JP2016225922A - 無線通信システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の映像投影装置に対し、リアルタイムに映像データを配信できるとともに、各映像投影装置が映像を再生・投影する時刻を同期させることができる無線通信システム及び方法を提供する。【解決手段】映像配信装置１０は、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを映像配信装置１０から各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに配信するための無線通信部１３を備え、無線通信部１３は、映像データが無線通信部１３から送信されてから各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに受信されるまでの転送遅延時間を算出する遅延時間算出手段１６，１８と、転送遅延時間に基づいて、無線通信部１３が各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに映像データを配信するタイミングを決定する配信タイミング決定手段１６，１７と、転送遅延時間の情報を含む遅延時間データを映像データに付与する遅延時間付与手段１９とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム及び方法に関し、特にマルチプロジェクションシステムに適用される無線通信システム及び方法に関する。

従来より、複数の映像投影装置を使用し、それらから出力される映像を合成することで、訴求力があるとともに臨場感に溢れた１つの大きな画面サイズの表示画面を形成する技術が知られている。その代表例の１つとしてマルチプロジェクションシステムがある。

マルチプロジェクションシステムは、映像配信装置から配信される映像データを複数の領域に分割し、分割した映像データを映像投影装置としてのプロジェクタを複数台用いて連結させる。

現状のマルチプロジェクションシステムでは、映像配信装置は、各映像投影装置とＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）などの有線ケーブルにより接続されて、映像投影装置に映像を配信している場合がほとんどである。

一方、無線通信を使用して映像を配信する技術が既に知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、ホームシアターなどで無線通信を使用して、映像及び音声データを複数の装置で再生する場合に、再送による転送遅れなどにより再生のタイミングがずれてしまう問題が指摘されている。特許文献１には、この問題を解決する方法として、映像再生にかかる時間をオフセット時間として他の装置に転送することが開示されている。

特許文献１に開示された方法によれば、送信側では映像再生を遅延させるオフセット時間を算出し、算出したオフセット時間を付与した映像データを無線伝送するようになっている。受信側では受信した映像データをバッファリングしてオフセット時間だけ待機した後、映像データを再生するようになっている。

特許文献２には、複数の利用者がマルチプレイゲームや、映像教材を端末間で送受信する場合において、送信側と受信側の再生時刻を同期させる方法が開示されている。具体的には、受信側の端末がコンテンツデータを受信してから再生までに要する時間と、端末間の送受信時間を遅延時間とし、両時間を加算することにより再生時刻を同期させている。特許文献２によれば、端末間でコマンド送受信した際にかかる時間の半分を、端末間の転送による遅延時間としている。

しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１無線通信規格で定められている無線通信手段で２．４／５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ(Local Area Network)では、電波が最大で１００ｍ程度放射される。このため、同システム内の他端末や、他の無線ＬＡＮ通信システムと電波干渉が生じてしまう。これにより、映像データが正しく表示されないという問題や、リアルタイムな映像配信ができないといった問題が発生すると考えられる。

この無線通信特有の問題を回避するために、無線ＬＡＮではなく、ミリ波帯（６０ＧＨｚ帯）を使用して無線通信するＷｉＧｉｇ（登録商標）（Wireless Gigabit）／ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄを無線通信手段として適用することが考えられる。

ミリ波無線通信は、６０ＧＨｚ帯を使用するため、一般的に普及している無線ＬＡＮが使用する２．４／５ＧＨｚ帯の無線通信と電波干渉が生じない。また、ミリ波無線通信は、電波放射の指向性が強く、通信可能最大距離が約１０ｍである。これは、２．４／５ＧＨｚ帯を使用する無線通信と比較して信号減衰比率が大きいためである（信号減衰比率は通信周波数の２乗に比例する）。よって、同じマルチプロジェクションシステム内の他のミリ波無線通信との電波干渉も最小限にできる。ゆえに、通信スループット値が電波干渉により小さくなることはなく、映像データをリアルタイムに無線通信により配信することが可能になる。

しかしながら、既に述べたようにミリ波無線通信の通信可能最大距離は約１０ｍである。このため、特許文献１，２に開示されたような無線伝送装置と無線端末装置の構成を映像配信装置と複数の映像投影装置に適用した場合には、１つの映像配信装置からの電波が全ての映像投影装置に届かず、映像配信できない映像投影装置ができてしまう可能性がある。

また、ミリ波無線通信に限らず無線ＬＡＮにおいても生じる問題であるが、各映像投影装置による映像データの再生時刻にずれが生じ、視聴者にコンテンツ内容を正しく伝えることができなくなる可能性がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、複数の映像投影装置に対し、リアルタイムに映像データを配信できるとともに、各映像投影装置が映像を再生・投影する時刻を同期させることができる無線通信システム及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、映像配信装置から複数の映像データを複数の映像投影装置にリアルタイムに配信する無線通信システムにおいて、前記映像配信装置及び各前記映像投影装置は、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを前記映像配信装置から前記各映像投影装置に配信するための無線通信部をそれぞれ備え、前記映像配信装置の無線通信部は、映像データが前記映像配信装置の前記無線通信部から送信されてから前記各映像投影装置に受信されるまでの転送遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、前記転送遅延時間に基づいて、前記映像配信装置の前記無線通信部が前記各映像投影装置に映像データを配信するタイミングを決定する配信タイミング決定手段と、前記各映像投影装置における映像データの再生時刻を同期させるために、前記転送遅延時間の情報を含む遅延時間データを映像データに付与する遅延時間付与手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、複数の映像投影装置に対し、リアルタイムに映像データを配信できるとともに、各映像投影装置が映像を再生・投影する時刻を同期させることができる無線通信システム及び方法を提供する。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムとしてのマルチプロジェクションシステムの構成を示す概略図である。 図１の映像配信装置及び映像投影装置のハードウェア構成図である。 図１の映像配信装置の各機能を示す機能ブロック図である。 図１の映像配信装置から各映像投影装置を宛先として送信される無線パケットのフォーマットを示す図である。 図１の映像投影装置の各機能を示す機能ブロック図である。 図１の映像配信装置の処理内容を示すフローチャートである。 図１の映像投影装置の処理内容を示すフローチャートである。 図１の映像配信装置においてフレームレートや圧縮率を適時計算する場合の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムとしてのマルチプロジェクションシステムの構成を示す概略図である。 図９の映像配信装置の処理内容を示すフローチャートである。 図９の映像投影装置の処理内容を示すフローチャートである。 図９の外部時刻サーバの処理内容を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る無線通信システム及び方法の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明は、映像配信装置と複数の映像投影装置から成るマルチプロジェクションシステムにおいて、コンテンツデータを無線通信により配信する場合の時刻同期方法に関するものである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムとしてのマルチプロジェクションシステム１の構成を示す概略図である。本実施形態のマルチプロジェクションシステム１は、１つの映像配信装置１０と、複数の映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃと、を含み、映像配信装置１０から複数の映像データを各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃにリアルタイムに配信するものである。これらの装置間では、無線通信により通信が行われている。なお、以降では、映像配信装置と各映像投影装置を「無線通信端末」ともいう。

本実施形態においては、従来の無線ＬＡＮに変わる無線通信方法として、高速で、かつ無線ＬＡＮと異なる通信周波数を使用する無線通信方法であるミリ波無線通信（ＷｉＧｉｇ（登録商標）／ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ）を使用している。

ミリ波無線通信は、通信可能最大距離が約１０ｍに限定される高速な近距離無線通信であり、人体により電波が吸収される特性がある。このため、本実施形態においては、無線通信端末としての映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃ間でマルチホップ転送が行われる構成になっている。

図１は、映像配信装置１０が、映像投影装置２０Ａ、映像投影装置２０Ｂ、映像投影装置２０Ｃの順番で、映像（１），（２），（３）を無線転送する様子を示している。なお、システム全体の通信遅延時間を短くするために、これらの映像データは、ホッピング回数が多い映像投影装置から順に無線転送されることが望ましい。

なお、図１においては、映像投影装置の個数を３つとしているが、本発明はこれに限定されず、映像投影装置の個数は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、上記はマルチプロジェクションシステムの一例であり、例えば、複数の映像データを連結する必要のないシステムも有り得る。

図２を用いて、本実施形態のハードウェア構成を説明する。なお、図２は、映像配信装置１０及び映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃのハードウェア構成図である。映像配信装置と映像投影装置のハードウェア構成は同様であるため、以下では映像配信装置１０についてのみ説明する。

図２に示されているように、映像配信装置１０は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤＤ１０４、ＨＤＣ（Hard Disk Controller）１０５、ディスプレイ１０６、無線通信回路１０７、アンテナ１０７ａを備える。

さらに、映像配信装置１０は、キーボード１０８、マウス１０９、記録メディア１１０、メディアドライブ１１１、マイク１１２、スピーカ１１３、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）１１４、及びバスライン１２０を備える。

バスライン１２０は、上記各部を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等から成る。

ＣＰＵ１０１は、映像配信装置１０全体の動作を制御するようになっている。ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１の駆動に用いられるＩＰＬ等のプログラムを記憶している。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして使用される。

ＨＤＤ１０４は、プログラム等の各種データを記憶している。ＨＤＣ１０５は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＨＤＤ１０４に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御するようになっている。

メディアドライブ１１１は、フラッシュメモリ等の記録メディア１１０に対するデータの読み出し又は書き込み（記憶）を制御するようになっている。ディスプレイ１０６は、各種情報を表示するようになっている。

無線通信回路１０７は、アンテナ１０７ａを利用した高速な近距離無線通信を行うようになっている。

図３に、映像配信装置１０の詳細な機能構成を示す。映像配信装置１０は、図２に示したＣＰＵ１０１等のハードウェア構成、及び、ＣＰＵ１０１等により実行されるステップを含むプログラムによって、図３に示す各機能構成を有する。具体的には、映像配信装置１０は、符号化部１１、操作部１２、及び無線通信部１３を備える。

符号化部１１は、入力データとしての映像データに対して、ＪＰＥＧやＭＰＥＧ方式に代表される任意のフォーマット・圧縮率・フレームレートでエンコード処理を行うようになっている。例えば、符号化部１１は、入力された映像データを映像投影装置の台数分の複数の領域に分割し、分割した映像データのそれぞれから映像フレームを生成するようになっている。なお、符号化部１１のエンコード処理におけるフレームレートは、ユーザの操作部１２の操作により設定されたものでもよく、あるいは、後述する処理（図８）によって設定されたものであってもよい。

なお、映像データの１映像フレームは、フォーマットや圧縮率によって、数十ＫＢｙｔｅから数ＭＢｙｔｅのサイズがある。しかしながら、１無線パケットで送信できるデータ量は、高々数ＫＢｙｔｅである。このため、符号化部１１は、１映像フレーム分の映像データを数十無線パケット〜数千無線パケットに分割するようになっている。

操作部１２は、キーボード１０８やマウス１０９などを用いたユーザの操作入力を受け付ける処理を行うようになっている。

無線通信部１３は、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを映像配信装置１０から各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに配信するものである。具体的には、無線通信部１３は、無線パケット通信部１４、タイマ１５、基準遅延時間計測部１６、オフセット時間算出部１７、遅延時間算出部１８、及び遅延時間付与部１９を備える。

なお、基準遅延時間計測部１６及び遅延時間算出部１８は、遅延時間算出手段を構成する。また、基準遅延時間計測部１６及びオフセット時間算出部１７は、配信タイミング決定手段を構成する。また、基準遅延時間計測部１６は、基準遅延時間計測手段を構成する。また、遅延時間付与部１９は、遅延時間付与手段を構成する。

無線パケット通信部１４は、ビーコンフレーム（ビーコン信号）や無線パケットの変復調処理、送受信処理、電波環境の検出、無線データレートの制御などを行うようになっている。

また、無線パケット通信部１４は、後述するオフセット時間算出部１７で算出されるオフセット時間分だけ待機して、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃ宛に映像データを配信するようになっている。

また、無線パケット通信部１４は、テスト用の映像フレームとしての所定のテストデータを、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃの後述する無線通信部２１に順番に送信できるようになっている。

また、無線パケット通信部１４は、タイマ１５の時刻情報としてのＰＣＲ（Program Clock Reference）値を無線パケットに付与して各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに周期的に送信するようになっていてもよい。

基準遅延時間計測部１６は、無線パケット通信部１４から各映像投影装置を宛先としてテストデータが送信されてから、当該テストデータが各映像投影装置の無線通信部２１から無線パケット通信部１４に返信されるまでにかかる時間を計測するようになっている。基準遅延時間計測部１６は、上記時間（以下、「基準遅延時間」という）を、タイマ１５の時刻を基準として計測する。

図１の構成においては、映像配信装置１０が映像投影装置２０Ｂを宛先としてテストデータを送信した場合には、テストデータは映像投影装置２０Ａに受信された後、映像投影装置２０Ａから映像投影装置２０Ｂに転送される。そして、映像投影装置２０Ｂは、当該テストデータを映像投影装置２０Ａに返信する。さらに、映像投影装置２０Ａは当該テストデータを映像配信装置１０に返信する。

ここで、映像配信装置１０がテストデータを送信した時刻をＴ０とし、映像投影装置２０Ｂから当該テストデータが映像配信装置１０に返信された時刻をＴＢとすれば、基準遅延時間はＴＢ−Ｔ０で与えられる。同様に、映像配信装置１０と映像投影装置２０Ａでは、基準遅延時間はＴＡ−Ｔ０となり、映像配信装置１０と映像投影装置２０Ｃでは、基準遅延時間はＴＣ−Ｔ０と表される。

オフセット時間算出部１７は、基準遅延時間計測部１６により計測された基準遅延時間に基づいて、映像配信装置１０が各映像投影装置宛に映像データを配信するタイミングを決定するようになっている。具体的には、オフセット時間算出部１７は、映像配信装置１０が各映像投影装置宛に映像データを配信する際の待機時間としてのオフセット時間を算出し、無線パケット通信部１４に設定するようになっている。

ここで、映像配信装置１０から映像投影装置２０Ａにテストデータが無線転送される転送時間をｔ１とする。同様に、映像投影装置２０Ａから映像投影装置２０Ｂにテストデータが無線転送される転送時間をｔ２、映像投影装置２０Ｂから映像投影装置２０Ｃにテストデータが無線転送される転送時間をｔ３とする。なお、以降では、転送時間ｔ１，ｔ２，ｔ３を「基準転送時間」ともいう。

例えば、基準遅延時間計測部１６により計測された基準遅延時間に基づけば、ｔ１＝（ＴＡ−Ｔ０）／２、ｔ１＋ｔ２＝（ＴＢ−Ｔ０）／２、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝（ＴＣ−Ｔ０）／２となる。つまり、ｔ２＝（ＴＢ−ＴＡ）／２、ｔ３＝（ＴＣ−ＴＢ）／２である。

ここで、オフセット時間は、映像配信装置１０からのホッピング回数が最も多い映像投影装置２０Ｃの再生時刻を基準とする。なお、配信される全ての映像データ及びテストデータは、映像配信装置１０と映像投影装置２０Ａ間を必ず転送されるため、オフセット時間に基準転送時間ｔ１を含む必要はない。

具体的には、配信先が映像投影装置２０Ｃの場合のオフセット時間を０とすると、配信先が映像投影装置２０Ｂの場合のオフセット時間はｔ３となる。また、配信先が映像投影装置２０Ａの場合のオフセット時間はｔ２＋ｔ３となる。

これにより、ホッピング回数が多い映像投影装置宛の映像データを無線パケット通信部１４から優先的に送信することが可能になり、システム全体の通信遅延時間を短くすることができる。

上述のように、基準転送時間ｔ１〜ｔ３は、テストデータによって計測された転送時間である。しかしながら、実際の映像データは、テストデータとはデータサイズが異なるため、その転送時間も異なる。したがって、以下に説明するように、オフセット時間算出部１７は、映像データのデータサイズに応じたオフセット時間を算出する。

ここで、図１の構成において、映像配信装置１０と映像投影装置２０Ａ間での映像（３）の実際の転送時間ｔ１_（３）は、テストデータのデータサイズをＤｔ、映像（３）のデータサイズをＤ３と表すと、ｔ１_（３）＝ｔ１×Ｄ３／Ｄｔで与えられる。

同様に、映像投影装置２０Ａ，２０Ｂ間での映像（３）の実際の転送時間ｔ２_（３）は、ｔ２_（３）＝ｔ２×Ｄ３／Ｄｔで与えられる。また、映像投影装置２０Ｂ，２０Ｃ間での映像（３）の実際の転送時間ｔ３_（３）は、ｔ３_（３）＝ｔ３×Ｄ３／Ｄｔで与えられる。

また、映像配信装置１０と映像投影装置２０Ａ間での映像（２）の実際の転送時間ｔ１_（２）は、映像（２）のデータサイズをＤ２と表すと、ｔ１_（２）＝ｔ１×Ｄ２／Ｄｔで与えられる。同様に、映像投影装置２０Ａ，２０Ｂ間での映像（２）の実際の転送時間ｔ２_（２）は、ｔ２_（２）＝ｔ２×Ｄ２／Ｄｔで与えられる。

また、映像配信装置１０と映像投影装置２０Ａ間での映像（１）の実際の転送時間ｔ１_（１）は、映像（１）のデータサイズをＤ１と表すと、ｔ１_（１）＝ｔ１×Ｄ１／Ｄｔで与えられる。

このとき、映像配信装置１０から映像（３）が配信された時刻を０（ゼロ）とすると、全ての映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃで映像（１）〜（３）を同時に再生するための再生時刻Ｔｓは、以下の式１により算出される。

［式１］
Ｔｓ＝ｔ１_（３）＋ｔ２_（３）＋ｔ３_（３）＋ｔＣ
＝ｔ３_（３）＋ｔ１_（２）＋ｔ２_（２）＋ｔＢ
＝（ｔ２_（３）＋ｔ３_（３））＋ｔ１_（１）＋ｔＡ

ここで、ｔ３_（３）、及び、（ｔ２_（３）＋ｔ３_（３））は、映像（３）のデータサイズに応じたオフセット時間である。また、ｔＣは、映像投影装置２０Ｃにより映像（３）に対するデコード処理が開始されてから、映像（３）が再生されるまでの時間である。映像投影装置２０Ｃは終端端末であるため、通常は、ｔＣは映像（３）のデコード時間のみを含み、デコード処理終了後の待機時間は含まない。

ｔＢは、映像投影装置２０Ｂにより映像（２）に対するデコード処理が開始されてから、映像（２）が再生されるまでの時間である。つまり、ｔＢは、映像（２）に対するデコード時間と、デコード処理終了後から映像（２）が再生されるまでの待機時間とを含み、ｔＢ＝ｔ１_（３）＋ｔ２_（３）＋ｔＣ−ｔ１_（２）−ｔ２_（２）で与えられる。

同様に、ｔＡは、映像投影装置２０Ａにより映像（１）に対するデコード処理が開始されてから、映像（１）が再生されるまでの時間である。つまり、ｔＡ＝ｔ１_（３）＋ｔＣ−ｔ１_（１）で与えられる。

遅延時間算出部１８は、映像データが映像配信装置１０の無線パケット通信部１４から送信されてから各映像投影装置に受信されるまでの転送遅延時間を算出するようになっている。転送遅延時間は、基準遅延時間、テストデータのデータサイズ、及び映像データのデータサイズに基づいて算出される。映像データのデータサイズは、例えば、符号化部１１から取得することができる。

例えば、図１の構成では、映像（３）に関する転送遅延時間はｔ１_（３）＋ｔ２_（３）＋ｔ３_（３）、映像（２）に関する転送遅延時間はｔ１_（２）＋ｔ２_（２）、映像（１）に関する転送遅延時間はｔ１_（１）である。

さらに、遅延時間算出部１８は、各映像投影装置により映像データに対するデコード処理が開始されてから、各映像投影装置において映像データが再生されるまでの待機時間ｔＡ〜ｔＣと、再生時刻Ｔｓとを算出する。式１に示すように、再生時刻Ｔｓは、複数の映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃのうち、ホッピング回数が最も多い映像投影装置に関する転送遅延時間を基準として算出される。

遅延時間付与部１９は、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃにおける映像データの再生時刻を同期させるために、各映像投影装置宛に配信する映像データの無線パケットに式１の再生時刻Ｔｓと待機時間ｔＡ〜ｔＣを遅延時間データとして付与するようになっている。再生時刻Ｔｓは、オフセット時間と、映像データのデータサイズに応じた遅延時間を含んでいる。

具体的には、映像投影装置２０Ａ宛の無線パケットには、再生時刻Ｔｓと、待機時間ｔＡが付与される。再生時刻Ｔｓは、映像（３）のデータサイズに応じたオフセット時間ｔ２_（３）＋ｔ３_（３）と、映像（１）のデータサイズに応じた遅延時間ｔ１_（１）＋ｔＡの和である。

また、映像投影装置２０Ｂ宛の無線パケットには、再生時刻Ｔｓと、待機時間ｔＢが付与される。再生時刻Ｔｓは、映像（３）のデータサイズに応じたオフセット時間ｔ３_（３）と、映像（２）のデータサイズに応じた遅延時間ｔ１_（２）＋ｔ２_（２）＋ｔＢの和である。

また、映像投影装置２０Ｃ宛の無線パケットには、再生時刻Ｔｓと、待機時間ｔＣが付与される。再生時刻Ｔｓは、映像（３）のデータサイズに応じた遅延時間ｔ１_（３）＋ｔ２_（３）＋ｔ３_（３）＋ｔＣである。

図４は、映像配信装置１０の無線パケット通信部１４から各映像投影装置を宛先として送信される無線パケットのフォーマットを示す図である。当該無線パケットは、プリアンブル、制御フィールド、識別フィールド、遅延時間データ、映像データ、ＦＣＳから成る。

図５に、映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃの詳細な機能構成を示す。映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃは、図２に示したＣＰＵ１０１等のハードウェア構成、及び、ＣＰＵ１０１等により実行されるステップを含むプログラムによって、図５に示す各機能構成を有する。各映像投影装置の機能構成は同様であるため、以下では主に映像投影装置２０Ａについて説明する。

図５に示すように、映像投影装置２０Ａは、無線通信部２１、復号化部２２、バッファメモリ２３、及び画像表示部２４を備える。

無線通信部２１は、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを映像配信装置１０から各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに配信するためのものである。具体的には、無線通信部２１は、無線パケット通信部２５、タイマ同期部２６、タイマ２７、遅延時間抽出部２８、及びタイミング比較部２９を備える。

無線パケット通信部２５は、ビーコンフレームや無線パケットの変復調処理や送受信処理、電波環境の検出、無線データレートの制御などを行うようになっている。また、無線パケット通信部２５は、映像配信装置１０の無線パケット通信部１４から受信したテストデータを無線パケット通信部１４に返信するようになっている。

なお、図１のネットワークトポロジーにおいては、映像投影装置２０Ａの無線パケット通信部２５は、宛先が自装置の映像データを自装置の復号化部２２に出力し、宛先が映像投影装置２０Ｂ，２０Ｃの映像データを映像投影装置２０Ｂに転送する。

また、映像投影装置２０Ｂの無線パケット通信部２５は、宛先が自装置の映像データを自装置の復号化部２２に出力し、宛先が映像投影装置２０Ｃの映像データを映像投影装置２０Ｃに転送する。

また、終端端末としての映像投影装置２０Ｃの無線パケット通信部２５は、宛先が自装置の映像データを自装置の復号化部２２に出力し、他装置には映像データを転送しない。

タイマ同期部２６は、映像配信装置１０の無線パケット通信部１４から出力される無線パケットに含まれるＰＣＲ値を用いて、映像配信装置１０のタイマ１５と、映像投影装置２０Ａのタイマ２７とを同期させるようになっている。

遅延時間抽出部２８は、無線パケット通信部２５で受信された無線パケットを解析し、映像配信装置１０の遅延時間付与部１９により付与された遅延時間データから、再生時刻Ｔｓと待機時間ｔＡ〜ｔＣを抽出するようになっている。

タイミング比較部２９は、後述する復号化部２２で映像データに対するデコード処理が開始されてから、待機時間ｔＡ，ｔＢ，ｔＣが経過した後に、画像表示部２４へ画像を表示することを指示するようになっている。

具体的には、映像投影装置２０Ａは、デコード処理が開始されてから待機時間ｔＡ経過後に映像を再生する。映像投影装置２０Ｂは、デコード処理が開始されてから待機時間ｔＢ経過後に映像を再生する。映像投影装置２０Ｃは、デコード処理が開始されてから待機時間ｔＣ経過後に映像を再生する。なお、映像投影装置２０Ｃは終端端末であるため、デコード処理後の待機時間は０（ゼロ）である。

あるいは、タイミング比較部２９は、タイマ同期部２６により同期済みのタイマ２７の時刻と、遅延時間抽出部２８により抽出された再生時刻Ｔｓの比較を行うものであってもよい。具体的には、タイミング比較部２９は、タイマ２７が再生時刻Ｔｓと同時刻になったときに、画像表示部２４へ画像を表示することを指示するようになっている。

復号化部２２は、無線パケット通信部２５で受信された無線パケットに含まれる映像データに対して、映像配信装置１０の符号化部１１で圧縮された任意のフォーマット・圧縮率・フレームレートでデコード処理を行うようになっている。また、復号化部２２は、デコード処理を行った映像データをバッファメモリ２３に一時的に格納する。

画像表示部２４は、タイミング比較部２９からの指示に応じて、バッファメモリ２３に格納された映像データを読み出し、当該映像データをディスプレイ１０６に表示したり、スクリーンや壁などに投射したりするようになっている。

なお、上記の説明では、各映像投影装置に備わる無線通信部２１は１つとしているが、送受信用に２つの無線通信部２１を備える構成であってもよい。また、上記例では、映像データの再生時刻の同期についてのみ説明しているが、上記で説明した方法を用いることで音声データの再生時刻の同期も可能になる。

また、上記例では、従来の無線ＬＡＮに代わる無線通信手段として、ミリ波無線通信（ＷｉＧｉｇ（登録商標）／ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ）を示したが、高速なアドホック・近距離無線通信で同条件を満足する無線通信手段である場合、これに限ることはない。

図６は、映像配信装置１０における処理内容を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、映像配信装置１０が１枚の映像フレームを配信するたびに実行される。

まず、映像配信装置１０の無線通信部１３は、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに関するオフセット時間を算出したか否かを判断する（ステップＳ１）。否定判断の場合にはステップＳ２に進む。肯定判断の場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ２において、無線パケット通信部１４は、あらかじめ用意されたテストデータを含む無線パケットを各映像投影装置宛に配信する。このとき、無線通信部１３の基準遅延時間計測部１６は時間計測を開始する。

次に、無線通信部１３は、映像投影装置ごとのオフセット時間を算出する（ステップＳ３）。具体的には、基準遅延時間計測部１６は、ステップＳ２で時間計測を開始してから、テストデータが各映像投影装置から無線パケット通信部１４に返信されるまでにかかる時間を計測する。そして、オフセット時間算出部１７は、基準遅延時間計測部１６により計測された基準遅延時間と映像データのデータサイズに応じたオフセット時間を算出し、無線パケット通信部１４に設定する。

ステップＳ４において、遅延時間算出部１８は、映像データのデータサイズに応じた再生時刻Ｔｓと待機時間ｔＡ〜ｔＣを遅延時間データとして算出する。

次に、遅延時間付与部１９は、各映像投影装置に配信する映像データの無線パケットに、ステップＳ４で算出された遅延時間データを付与する（ステップＳ５）。

次に、無線パケット通信部１４は、ステップＳ３で算出されたオフセット時間分だけ待機した後に、各映像投影装置宛に映像データを配信する（ステップＳ６）。

図７は、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃにおける処理内容を示すフローチャートである。各映像投影装置の処理内容は同様であるため、以下では主に映像投影装置２０Ａに注目して説明する。

まず、映像投影装置２０Ａの無線パケット通信部２５は、受信した無線パケットの宛先を確認する（ステップＳ１１）。宛先が自装置であればステップＳ１２に進む。宛先が他装置であればステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２において、復号化部２２は、無線パケット通信部２５で受信された無線パケットに含まれる映像データのデコード処理を行う。また、ステップＳ１３において、無線パケット通信部２５は、隣接する映像投影装置へ受信した無線パケットを転送する。無線パケットが転送された映像投影装置においても同様に、図７のフローチャートのＳ１１以降の処理が実行される。

次に、無線通信部２１は、受信した無線パケットがテストデータを含んでいるか否かを判断する（ステップＳ１４）。肯定判断の場合にはステップＳ１５に進む。このとき、映像配信装置１０ではオフセット時間を計測中である。否定判断の場合にはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５において、無線パケット通信部２５は、テストデータを含んだ無線パケットを映像配信装置１０宛に返信する。

ステップＳ１６において、タイミング比較部２９は、ステップＳ１２においてデコード処理が開始された時刻から、無線パケットに付与されている待機時間ｔＡが経過するまで待機する。

次に、画像表示部２４は、タイミング比較部２９からの指示を受けて、映像データの再生を行う（ステップＳ１７）。

なお、映像配信装置１０は、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃ宛に１枚の映像フレームを配信してから、各映像投影装置からの当該映像フレームの返信を受信するまでは、次の映像フレームを配信することができない。

図１の構成では、映像配信装置１０は映像（３），（２），（１）をこの順に配信する。映像配信装置１０が最もホッピング回数の多い映像投影装置２０Ｃ宛に映像（３）を配信してから、映像配信装置１０が映像投影装置２０Ｃから映像（３）の返信を受信するまでの時間Ｔ３は、以下の式２により算出される。なお、以降では、時間Ｔ３を「総遅延時間」ともいう。
［式２］
Ｔ３＝２×（ｔ１_（３）＋ｔ２_（３）＋ｔ３_（３））

また、映像配信装置１０が映像投影装置２０Ｃ宛に映像（３）を配信してから、映像配信装置１０が映像投影装置２０Ｂから映像（２）の返信を受信するまでの時間Ｔ２は、以下の式３により算出される。
［式３］
Ｔ２＝ｔ３_（３）＋２×（ｔ１_（２）＋ｔ２_（２））

また、映像配信装置１０が映像投影装置２０Ｃ宛に映像（３）を配信してから、映像配信装置１０が映像投影装置２０Ａから映像（１）の返信を受信するまでの時間Ｔ１は、以下の式４により算出される。
［式４］
Ｔ１＝（ｔ２_（３）＋ｔ３_（３））＋２×ｔ１_（１）

したがって、映像（１）〜（３）のうち、最もホッピング回数の多い映像投影装置２０Ｃからの映像（３）の返信が最も遅く映像配信装置１０に受信されることになる。よって、映像データのフレームレートをＸ（ｆｐｓ）とすると、その逆数である転送許容遅延時間１／Ｘは、以下の式５を満たす必要がある。
［式５］
１／Ｘ＞２×（ｔ１_（３）＋ｔ２_（３）＋ｔ３_（３））

そこで、本実施形態の映像配信装置１０の遅延時間算出部１８は、式５の関係を満たすように、映像データのフレームレートや圧縮率を適時変更することができるようになっている。つまり、遅延時間算出部１８は、映像データのフレームレートの逆数が、ホッピング回数の最も多い映像投影装置に関する転送遅延時間の２倍を超過するようにフレームレート又は圧縮率を決定する。

以下、図８のフローチャートを用いて、フレームレートや圧縮率を適時計算する場合の、映像配信装置１０の処理内容を説明する。ステップＳ２１〜Ｓ２３，Ｓ２６の処理については、図６のステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ６の処理と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ２４において、遅延時間算出部１８は、式５の関係を満たすように、映像データのフレームレートや圧縮率を決定し、決定したフレームレート又は圧縮率を符号化部１１に設定する。

このようにして、映像配信装置１０がフレームレートを動的に変更することで、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃにおいて映像が安定して表示されるようになる。あるいは、映像配信装置１０がフレームレートを変更せず、圧縮率を大きくすることで、配信する映像データのサイズを小さくして、総遅延時間を短くすることも可能である。

上記のフレームレートを変更する方法と圧縮率を変更する方法のどちらを採用するかについては、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃにおいて表示したい映像の質、ユースケースにより異なるため、操作部１２を介してユーザが自由に設定できるようにする。例えば、各映像フレームの差がほとんど無い（動きが少ない）動画に対して、表示映像の綺麗さ、きめ細やかさを求める場合には、フレームレートを下げて圧縮率は変更しないことが望ましい。

ステップＳ２５において、遅延時間算出部１８は、ステップＳ２４で決定された圧縮率を用いて映像データのデータサイズを算出し、当該データサイズに応じた再生時刻Ｔｓと待機時間ｔＡ〜ｔＣを算出する。さらに、遅延時間付与部１９は、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃ宛に配信する無線パケットに再生時刻Ｔｓと待機時間ｔＡ〜ｔＣを遅延時間データとして付与する。

以上説明したように、本実施形態の無線通信システムは、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを映像配信装置１０から各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに配信する。

これにより、例えば高速な近距離無線通信としてミリ波無線通信を使用することにより、電波干渉の影響を最小限に抑えることができる。また、無線通信端末間でマルチホップ転送を行うことにより、ミリ波無線通信の通信距離の短さをカバーすることができる。このため、リアルタイムに映像コンテンツの配信及び表示を行うことができる。また、無線通信を使用して映像を配信するため、有線ケーブルにより各装置の設置場所が制約されることがない。また、デジタルサイネージなどの用途でマルチプロジェクションシステムを使用する場合において、景観を美しくするためにケーブルを何らかの方法で隠すといった、設置に手間がかかるという問題が生じない。

また、本実施形態の無線通信システムは、映像データが映像配信装置１０から送信されてから各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに受信されるまでの転送遅延時間に基づいて、映像配信装置１０が映像データを配信するタイミングを決定する。

これにより、映像配信装置１０から各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃへの配信時刻をずらすことにより、映像投影装置側での待機時間を減らして、受信バッファのオーバーフローを抑制することができる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいては、映像配信装置１０は、転送遅延時間の情報を含む遅延時間データを映像データに付与する。

これにより、映像投影装置ごとに再生時間を制御して、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃにおける映像データの再生時刻を同期させることができる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいては、映像配信装置１０は、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに順番に所定のテストデータを送信し、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃは、受信したテストデータを映像配信装置１０に返信する。さらに、映像配信装置１０は、テストデータが映像配信装置１０から送信されてから、映像配信装置１０に返信されるまでの基準遅延時間と、テストデータのデータサイズと、映像データのデータサイズとに基づいて転送遅延時間を算出する。

これにより、映像配信装置１０から各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに送信するテストデータとして同一のものを用いることで、転送遅延時間の測定精度を上げることができる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいては、映像配信装置１０は、複数の映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃのうち、ホッピング回数が最も多い映像投影装置に関する転送遅延時間を基準として、各映像投影装置における映像データの再生時刻を算出する。

これにより、各映像投影装置側で転送遅延時間や再生時刻を算出する必要がないため、映像データの再生時刻の同期に関する処理の手順を削減できる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいては、映像配信装置１０は、映像データのフレームレートの逆数が、ホッピング回数の最も多い映像投影装置に関する転送遅延時間の２倍を超過するようにフレームレート又は圧縮率を決定する。

これにより、総遅延時間が転送許容遅延時間よりも大きい場合には、映像データのフレームレートや圧縮率を適時変更できるため、フレーム配信のエラーを抑制することができる。

また、本実施形態の無線通信システムにおいては、映像配信装置１０は、自身の時刻情報を周期的に各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに送信し、各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃは、受信した時刻情報に基づいて、自身の時刻と映像配信装置１０の時刻を同期させる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムとしてのマルチプロジェクションシステム２について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態においては、マルチプロジェクションシステム２を構成する各装置の時刻を外部時刻サーバ４０に同期させる構成になっている。外部時刻サーバ４０としては、例えば、ＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバを利用することができる。

外部時刻サーバ４０は一定時間が経過するたびに、映像配信装置１０及び各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに標準時刻の情報を含む無線パケットを送信するようになっている。これにより、映像配信装置１０及び各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃの時刻と外部時刻サーバ４０の時刻を同期させることができる。

あるいは、各無線通信端末が、外部時刻サーバ４０に時刻を問い合わせる無線パケットを定期的に送信し、外部時刻サーバ４０が、当該無線パケットを受信すると、標準時刻情報を含む無線パケットを各無線通信端末に送るようになっていてもよい。これにより、映像配信装置１０及び各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃの時刻と外部時刻サーバ４０の時刻を同期させることができる。

なお、本実施形態においては、映像データの転送に使用する高速なアドホック無線通信とは異なる無線通信方法で、定期的に外部時刻サーバ４０に時刻の問い合わせを行うようになっている。

例えば、高速なアドホック無線通信としてミリ波無線通信を使用する場合には、２．４／５ＧＨｚ帯を使用する一般的な無線ＬＡＮを使用して時刻同期を行うことができる。この場合、ミリ波無線通信の６０ＧＨｚ帯の電波と、無線ＬＡＮの２．４／５ＧＨｚ帯の電波とが干渉しないため好ましい。

図１０は、本実施形態における映像配信装置１０の処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ３３〜Ｓ３８の処理については、図８のステップＳ２１〜２６の処理と同様であるので説明を省略する。

まず、映像配信装置１０の無線通信部１３は、外部時刻サーバ４０から時刻データを受信したか否かを判断する（ステップＳ３１）。肯定判断の場合にはステップＳ３２に進む。否定判断の場合にはステップＳ３３に進む。

ステップＳ３２において、映像配信装置１０は、外部時刻サーバ４０からの時刻データに合わせてタイマ１５の時刻を更新する。

図１１は、本実施形態における映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃの処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ４３〜Ｓ４９の処理については、図７のステップＳ１１〜Ｓ１７の処理と同様であるので説明を省略する。また、各映像投影装置の処理内容は同様であるため、以下では主に映像投影装置２０Ａに注目して説明する。

まず、映像投影装置２０Ａの無線通信部２１は、外部時刻サーバ４０から時刻データを受信したか否かを判断する（ステップＳ４１）。肯定判断の場合にはステップＳ４２に進む。否定判断の場合にはステップＳ４３に進む。

ステップＳ４２において、映像投影装置２０Ａは、外部時刻サーバ４０からの時刻データに合わせてタイマ２７の時刻を更新する。

図１２は、外部時刻サーバ４０の処理内容を示すフローチャートである。

まず、外部時刻サーバ４０は、時刻データを前回送信してから一定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ５１）。肯定判断の場合にはステップＳ５２に進む。否定判断の場合には処理を終了する。

ステップＳ５２において、外部時刻サーバ４０は、時刻データを映像配信装置１０及び各映像投影装置２０Ａ〜２０Ｃに送信する。

以上説明したように、本実施形態の無線通信システムにおいては、各無線通信端末は、外部時刻サーバ４０に定期的に時刻情報を問い合わせて、問い合わせた時刻情報に基づいて、自身の時刻と外部時刻サーバ４０の時刻を同期させることができる。

１，２ マルチプロジェクションシステム（無線通信システム）
１０ 映像配信装置
１１ 符号化部
１２ 操作部
１３ 無線通信部
１４ 無線パケット通信部
１５ タイマ
１６ 基準遅延時間計測部（遅延時間算出手段、配信タイミング決定手段）
１７ オフセット時間算出部（配信タイミング決定手段）
１８ 遅延時間算出部（遅延時間算出手段）
１９ 遅延時間付与部（遅延時間付与手段）
２０Ａ〜２０Ｃ 映像投影装置
２１ 無線通信部
２２ 復号化部
２３ バッファメモリ
２４ 画像表示部
２５ 無線パケット通信部
２６ タイマ同期部
２７ タイマ
２８ 遅延時間抽出部
２９ タイミング比較部
４０ 外部時刻サーバ

特開２０１３−１１５４９３号公報 特開２００９−２６８１４１号公報

Claims (8)

1. 映像配信装置から複数の映像データを複数の映像投影装置にリアルタイムに配信する無線通信システムにおいて、
   前記映像配信装置及び各前記映像投影装置は、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを前記映像配信装置から前記各映像投影装置に配信するための無線通信部をそれぞれ備え、
   前記映像配信装置の無線通信部は、
   映像データが前記映像配信装置の前記無線通信部から送信されてから前記各映像投影装置に受信されるまでの転送遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、
   前記転送遅延時間に基づいて、前記映像配信装置の前記無線通信部が前記各映像投影装置に映像データを配信するタイミングを決定する配信タイミング決定手段と、
   前記各映像投影装置における映像データの再生時刻を同期させるために、前記転送遅延時間の情報を含む遅延時間データを映像データに付与する遅延時間付与手段と、を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記映像配信装置の前記無線通信部は、前記各映像投影装置の前記無線通信部に順番に所定のテストデータを送信し、
   前記各映像投影装置の前記無線通信部は、受信した前記テストデータを前記映像配信装置の前記無線通信部に返信し、
   前記遅延時間算出手段は、
   前記テストデータが前記映像配信装置の前記無線通信部から送信されてから、当該テストデータが前記各映像投影装置の前記無線通信部から前記映像配信装置の前記無線通信部に返信されるまでの基準遅延時間を計測する基準遅延時間計測手段を有し、
   前記基準遅延時間、前記テストデータのデータサイズ、及び前記映像データのデータサイズに基づいて前記転送遅延時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記遅延時間算出手段は、前記複数の映像投影装置のうち、ホッピング回数が最も多い映像投影装置に関する前記転送遅延時間を基準として、前記各映像投影装置における映像データの再生時刻を算出し、
   前記遅延時間データは、前記遅延時間算出手段により算出された再生時刻の情報を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記遅延時間算出手段は、映像データのフレームレートの逆数が、ホッピング回数の最も多い映像投影装置に関する前記転送遅延時間の２倍を超過するようにフレームレートを決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 前記遅延時間算出手段は、映像データのフレームレートの逆数が、ホッピング回数の最も多い映像投影装置に関する前記転送遅延時間の２倍を超過するように圧縮率を決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
6. 前記映像配信装置は、自身の時刻情報を周期的に前記各映像投影装置に送信し、
   前記各映像投影装置は、前記時刻情報に基づいて、自身の時刻と前記映像配信装置の時刻を同期させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
7. 前記映像配信装置及び前記各映像投影装置は、外部時刻サーバに定期的に時刻情報を問い合わせて、当該時刻情報に基づいて、自身の時刻と前記外部時刻サーバの時刻を同期させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
8. 映像配信装置から複数の映像データを複数の映像投影装置にリアルタイムに配信する無線通信方法において、
   前記映像配信装置及び各前記映像投影装置は、高速な近距離無線通信を使用して、マルチホップ転送により映像データを前記映像配信装置から前記各映像投影装置に配信するための無線通信部をそれぞれ備え、
   前記無線通信方法は、
   映像データが前記映像配信装置の前記無線通信部から送信されてから前記各映像投影装置に受信されるまでの転送遅延時間を算出する遅延時間算出ステップと、
   前記転送遅延時間に基づいて、前記映像配信装置の前記無線通信部が前記各映像投影装置に映像データを配信するタイミングを決定する配信タイミング決定ステップと、
   前記各映像投影装置における映像データの再生時刻を同期させるために、前記転送遅延時間の情報を含む遅延時間データを映像データに付与する遅延時間付与ステップと、を含むことを特徴とする無線通信システム。

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