してもよい。
本発明に係る受信装置は、デジタル放送を受信可能で、ユーザのストレスを低減可能な効果が要求される携帯電話又は車載用テレビジョン受像機等に好適である。
本発明の第1の実施形態に係る送信装置の全体構成を示すブロック図 本発明の第1の実施形態に係る受信装置の全体構成を示すブロック図 日本の地上デジタル放送におけるセグメントの概要を示す模式図 本発明の第2の実施形態に係る送信装置の全体構成を示すブロック図 日本の地上デジタル放送におけるTMCC情報のビット割当てを示す模式図 本発明の第2の実施形態に係る受信装置の全体構成を示すブロック図
符号の説明
100 符号化部
101 多重化部
102,300 伝送路符号化部
103 付加情報符号化部
104 マルチキャリア変調部
200,411 アンテナ
201,412 チューナ
202,413 復調部
203,420 デコード部
204 文字情報デコード部
205,430 オーディオ出力装置
206,440 ビデオ出力装置
301 TMCC情報符号化部
302 OFDMセグメントフレーム生成部
303 IFFT部
304 ガードインターバル付加部
305 周波数変換部
421 TS分離部
422 オーディオデコーダ
423 ビデオデコーダ
424 文字デコーダ
425 オーディオデータ管理部
426 ビデオデータ管理部
427 デコード処理管理部

Claims (4)

  1. 入力されたストリームデータを、第1の変調方式で変調する伝送路符号化部と、
    前記第1の変調方式に関する伝送パラメータを含みかつリザーブ領域を有する付加情報と、文字データとを受け取り、該付加情報のリザーブ領域に該文字データを格納し、さらに、1シンボルで表現可能なビット数が前記第1の変調方式よりも少ない第2の変調方式で、文字データが格納された付加情報を変調する付加情報符号化部と、
    前記第1の変調方式で変調されたストリームデータと、前記第2の変調方式で変調された付加情報とをマルチキャリア変調するマルチキャリア変調部とを備える、送信装置。
  2. 第1の変調方式で変調されたストリームデータと、1シンボルで表現可能なビット数が該第1の変調方式よりも少ない第2の変調方式で変調され、所定領域に文字データが格納される付加情報とがマルチキャリア変調された伝送信号を受信するアンテナ部と、
    前記アンテナ部で受信された伝送信号に含まれる付加情報に格納される文字データをデコードする文字情報デコード部と、
    前記文字情報デコード部でデコードされた文字データが表す文字を出力する映像出力部とを備える、受信装置。
  3. 前記文字情報デコード部は、前記伝送信号の受信状態が悪くなると、前記付加情報内の文字データのデコードを行う、請求項2に記載の受信装置。
  4. 前記受信装置は、前記伝送信号の受信状態の良否を判定し、受信状態が良い場合に、前記ストリームデータに多重される映像データ、音声データ又は文字データを復号し、受信状態が悪い場合に、前記文字情報デコード部に指示を与えるデコード部をさらに備え、
    前記文字情報デコード部は、前記デコード部からの指示に応答して、前記付加情報内の文字データのデコードを行う、請求項3に記載の受信装置。
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