JP2009518986A - Mpegフォーマットのマルチメディアデータを伝送するための方法、通信システム、マルチメディア加入者端末機、およびゲートウエイ - Google Patents
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Abstract
本発明は、MPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータ(7,9)を通信システム(1)のマルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)間で、通信システムの少なくとも1つの通信接続(2)を介して伝送するための方法に関する。マルチメディアデータの伝送をできるだけ効率的に行い、車両における種々異なる通信システムの数を低減するために、
MPEGマルチメディアデータ(7,9)は、フレックスレイ通信システム(1)を介しフレックスレイプロトコルに従って伝送されることが提案される。そのために有利には、フレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)の大きさに適合される。有利にはフレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)と同じ大きさに、とりわけ188バイトの大きさに選択される。
MPEGマルチメディアデータ(7,9)は、フレックスレイ通信システム(1)を介しフレックスレイプロトコルに従って伝送されることが提案される。そのために有利には、フレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)の大きさに適合される。有利にはフレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)と同じ大きさに、とりわけ188バイトの大きさに選択される。
Description
本発明は、請求項1の上位概念による、MPEG(Moving Picture Experts Group)フォーマットのマルチメディアデータを伝送するための方法に関する。本発明はまた、請求項9の上位概念による、MPEGフォーマットのマルチメディアデータを伝送するための通信システムに関する。さらに本発明は、請求項11の上位概念による、MPEGフォーマットのマルチメディアデータを伝送するための通信システムのマルチメディア加入者端末機に関する。加入者端末機はマルチメディアソースまたはマルチメディア受信器として構成することができる。最後に本発明は、請求項15の上位概念による、MPEGフォーマットのマルチメディアデータを伝送するための通信システムへマルチメディア加入者端末機を接続するためのゲートウエイにも関する。
従来の技術
従来技術から種々の車両ネットワークないしはネットワークアーキテクチャが公知である。通常、これらは適用ドメインにしたがって区別される。このことは、通信システムでのデータ速度、パケットサイズ、待ち時間および伝送ジッタ(伝送時間の変動)に対する種々の要求となる。マルチメディアコンポーネントの適用領域は、システム電子回路、シャーシ電子回路、およびユーザ電子回路に分けられる。システム電子回路は、「フェイルオペレーショナル」(コンポーネントが故障しても、機能性が完全に維持される)と、「フェイルセーフ」(コンポーネントが故障しても、他のコンポーネントを阻害することなく非常動作する)に分けられる。シャーシ電子回路はいわゆる「フェイルセーフ」コンポーネントだけを含む。システム電子回路の「フェイルオペレーショナル」コンポーネントと「フェイルセーフ」コンポーネントとの間にはゲートウエイ(ネットワーク接続部、インタフェース)が配置されており、システム電子回路の「フェイルセーフ」コンポーネントと、シャーシ電子回路の「フェイルセーフ」コンポーネントの間にも同様に配置されている。シャーシ電子回路のコンポーネントと、ユーザ電子回路のコンポーネントとの間にはファイヤウォール(アクセス保護システム)が配置されている。システム電子回路とシャーシ電子回路のコンポーネントはもっぱらCAN(ontroller Area Network)ネットワーク化されている。シャーシ電子回路の領域にはバスシステム、例えばLIN(Local Interconnected Network)がサブバスとして構築されている。
従来技術から種々の車両ネットワークないしはネットワークアーキテクチャが公知である。通常、これらは適用ドメインにしたがって区別される。このことは、通信システムでのデータ速度、パケットサイズ、待ち時間および伝送ジッタ(伝送時間の変動)に対する種々の要求となる。マルチメディアコンポーネントの適用領域は、システム電子回路、シャーシ電子回路、およびユーザ電子回路に分けられる。システム電子回路は、「フェイルオペレーショナル」(コンポーネントが故障しても、機能性が完全に維持される)と、「フェイルセーフ」(コンポーネントが故障しても、他のコンポーネントを阻害することなく非常動作する)に分けられる。シャーシ電子回路はいわゆる「フェイルセーフ」コンポーネントだけを含む。システム電子回路の「フェイルオペレーショナル」コンポーネントと「フェイルセーフ」コンポーネントとの間にはゲートウエイ(ネットワーク接続部、インタフェース)が配置されており、システム電子回路の「フェイルセーフ」コンポーネントと、シャーシ電子回路の「フェイルセーフ」コンポーネントの間にも同様に配置されている。シャーシ電子回路のコンポーネントと、ユーザ電子回路のコンポーネントとの間にはファイヤウォール(アクセス保護システム)が配置されている。システム電子回路とシャーシ電子回路のコンポーネントはもっぱらCAN(ontroller Area Network)ネットワーク化されている。シャーシ電子回路の領域にはバスシステム、例えばLIN(Local Interconnected Network)がサブバスとして構築されている。
自動車のマルチメディア装備は、ここ数年、カセットドライブまたはCDドライブを備えた簡単なラジオから、要求度が高く、高度に発展した多数の情報システムに発達した。この情報システムは相互に、そしてもちろんユーザと通信し、相互作用しなければならない。現在の自動車はGPSナビゲーションシステムを有し、このGPSナビゲーションシステムは安全システムと関連して動作することができ、盗難車両の現在地を突き止めることができる。乗客の安全のためには、運転者が個々のコンポーネントの詳細にではなく、車両の運転に集中することが必要である。自動車電話はオ―ディオ装置と相互作用し、通話が行われる際には音量を下げるべきである。音声制御およびハンズフリー装置は、音声を記録し、デジタル化するマイクロフォンを必要とする。表示システムが、ナビゲーション情報の出力、DVD再生およびテレビジョン再生のために必要である。
操作のためにはすべてのマルチメディアコンポーネントが、運転者へのインタフェースを有していなければならない。音声情報および画像情報は多数の形式を選択できるように出力されなければならない。これは運転者に情報通知し、および/または同乗者は楽しむことができるようにするためである。情報は種々異なるソースから到来するから、コンポーネントは情報を管理し、処理し、これをユーザに確実に出力することができなければならない。
ユーザ電子回路のコンポーネントに対して、とりわけマルチメディアデータの伝送のために現在では直接的なケーブル配線ならびにMOSTネットワークが構築されている。ファイヤウォールをマルチメディアバスとして使用することも考えられた。ユーザ電子回路の領域では、バンド幅に対する要求が非常に高い。MOSTはマルチメディア光ファイバネットワークであり、自動車での適用に最適化されている。MOSTバスによって、コンポーネントを相互に独立して開発し、標準ハードウエアインタフェースおよび/またはソフトウエアインタフェースによって相互にネットワーク化し、その際にデジタルでの相互運用性を保証することができる。付加的コンポーネントおよび機能を簡単に追加することができる。なぜなら、MOSTネットワークはコンポーネントからコンポーネントへ情報伝送するためのインフラストラクチャを提供するからである。自動車は同時に、ディーラで顧客の希望に個別に適合され、所定のリストから取り出すことはできない。マルチメディアコンポーネントが相互に相互作用するために所定のインタフェースを有し、ユーザインタフェースを介して簡単に操作できるようにしてあるので安全性が向上する。
MOSTバスは5.76Mbit/sから24Mbit/sまでのデータ速度をサポートする。21.17Mbit/sを可能にするパラメータ化が確立されている。MOST標準化は1997年の起源にまでさかのぼる。当時はただ1つの一般的デジタルソースがオーディオCDであった。したがって、CDオーディオチャネルがMOSTネットワークにより最適に伝送されるようにMOSTデータ構造を構築することは容易に想到できた。したがってMOSTフレーム構造のブロックはそれぞれ16のデータフレームを含んでいる。各フレームは同期データを含んでいなければならないが、付加的に非同期データを含むこともできる。非同期データにはオーディオストリームおよびビデオストリームも含まれるが、非同期データはフレーム当たり最大60バイトで伝送することができる。フレーム反復周波数がCDサンプリングレートに相当する44.1kHzの場合、オーディオCDに対してコンパーチブルなデータ速度が得られる(時分割多重法で伝送される最大16の論理チャネルのうち3つを使用する場合)。このフレームフォーマットはオーディオCDに対しては最適のものであるが、例えばMPEG(Moving Picture Exports Group)フォーマットの現代のビデオデータストリームにはさほど適さない。
実際のマルチメディアシステムはMPEGに基づく。MPEGは、オーディオデータおよびビデオデータをどのようにして効率的にデータストリームで伝送することができるかを規定する。主たる適用分野はDVD(Digital Versatile Disk)およびデジタルテレビジョン(DVB、欧州でのデジタルビデオブロードキャスティング;ISDB,日本での統合サービスデジタル放送、およびATSC、米国でのAdvanced Television Systems Committee)である。MPEG伝送ストリームは長さ188バイトのデータフレームに基づく。各MPEGフレームは4バイトのヘッダを有する。例えばMPEG2伝送ストリームは多数のMPEGデータフレームの結合からなる。特徴的なのは、連続データストリームであることである。
マルチメディアコンポーネント間を直接的に接続することには甚だしい配線コストが掛かる。複数の種々異なるバスシステムを所定の環境(自動車、機械工学等)で使用することも同様に甚だしい配線コストにつながる。しかも量産効果(低コスト、頑強性、および製造信頼性)が制限される。なぜなら各バスシステムごとに異なる構成部材が必要だからである。例えば所属のドライバ構成素子を備えるCANプロトコル構成部材は特殊なドライバ構成素子を備えるMOST構成部材とは異なる。さらにMOSTバスシステムを介するMPEGデータストリームの伝送は付加的コストとシステムリソースを必要とする。なぜならデータフレームフォーマットにMOSTとMPEGとでは互換性がないからである。
例えばバスシステムの形態の通信システムまたはデータ伝送システムおよび通信コネクションを用いる制御機器、センサ系およびアクチュエータのネットワーク化は現代の自動車の組み立てまたは機械製作、殊に工作機械の分野においても、さらにはオートメーションにおいても近年、劇的に増加した。そのようなネットワーク化では通信システムの複数の加入者端末機、例えば制御機器に機能を分散することにより相乗効果を達成することができる。ここでは分散型システムについて説明する。
その種のデータ伝送システムの種々の加入者間の通信はますますバスシステムを介して行われている。バスシステムにおける通信トラフィック、アクセスおよび受信メカニズムならびにエラー処理はプロトコルを介して制御される。公知のプロトコルは例えばフレックスレイプロトコルであり、目下のところフレックスレイプロトコル仕様v2.1が基礎をなしている。フレックスレイは高速で決定性かつ耐故障性のバスシステムであり、ことに自動車に使用される。フレックスレイプロトコルは時分割多重アクセス(TDMA)の原理に従い機能し、加入者もしくは伝送すべきメッセージには固定のタイムスロットが割り当てられ、このタイムスロットにおいては通信コネクションへの排他的アクセスが行われる。タイムスロットは一定の周期で繰り返されるので、メッセージがバスを介して伝送される時点を正確に予測することができ、またバスアクセスが決定性で行われる。
バスシステムにおいてメッセージを伝送するための帯域幅を最適に利用するために、フレックスレイは周期を静的な部分と動的な部分に、ないしは静的なセグメントと動的なセグメントに分割する。静的な部分においては固定のタイムスロットがバス周期の開始時に存在する。動的な部分においてはタイムスロットが動的に設定される。そこでは排他的なバスアクセスがその都度短時間のみ、少なくとも1つのいわゆるミニスロットの持続時間にわたり実現される。ミニスロット内でバスアクセスが行われる場合にのみ、タイムスロットはアクセスに必要とされる時間だけ延長される。すなわちこれにより、帯域幅が実際に必要とされる場合にのみその帯域幅が使用される。フレックスレイは1つまたは2つの物理的に分離された線路を介して、それぞれ最大で10Mbit/sのデータ速度で通信する。しかしながらもちろんフレックスレイはそれよりも低いデータ速度でも動作することができる。2つのチャネルはことにいわゆるOSI(Open System Interconnection)層モデルの物理層に相当する。これらのチャネルは主としてメッセージの冗長的したがって耐故障性の伝送に使用されるが、異なるメッセージを伝送することもでき、これによってデータ速度は2倍になる。コネクション線路を介して伝送される信号を、2つの線路を介して伝送される信号の差から形成することも考えられる。物理層は、線路を介する1つまたは複数の信号の電気的な伝送および光学的な伝送または別の経路における伝送を実現するよう構成されている。
同期的な機能を実現し、また帯域幅を2つのメッセージ間の短い間隔により最適化するために、通信ネットワークにおける加入者は共通のタイムベース、いわゆるグローバル時間を必要とする。加入者のローカル時計を同期するために、同期メッセージが周期の静的な部分で伝送され、フレックスレイ仕様に応じた特別なアルゴリズムにより加入者のローカル時計の時刻が修正され、全てのローカル時計はグローバル時計に同期して動く。
テレビジョン画像のために符号化されたデータ速度は画面対角40インチ(101.6cm)までの画面サイズで許容できる画質を提供する。しかし自動車では格段に小さいディスプレイが使用される。ここでの典型的なサイズは10.4インチ(26.42cm)までである。比較的小さな画面サイズでは、大きな画面サイズよりも符号化アーチファクトが肉眼を煩わせる程度が小さい。したがって自動車での使用のためには、データ速度を、肉眼に知覚されるような画像障害の発生なしでさらに低下させることができる。ビデオ適用に対しては2Mbit/sのデータ速度が現実的である。しかし自動車のビデオソースは、本来必要な2Mbit/sのデータ速度よりも高い。DVDデータソースは9Mbit/sまでのピークデータ速度を有し、デジタル衛星テレビジョンは4Mbit/sで伝送される。半導体工業は、デジタルビデオデータを新たに符号化する高性能のチップセットを提供しており、これによりデジタルビデオデータを自動車内で比較的に低いデータ速度で伝送することができる。このことにより自動車のバスシステムに対する要求が低くなる。表1は、マルチメディア適用に対する典型的なデータ速度を示す。
記述の従来技術から出発して本発明の基礎とする課題は、自動車における異なるバスシステムの数を低減することである。
この課題を解決するために冒頭に述べた形式の方法から出発して、MPEGマルチメディアデータを、フレックスレイ通信システムを介してフレックスレイプロトコルに従い伝送することが提案される。
発明の利点
本発明によれば、フレックスレイプロトコルと、ひいては専用のフレックスレイドライバ構成素子を備えるフレックスレイ構成部材を使用して、MPEGデータストリームの伝送することが提案される。フレックスレイプロトコル構成部材は、フレックスレイ通信コントローラCC、フレックスレイバスドライバBD、および選択的にフレックスレイバスウォッチャBGを含む。フレックスレイは0から254バイトの有効データを1つのデータフレームで伝送することができる。有効データ量が小さければ、プロトコル効率も低い。MPEGデータパケットは188バイトのフレーム長を有するから、マルチメディアデータをMPEGフォーマットで伝送するにはフレックスレイが最適である。MPEGデータストリームをフレックスレイ通信システムを介して伝送することは、MPEGデータパケットのフレックスレイデータフレームを介する「トンネリング」とも称される。
本発明によれば、フレックスレイプロトコルと、ひいては専用のフレックスレイドライバ構成素子を備えるフレックスレイ構成部材を使用して、MPEGデータストリームの伝送することが提案される。フレックスレイプロトコル構成部材は、フレックスレイ通信コントローラCC、フレックスレイバスドライバBD、および選択的にフレックスレイバスウォッチャBGを含む。フレックスレイは0から254バイトの有効データを1つのデータフレームで伝送することができる。有効データ量が小さければ、プロトコル効率も低い。MPEGデータパケットは188バイトのフレーム長を有するから、マルチメディアデータをMPEGフォーマットで伝送するにはフレックスレイが最適である。MPEGデータストリームをフレックスレイ通信システムを介して伝送することは、MPEGデータパケットのフレックスレイデータフレームを介する「トンネリング」とも称される。
例えばDVDの再生またはデジタルテレビジョン(DVB)の使用の際に、フレックスレイプロトコルを実情に適した通信スケジュールと組み合わせてMPEGデータストリームの伝送のために適用することの利点は、少なくとも将来的に自動車に存在するフレックスレイバスシステムを、ユーザ電子回路の加入者端末機間でのマルチメディアデータの伝送にも使用できることである。マルチメディア加入者端末機間でマルチメディアデータを伝送するために、別個の直接的配線または付加的バスシステムを設けることが省略される。公知のMOSTバスシステムとは異なり、フレックスレイバスシステムはMPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータの伝送に格段に良好に適する。このことも本発明では利用される。本発明によれば、自動車での異なるバスシステムの数が低減され、ひいては重量とコストが格段に削減される。さらに本発明により、MPEGマルチメディアデータの伝送が格段に効率化され、ひいてはリソースが節約される。
有利にはMPEG2パケットないしはMPEG2データフレームがフレックスレイデータフレーム(いわゆるフレーム)を介してトンネル化される。すなわち1:1でフレックスレイデータフレームの有効データセグメントにコピーされ、フレックスレイ通信システムの少なくとも1つの通信接続を介して伝送される。受信側のマルチメディア加入者端末機では、データコンテンツがフレックスレイデータフレームから、およびMPEG2パケットがフレックスレイデータフレームの有効データ領域からパケット化され、マルチメディアデータがMPEG2デコーダに供給される。その後、マルチメディアデータはユーザに通常のように、音響的および/または光学的出力がスピーカおよび/または画面を介して指示される。
本発明の課題の別の解決手段では、MPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータを伝送するために、冒頭に述べた形式の通信システムから出発して、この通信システムがフレックスレイ通信システムとして構成されていることが提案される。したがって本発明により、MPEGマルチメディアデータをフレックスレイ通信システムで、フレックスレイプロトコルに従い、例えば現在のフレックスレイ仕様v2.1に従い伝送することが初めて提案される。
本発明の課題の別の解決手段として、MPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータを伝送するために、冒頭に述べた形式の通信システムのマルチメディア加入者端末機から出発して、このマルチメディア加入者端末機がフレックスレイ通信コントローラを、MPEGマルチメディアデータをフレックスレイプロトコルに従い伝送するために有することが提案される。フレックスレイ通信コントローラは、送信側のマルチメディア加入者端末機では、MPEGデータフレームを伝送のために設けられたフレックスレイデータフレームに埋め込むために用いられる。フレックスレイデータフレームは、バスドライバによりデータ伝送のために、フレックスレイ通信システムの少なくとも1つの通信接続に供給される。受信側のマルチメディア加入者端末機で、フレックスレイ通信コントローラはMPEGデータフレームを受信したフレックスレイデータフレームから取り出すために用いられる。
最後に本発明の課題の解決手段として、冒頭に述べた形式の通信システムの少なくとも1つの通信システムにマルチメディア加入者端末機を接続するためのゲートウエイから出発して、ゲートウエイがMPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータを、通信システムの少なくとも1つの別の加入者端末機に、少なくとも1つの通信接続を介して伝送するための手段を有することが提案される。
ここでこの手段は、MPEGマルチメディアデータをフレックスレイプロトコルに従い伝送するための少なくとも1つのフレックスレイ通信コントローラとして構成されている。このようなゲートウエイは、従来の標準マルチメディア加入者端末機と、フレックスレイ通信システムの少なくとも1つの通信接続との間に接続することができる。ゲートウエイのおかげで、マルチメディアソースにより使用されるMPEGマルチメディアデータパケットがフレックスレイデータフレームないしはデータフレームの有効データセグメントに配置され、これによりマルチメディアデータパケットをフレックスレイプロトコルに従い通信システムを介して伝送することができる。
ここでこの手段は、MPEGマルチメディアデータをフレックスレイプロトコルに従い伝送するための少なくとも1つのフレックスレイ通信コントローラとして構成されている。このようなゲートウエイは、従来の標準マルチメディア加入者端末機と、フレックスレイ通信システムの少なくとも1つの通信接続との間に接続することができる。ゲートウエイのおかげで、マルチメディアソースにより使用されるMPEGマルチメディアデータパケットがフレックスレイデータフレームないしはデータフレームの有効データセグメントに配置され、これによりマルチメディアデータパケットをフレックスレイプロトコルに従い通信システムを介して伝送することができる。
図面
次に、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。図面およびこれに所属の図面の説明から、本発明のさらなる特徴、利点および構成を読み取ることができる。
図1は、MPEGマルチメディアデータをフレックスレイプロトコルに従い伝送するための本発明の通信システムを示す概略図である。
図2は、MPEG2データフレームをフレックスレイデータフレームの有効データセグメントにトンネル化することを説明する図である。
図3は、フレックスレイデータフレームの構造を示す図である。
図4は、MPEG2データフレームの構造を示す図である。
図5は、MPEGデータストリームを含む複数のMPEGデータフレームの順次配置を示す図である。
図6は、MOSTフレームフォーマットを示す図である。
次に、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。図面およびこれに所属の図面の説明から、本発明のさらなる特徴、利点および構成を読み取ることができる。
図1は、MPEGマルチメディアデータをフレックスレイプロトコルに従い伝送するための本発明の通信システムを示す概略図である。
図2は、MPEG2データフレームをフレックスレイデータフレームの有効データセグメントにトンネル化することを説明する図である。
図3は、フレックスレイデータフレームの構造を示す図である。
図4は、MPEG2データフレームの構造を示す図である。
図5は、MPEGデータストリームを含む複数のMPEGデータフレームの順次配置を示す図である。
図6は、MOSTフレームフォーマットを示す図である。
実施例の説明
従来技術から、とりわけMPEGフォーマットのマルチメディアデータをマルチメディアソースからMOST(Media Oriented Systems Transport)通信システムの通信接続を介して受信側マルチメディア加入者端末機に、例えばスピーカおよび/または画面に伝送することは公知である。MOSTフレームフォーマットが図6に示されている。 MOSTバスは5.76Mbit/sから24Mbit/sまでのデータ速度をサポートする。21.17Mbit/sを可能にするパラメータ化が確立されている。MOST標準化は1997年の起源にまでさかのぼる。当時はただ1つの一般的デジタルソースがオーディオCDであった。したがって、CDオーディオチャネルがMOSTネットワークにより最適に伝送されるようにMOSTデータ構造を構築することは容易に想到できた。したがってMOSTフレーム構造のブロックはそれぞれ16のデータフレームからなる。各フレームは同期データを含んでいなければならないが、付加的に非同期データを含むこともできる。非同期データにはオーディオストリームおよびビデオストリームも含まれるが、非同期データはフレーム当たり最大60バイトで伝送することができる。フレーム反復周波数がCDサンプリングレートに相当する44.1kHzの場合、MOST通信システムを介してオーディオCDに対してコンパーチブルなデータ伝送速度が得られる(最大で使用可能な16のチャネルのうち3つを使用する場合)。このMOSTフレームフォーマットはCDオーディオに対して良く適するが、現代のビデオデータストリーム、とりわけMPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータに対しては制限的にしか適さない。
従来技術から、とりわけMPEGフォーマットのマルチメディアデータをマルチメディアソースからMOST(Media Oriented Systems Transport)通信システムの通信接続を介して受信側マルチメディア加入者端末機に、例えばスピーカおよび/または画面に伝送することは公知である。MOSTフレームフォーマットが図6に示されている。 MOSTバスは5.76Mbit/sから24Mbit/sまでのデータ速度をサポートする。21.17Mbit/sを可能にするパラメータ化が確立されている。MOST標準化は1997年の起源にまでさかのぼる。当時はただ1つの一般的デジタルソースがオーディオCDであった。したがって、CDオーディオチャネルがMOSTネットワークにより最適に伝送されるようにMOSTデータ構造を構築することは容易に想到できた。したがってMOSTフレーム構造のブロックはそれぞれ16のデータフレームからなる。各フレームは同期データを含んでいなければならないが、付加的に非同期データを含むこともできる。非同期データにはオーディオストリームおよびビデオストリームも含まれるが、非同期データはフレーム当たり最大60バイトで伝送することができる。フレーム反復周波数がCDサンプリングレートに相当する44.1kHzの場合、MOST通信システムを介してオーディオCDに対してコンパーチブルなデータ伝送速度が得られる(最大で使用可能な16のチャネルのうち3つを使用する場合)。このMOSTフレームフォーマットはCDオーディオに対して良く適するが、現代のビデオデータストリーム、とりわけMPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータに対しては制限的にしか適さない。
720×576画素の解像度を備えるテレビジョン画像は例えば166Mbit/sのデータ伝送速度を必要とし、MPEG2符号化によって4Mbit/sに圧縮することができる。ここでMPEG2データは、188バイトの大きさのパケット、または4バイトのヘッダと184バイトの有効データないしはビデオデータを備えるデータフレームからなる。このようなデータフレームが例として図4に示されている。MPEG2データストリームは複数のこのようなMPEG2データフレームを連続して有する(図5参照)。
とりわけ保安的に関連し、保安的に重要なデータを伝送するために、従来技術からフレックスレイ通信システムが公知である。フレックスレイプロトコル、例えばフレックスレイ仕様v2.1によるデータ伝送の場合、データが周期的に伝送される。反復される通信サイクルは静的セグメントと動的セグメント、ならびにさらなる情報(例えばシンボルウィンドウ(SW)、ネットワークアイドルタイム(NT))を含む。静的セグメントには通信システムの種々異なる加入者端末機に割り当てられたタイムスロットが設けられており、このタイムスロットは規定された所定の固定長を有する。動的セグメントでは、タイムスロットが動的に設定される。そこではフレックスレイデータバスへの排他的なアクセスがそれぞれ短時間のみ、少なくとも1つのいわゆるミニスロットの持続時間の間、可能である。ミニスロット内でバスアクセスが行われる場合にのみ、タイムスロットはアクセスに必要とされる時間だけ延長される。すなわちこれにより、動的セグメントでは実際に必要とされる場合にのみそのバンド幅が使用される。固定のタイムスロットと動的タイムスロットは原則的に同じ構造を有する。タイムスロットはタイムスロットの開始時と終了時に待機時間(アイドルタイム)を有し、その間に静的ないしは動的データフレームを含む。このようなフレックスレイデータフレームが例として図3に詳細に示されている。
データフレームの開始部にはヘッダセグメントが設けられており、このヘッダセグメントは全部で40Bitの大きさを有する。ヘッダセグメントは、将来的な拡張のためにリザーブされた1ビット(リザーブビット)を含む。その後に別の1ビット(ペイロードプレアンブルインジケータ)が設けられており、このビットはデータフレームの有効データセグメント(ペイロードセグメント)内にベクトル情報が存在することを指示する。次に別の1ビット(ゼロフレームインジケータ)が続き、このビットは有効データセグメント内のデータフレームがゼロであるか否かを指示する。さらなる1ビット(同期フレームインジケータ)が同期データフレームの存在を指示する。最後の1ビット(スタートアップフレームインジケータ)は、データフレームを送信する加入者端末機が開始加入者(スタートアップノード)であるか否かを指示する。これに11ビット長のデータフレーム識別子(フレームID)が続く。この識別子は通信システムの各加入者端末機に割り当てられている(有効領域:1から2047)。これに有効データセグメントのデータ長を指示する7ビット(長さ)が続く。これに11ビット(ヘッダCRC(周期的冗長性チェック))が続く。この11ビットは、ビット「同期フレームインジケータ」、「スタートアップフレームインジケータ」、「フレームID」および「長さ」の検出されたCRC値を指示する。このCRC値は送信側加入者端末機のホストコンピュータにより計算された値である。ヘッダセグメントの終了部には6ビット(サイクルカウント)が設けられており、この6ビットはデータ伝送時間中にデータフレームを伝送する加入者端末機のサイクルを計数する。
ヘッダセグメントには、0から254バイトの大きさを含む有効データセグメント(ペイロードセグメント)が続く。伝送すべきデータ量とデータ伝送速度に依存して、ペイロードセグメントの大きさは本来のデータ伝送の前に任意に選択することができる。データフレームの終了部には24ビット長の終了セグメント(トレーラセグメント)が設けられており、このセグメントは計算されたCRC値を含む。したがい1つのフレックスレイデータフレームは全部で、5バイト+0から254バイト+3バイト=8から262バイトの大きさを有する。
図1には本発明の通信システムが全体で参照符合1により示されている。この通信システムは少なくとも1つの通信接続2、いわゆる物理層を有する。この通信接続2は、導電性の線路としても、光学的導波体としても、無線伝送区間としても構成することができる。少なくとも1つの通信接続2には複数のマルチメディア加入者端末機が接続されている。加入者端末機として図1の実施例では例として、マルチメディアソースとしてのデジタルテレビジョン信号受信器3とDVD再生装置4が示されている。受信器3はアンテナ5を介して受信されたデジタルテレビジョン信号6を受信し、これをMPEG2フォーマットのマルチメディアデータ7に変換する。再生装置4はオーディオデータおよび/またはビデオデータをDVD8から読み取る。オーディオデータおよび/またはビデオデータがまだMPEG2フォーマットでない場合、再生装置4はこのデータをMPEG2フォーマットに変換する。それ以外の場合、読み取られたオーディオデータおよび/またはビデオデータをMPEG2データ9として直接転送することができる。
さらに図1に示された通信システム1では、マルチメディア受信器の形態で別の加入者端末機がスピーカ10および画面11として通信接続2に接続されている。
加入者端末機3,4,10,11は、従来のMPEG2ソースないしはMPEG2受信器である。加入者端末機3,4,10,11がMPEG2データをフレックスレイプロトコルに従い通信接続2を介して伝送することができるようにするため、加入者端末機3,4,10,11は直接ではなく、ゲートウエイ12を介して少なくとも1つの通信接続2に接続されている。ゲートウエイ12は、マルチメディアソース3,4により受信されたMPEG2フォーマットのマルチメディアデータをフレックスレイデータフレーム(図3参照)の有効データセグメント(ペイロードセグメント)に挿入するために用いられる。このことはとりわけ、ゲートウエイに設けられたフレックスレイ通信コントローラ(CC)13により行われる。次にフレックスレイデータフレームとその中に含まれるMPEG2パケットは、同様にゲートウエイ12に設けられたバスドライバ(BD)14に伝送され、このバスドライバから通信接続2にデータ伝送のために供給される。図1の参照符合15による矢印は、少なくとも1つの通信接続2を介するフレックスレイデータフレームの受信側加入者端末機10,11までの伝送を示す。
加入者端末機3,4,10,11は、従来のMPEG2ソースないしはMPEG2受信器である。加入者端末機3,4,10,11がMPEG2データをフレックスレイプロトコルに従い通信接続2を介して伝送することができるようにするため、加入者端末機3,4,10,11は直接ではなく、ゲートウエイ12を介して少なくとも1つの通信接続2に接続されている。ゲートウエイ12は、マルチメディアソース3,4により受信されたMPEG2フォーマットのマルチメディアデータをフレックスレイデータフレーム(図3参照)の有効データセグメント(ペイロードセグメント)に挿入するために用いられる。このことはとりわけ、ゲートウエイに設けられたフレックスレイ通信コントローラ(CC)13により行われる。次にフレックスレイデータフレームとその中に含まれるMPEG2パケットは、同様にゲートウエイ12に設けられたバスドライバ(BD)14に伝送され、このバスドライバから通信接続2にデータ伝送のために供給される。図1の参照符合15による矢印は、少なくとも1つの通信接続2を介するフレックスレイデータフレームの受信側加入者端末機10,11までの伝送を示す。
受信側加入者端末機10、11も、同様にフレックスレイ通信コントローラ13とバスドライバ14を含むゲートウエイ12を介して通信接続2に接続されている。到来するフレックスレイデータフレーム15は、受信側加入者端末機10、11に配属されたゲートウエイ12のバスドライバ14により受信され、復号化のためにフレックスレイ通信コントローラ13に伝送される。そこでMPEG2データパケットが、フレックスレイデータフレーム15の有効データセグメントから取り出される。MPEG2データパケット16はさらなる処理のために受信側加入者端末機10、11に転送される。MPEG2データパケットのさらなる処理とは、データパケットのコンテンツを復号し、とりわけスピーカ10を介して音響的に、および/または画面11を介して視覚的にユーザに出力することである。もちろんスピーカ10と画面11は共通のゲートウエイ12に接続することもでき、そうすれば、MPEG2マルチメディアデータストリームに含まれるオーディオデータおよびビデオデータをスピーカ10と画面11を介して出力することができる。MPEG2データパケットの復号はゲートウエイ12で、または受信側加入者端末機10、11で行うことができる。
図2には、188バイト長のMPEG2データフレームがフレックスレイデータフレームの有効データセグメントにどのように挿入されるかが示されている。特に効率的で効果的なデータ伝送を達成するために、有効データセグメントの大きさはMPEG2データフレームの大きさに相応して同様に188バイトに設定されている。フレックスレイデータ伝送サイクルの反復速度は、連続的に到来するMPEG2データフレームを備えるMPEG2データストリームを高速に伝送することができ、これにより受信側加入者端末機10、11のユーザが、通信接続2を介するデータ伝送による遅延またはジッタを知覚できないように選択されている。1つのフレックスレイデータ伝送サイクル内に1つのタイムスロットだけでなく複数のタイムスロット、すなわち複数のフレックスレイデータフレームを、到来するMPEG2データパケットの伝送のために設けることが考えられる。さらに送信側加入者端末機3,4と選択的に受信側加入者端末機10、11がバッファメモリを備え、送信すべき、ないしは受信すべきMPEG2データパケット7,9ないし16を中間記憶することも考えられる。もちろんゲートウエイ12はそれに配属された加入者端末機3,4,10,11に組み込むことができ、これによりまったく新種のマルチメディア加入者端末機が得られる。このマルチメディア加入者端末機はMPEG2マルチメディアデータを処理し、フレックスレイ通信システム1を介するデータ伝送のために準備することができる。選択的にゲートウエイ12にもいわゆるバスウォッチャを設けることができ、このバスウォッチャはバスドライバ14の機能を監視し、「バブル」による障害を阻止する。
720×576画素の解像度を備えるテレビジョン画像は166Mbit/sのデータ速度を必要とし、MPEG2符号化によって4Mbit/sに圧縮することができる。ここでMPEG2データは、4バイトのヘッダと184バイトの有効データないしはビデオデータ(図4参照)を備える188バイトの大きさのパケットからなる。このパケットは1:1で、フレックスレイデータフレーム15の有効データセグメントにコピーないしは変換される。ここで有効データセグメントは有利にはMPEG2パケットに相応する大きさ、とりわけ188バイトの大きさを有する。したがってこのことは、すべてのMPEG2制御データがそのまま得られ、フレックスレイデータフレーム構造はMPEG2データストリームに対する単なる「トンネル」として用いられることを意味する。
フレックスレイプロトコルに従った伝送のためのパラメータに関しては、以下のことが例として想定される。サイクルタイム(データフレームの反復率)は5msであり、これは3msの静的セグメントと2msの動的セグメント長からなる。静的データフレームは、5+188+3=196バイトの大きさを有する。動的データフレームは最大で254バイトの大きさを有する。したがって約10の静的タイムスロットと、188バイトを備える約6つの動的タイムスロットが使用され、フレームオーバヘッドおよび精密観察も基本的に考慮される。
MPEG2データストリームのために符号化されたデータフレームを伝送するためには、データ容量を5msのフレックスレイ通信ラウンドに変換し、フレックスレイデータフレームの数を決定しなければならない。標準設定でフレックスレイデータフレームは1つのタイムスロットに割り当てられ、送信される。したがって4Mbit/sで伝送するためには、各通信ラウンド(5ms)ごとに20kbit、ないしは各通信ラウンドごとに2500バイトを伝送しなければならない。フレックスレイで各データフレームが188バイトに設定されている場合、各通信ラウンドごと(5ms)に13.3のデータフレームが生じる。したがってすべての静的タイムスロットと4つの動的タイムスロットが、MPEG2データストリームの伝送に対して活用されることとなる。
データ伝送のバンド幅は種々のやり方で最適化することができる。1つには、フレックスレイチャネルを、バス負荷の分散のために2×10Mbit/sで使用することが考えられる。また伝送される画像情報を、自動車の画面で許容できる画像品質まで低減することも考えられる。
第1の最適化提案は、フレックスレイプロトコルは信頼性の観点から、メッセージを2つの別個のチャネルで伝送することを許容することに基づく。これらのチャネルは冗長的であるが並列に利用することもできる。すなわちフレックスレイは基本的に、2つの異なるメッセージを2つのチャネルで伝送することを許容する。この2つの異なるメッセージは相互に独立して受信することもできる。この手段はバンド幅を2倍にするために用いることができる。これにより上記のデータ速度を2倍にし、ないしは所要のタイムスロットの数を半分にすることができる。したがって上記の例から、各通信ラウンド(5ms)ごとに6.7のデータフレームに低減される。
第2の最適化提案は、テレビジョン画像のために符号化されたデータ速度は画面対角40インチ(101.6cm)までの画面サイズで許容できる画質を提供することから出発する。しかし自動車では格段に小さい画面が使用される。ここでの典型的なサイズは10.4インチ(26.42cm)までである。比較的に小さな画面サイズでは符号化アーチファクト現象ないし障害が、オーディオデータおよび/またはビデオデータがMPEG2フォーマットで符号化されているので、大きな画面におけるよりも肉眼をさほど煩わせない。したがって自動車での使用のためには、データ速度を、肉眼に知覚されるような画像障害の発生なしでさらに低下させることができる。オーディオおよびビデオ適用に対しては2Mbit/sのデータ速度が現実的である。したがって上記の適用例ではフレックスレイデータフレームの数を半分に低減することができる。第1の最適化提案による手段と共に、負荷が各通信ラウンド(5ms)ごとに3.3のフレックスレイデータフレームに低減される。
本発明の重要な特徴を以下、簡単にまとめる。
MPEG2データパケットが、188バイト長の有効データセグメントを備えるフレックスレイデータフレームに1:1で変換される。
フレックスレイバンド幅が、使用可能な2つのチャネル(チャネルAとチャネルB)の別個の動作により2倍にされる。
MPEG2データストリームが、フレックスレイ通信システムを介する送信の前に、自動車画面(ディスプレイ)での提示に対する要求が緩和されているので画像データを低減することにより低減される。
マルチメディア適用の領域からのメッセージ(データフレーム)がシステム電子回路の領域に組み込まれる。これによりネットワークトポロジーが自動車内で簡素化される。
マルチメディア適用の領域からのメッセージ(データフレーム)がフレックスレイバックボーンに組み込まれる。これにより同様にネットワークトポロジーが簡素化される。
フレックスレイメッセージカタログが、マルチメディア適用の必要性、とりわけMPEG2フォーマットに完全に適合され(コンフィギュレートされ)、これによりマルチメディア網に対して最高のパフォーマンスが達成される。
加入者端末機3,4,10,11をマルチメディアの領域からフレックスレイ通信に配置転換することにより、付加的なフレックスレイプロトコル構成素子(通信コントローラ)ないしはフレックスレイドライバ構成素子(バスドライバ)が必要になる。付加的な個数とこれに結び付いた量産効果(比較的に低い単価)、および構成素子製造の信頼性と頑強性が得られる。
付加的な量産効果によって、部品コストの低下が見込まれる。配置転換コストは長期間の量産効果により補償されるか、ないしは無視できるほど小さい。
Claims (16)
- MPEG(Moving Picture Exports Group)フォーマットで存在するマルチメディアデータ(7,9)を通信システム(1)のマルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)間で、通信システムの少なくとも1つの通信接続(2)を介して伝送するための方法において、
MPEGマルチメディアデータ(7,9)は、フレックスレイ通信システム(1)を介しフレックスレイプロトコルに従って伝送される、ことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
MPEGデータフレーム(7,9)は送信側マルチメディア加入者端末機(3,4)でフレックスレイデータフレーム(15)に埋め込まれ、該フレックスレイデータフレーム(15)は伝送され、受信側マルチメディア加入者端末機(10,11)でMPEGデータフレーム(16)は受信されたフレックスレイデータフレーム(15)からさらなる処理のために取り出される、ことを特徴とする方法。 - 請求項1または2記載の方法において、
フレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)の大きさに適合される、ことを特徴とする方法。 - 請求項3記載の方法において、
有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)の大きさの整数倍に選択される、ことを特徴とする方法。 - 請求項4記載の方法において、
有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)の大きさと同じに選択される、ことを特徴とする方法。 - 請求項1から5までのいずれか一項記載の方法において、
MPEGマルチメディアデータはMPEG2フォーマットで存在する、ことを特徴とする方法。 - 請求項2から6までのいずれか一項記載の方法において、
さらなる処理の枠内でMPEGデータは復号される、ことを特徴とする方法。 - 請求項2から7までのいずれか一項記載の方法において、
さらなる処理の枠内で、MPEGデータは受信側マルチメディア加入者端末機(10,11)のユーザに音響的および/または光学的に出力される、ことを特徴とする方法。 - MPEG(Moving Picture Exports Group)フォーマットで存在するマルチメディアデータ(7,9)を伝送するための通信システム(1)であって、該システム(1)は複数のマルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)と、該複数のマルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)間の少なくとも1つの通信接続(2)とを有する形式の通信システムにおいて、
前記通信システム(1)は、フレックスレイ通信システムとして構成されている、ことを特徴とする通信システム。 - 請求項9記載の通信システム(1)において、
フレックスレイデータフレーム(15)がMPEGデータフレーム(7,9)を伝送するように構成されており、
前記フレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさは、MPEGデータフレーム(7,9)の大きさに適合されている、ことを特徴とする通信システム。 - 通信システム(1)のマルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)であって、
該加入者端末機(3,4,10,11)は、MPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータ(7,9)を通信システム(1)の少なくとも1つの別のマルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)に通信システム(1)の少なくとも1つの通信接続(2)を介して伝送するための手段を有する形式の加入者端末機において、
前記手段は、MPEGマルチメディアデータ(7,9)をフレックスレイプロトコルに従い伝送するための少なくとも1つのフレックスレイ通信コントローラ(13)として構成されている、ことを特徴とする加入者端末機。 - 請求項11記載の加入者端末機(3,4)において、
フレックスレイ通信コントローラ(13)は、MPEGデータフレーム(7,9)を、伝送のために設けられたフレックスレイデータフレーム(15)に埋め込むように構成されている、ことを特徴とする加入者端末機。 - 請求項11または12記載の加入者端末機(10,11)において、
フレックスレイ通信コントローラ(13)は、MPEGデータフレーム(16)を受信されたフレックスレイデータフレーム(15)から取り出すように構成されている、ことを特徴とする加入者端末機。 - 請求項12または13記載の加入者端末機(3,4、10,11)において、
フレックスレイ通信コントローラ(13)にて、フレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさがMPEGデータフレーム(7,9)の大きさに適合される、ことを特徴とする方法。 - マルチメディア加入者端末機(3,4,10,11)を通信システム(1)の少なくとも1つの通信接続(2)に接続するためのゲートウエイ(12)において、
該ゲートウエイ(12)は、MPEGフォーマットで存在するマルチメディアデータ(7,9)を通信システム(1)の少なくとも1つの別の加入者端末機(3,4,10,11)に少なくとも1つの通信接続(2)を介して伝送するための手段(13,14)を有し、
前記手段(13,14)は、MPEGマルチメディアデータ(7,9)をフレックスレイプロトコルに従い伝送するための少なくとも1つのフレックスレイ通信コントローラ(13)を有する、ことを特徴とするゲートウエイ。 - 請求項15記載のゲートウエイ(12)において、
フレックスレイ通信コントローラ(13)にて、フレックスレイデータフレーム(15)の大きさ、とりわけフレックスレイデータフレーム(15)の有効データセグメントの大きさがMPEGデータフレーム(7,9)の大きさに適合される、ことを特徴とするゲートウエイ。
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