JP2017028385A - 受信装置及びシステム - Google Patents

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多聞 貞末
康宏 梶原
Yasuhiro Kajiwara
康宏 梶原
和寛 ▲高▼澤
和寛 ▲高▼澤
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和史 松下
Kazufumi Matsushita
和史 松下
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靖子 白鷹
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yasuko Hashimoto
康子 橋本
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Abstract

【課題】本発明では、データを受信してから再生するまでの遅延時間を小さくすること。【解決手段】送信装置からデータを受信する受信装置であって、前記送信装置により生成されたクロック情報を含む同期情報とデータとを前記送信装置から受信する受信部と、前記受信したデータを記憶する記憶領域と、前記受信した送信装置のクロック情報を用いて前記送信装置と当該受信装置との間のクロックの偏差に基づいて当該受信装置のクロックを補正する補正部と、前記記憶領域に記憶されたデータの量に基づいて前記補正部によるクロックの補正量を制御する制御部と、前記補正部によって補正されたクロックを用いて前記記憶領域に記憶されているデータを外部装置に出力する出力部と、を有する受信装置が開示される。【選択図】図2

Description

本発明は、受信装置及びシステムに関する。
送信装置から受信装置にリアルタイムにデータを配信するシステムにおいて、送信装置及び受信装置の間で処理するフレーム数に差異が生じないように、送信装置及び受信装置の動作クロックを調整する技術がある。
例えば、監視カメラで撮影した映像データを、LAN(Local Area Network)を介して監視モニタに配信する遠隔監視システムがある。送信側の監視カメラ及び受信側の監視モニタで同じクロック生成器を使用したとしても、クロック生成器同士の個体差及び設置場所の温度差等によって送信側及び受信側のクロックにずれが生じる場合がある。
受信装置から送信装置にクロックに関する同期情報を送信し、同期情報に基づいて送信側の動作クロックを調整することで同期をとる方法が知られている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、従来の同期技術では、データを受信してから再生するまでの遅延時間が大きくなるという問題があった。
例えば、送信装置から受信した映像データを受信装置のバッファに保存し、受信装置が順次読み出して映像を再生するようにすれば、送信装置及び受信装置の動作クロックのずれを吸収することができるが、データを受信してから再生するまでの遅延時間が大きくなる。
そこで、開示の技術では、データを受信してから再生するまでの遅延時間を小さくすることを目的とする。
実施形態では、送信装置からデータを受信する受信装置であって、送信装置により生成されたクロック情報を含む同期情報とデータとを送信装置から受信する受信部と、受信したデータを記憶する記憶領域と、受信した送信装置のクロック情報を用いて送信装置と当該受信装置との間のクロックの偏差に基づいて当該受信装置のクロックを補正する補正部と、記憶領域に記憶されたデータの量に基づいて補正部によるクロックの補正量を制御する制御部と、補正部によって補正されたクロックを用いて記憶領域に記憶されているデータを外部装置に出力する出力部と、を有する受信装置が開示される。
データを受信してから再生するまでの遅延時間を小さくすることができる。
映像配信システムの第1の例を示す図である。 受信装置の構成の例を示す図である。 クロック生成部の第1の構成例を示す図である。 クロック生成部の第2の構成例を示す図である。 クロック周波数の補正方法を説明するための図である。 同期パケットのフォーマットの例を示す図である。 データバッファのデータ記憶量を説明するための図である。 最大クロック偏差と同期パケット間隔との関係を示す図である。 映像配信システムの第2の例を示す図である。 バッファリング単位を説明するための図である。 映像配信システムの第3の例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複した説明を省く。
[実施形態1]
図1は、映像配信システムの第1の例を示す図である。映像配信システム1は、受信装置100と、送信装置200とを有する。受信装置100は、クロック生成部111と、クロック補正部112と、遅延制御部113とを有する。また、送信装置200は、クロック生成部211を有する。
送信装置200は、撮影装置10によって撮影された映像データを受信する。クロック生成部211は、所定の周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。送信装置200は、クロック生成部211によって生成された動作クロックで映像データを受信装置100に送信する。
また、送信装置200は、所定のクロック数毎に同期パケットを生成する。送信装置200は、所定のクロック数をカウントした時点でクロック数を同期パケットに格納して受信装置100に送信する。送信装置200は、同期パケットを送信した後、カウント数をリセットして再度クロック数のカウントを開始する。
例えば、送信装置200は、10クロック毎に同期パケットを生成するものとする。かかる場合は、送信装置200は、クロック数「10」をカウントした時点でクロック数「10」を同期パケットに格納して受信装置100に送信する。送信装置200は、同期パケットを送信した後、カウント数を「0」にリセットし、再度クロック数のカウントを開始する。
受信装置100は、送信装置200から受信した映像データを順次バッファに記憶する。クロック生成部111は、送信装置200と同じ周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。
クロック補正部112は、受信した同期パケットに基づいて送信装置200と受信装置100との間の動作クロックの偏差を算出する。送信装置200と受信装置100との間の動作クロックの偏差とは、所定時間内における受信装置100の動作クロック数と、送信装置200の動作クロック数との差分に相当する時間である。例えば、動作クロックの偏差は、同期パケット(t−1)を送信してから同期パケット(t)を送信するまでの送信装置200のクロック数から、同期パケット(t−1)を受信してから同期パケット(t)を受信するまでの受信装置100のクロック数を差し引いたクロック数に相当する時間である。
クロック補正部112は、算出した偏差に基づいて送信装置200の動作クロックと同じ周波数となるように、クロック生成部111によって生成された動作クロックを補正する。受信装置100は、クロック補正部112によって補正された動作クロックで、バッファから映像データを読み出し、映像表示装置130に映像データを出力する。
遅延制御部113は、送信装置200と受信装置100との間の動作クロックの最大の偏差分の映像データがバッファに定常的に記憶されるように、クロック補正部112による動作クロックの補正量を制御する。動作クロックの最大の偏差とは、所定時間内における受信装置100の動作クロック数と送信装置200の動作クロック数との差分に相当する時間のうち、最長の時間である。
例えば、動作クロックの最大の偏差と比較してバッファに記憶される映像データのデータ量が少ない場合、遅延制御部113は、動作クロックの周波数が小さくなるようにクロック補正部112を制御する。一方、動作クロックの最大の偏差と比較してバッファに記憶される映像データのデータ量が多い場合、遅延制御部113は、動作クロックの周波数が大きくなるようにクロック補正部112を制御する。
なお、遅延制御部113は、動作クロックの最大の偏差分の映像データがバッファに定常的に記憶されるようにクロック補正部112による動作クロックの補正量を制御する旨を説明したが、これに限定されない。遅延制御部113は、バッファに定常的に記憶される映像データの量を、動作クロックの偏差分よりも多くしてもよい。
図2は、受信装置100の構成の例を示す図である。受信装置100は、データ受信部110と、クロック生成部111と、クロック補正部112と、遅延制御部113と、データ出力部114と、データバッファ120とを有する。また、受信装置100は、映像表示装置130と接続される。
データ受信部110は、映像データと同期パケットとを受信する。データ受信部110は、受信した映像データをデータバッファ120に記憶する。なお、映像データは、例えば、H.264及びJPEG(Joint Photographic Experts Group)等の圧縮方法によりエンコードされたデータであってもよい。
また、データ受信部110は、同期パケットから送信装置200のクロックカウントを抽出する。クロックカウントとは、送信装置200においてカウントされた送信装置200のクロック数である。クロックカウントは、送信装置200から同期パケットが送信される度にリセットされる。
例えば、送信装置200は、10クロック毎に同期パケットを送信する場合、同期パケットが送信された時点を基準クロックとしてクロックカウント「0」から「1」「2」「3」・・・「7」「8」「9」のようにカウントアップしていき、次のクロックカウント「10」の時点で同期パケットを送信する。送信装置200は、同期パケットを送信した後、再びカウントを「0」に戻す。送信装置200によってクロックカウント「10」が格納された同期パケットが受信装置100に送信される。
以下では、送信装置200において、同期パケットが送信される間にカウントされたクロックカウントを送信側経過カウントという。
データ受信部110は、同期パケットから抽出した送信側経過カウントをクロック補正部112に送信する。
クロック生成部111は、送信装置200と同じ周波数の源振を発生させ、源振のクロックを基に分周及び逓倍を行い、動作クロックを生成する。
クロック補正部112は、送信側経過カウントに基づいて送信装置200と受信装置100との間の動作クロックの偏差を算出する。クロック補正部112は、算出した偏差に基づいて、送信装置200のクロック周波数と一致するように、クロック生成部111により生成された動作クロックを補正する。
例えば、送信装置200及び受信装置100の動作クロックが同一の源振を発生させるクロック発生器を使っていたとしても、クロック発生器の個体差等によりクロックにズレが発生する場合がある。そこで、クロック補正部112は、受信装置100が送信装置200よりも動作クロックが早い場合、クロック周波数を下げる補正を行う。また、クロック補正部112は、受信装置100が送信装置200よりも動作クロックが遅い場合、クロック周波数を上げる補正を行う。
図3Aは、クロック生成部111の第1の構成例を示す図である。クロック生成部111は、水晶振動子111aとPLL(Phase Locked Loop)111bとを有する。水晶振動子111aは、固定の周波数の源振を生成し、源振周波数のクロックをPLL111bに出力する。クロック補正部112は、PLL111bに出力されたクロックを補正することで、送信装置200の動作クロックと同じ周波数である目的周波数のクロックを生成する。PLL111bは、目的周波数のクロックをデータ出力部114に出力する。
図3Bは、クロック生成部111の第2の構成例を示す図である。クロック生成部111は、電圧制御部111Aと、水晶振動子111Bと、PLL111Cとを有する。クロック補正部112は、目的周波数に応じた電圧値を電圧制御部111Aに出力する。電圧制御部111Aは、出力された電圧値に応じた電圧を水晶振動子111Bに出力する。PLL111bは、分周させることで目的周波数のクロックを生成し、目的周波数のクロックをデータ出力部114に出力する。
図4は、クロック周波数の補正方法を説明するための図である。図4の上段は、送信装置200のクロックカウントを示す。(t−1)回目の同期パケットと(t)回目の同期パケットとが送信される間に、送信装置200によってカウントされたクロック数(送信側経過カウント)が同期パケット(t)に格納される。受信装置100は、送信装置200から受信した同期パケット(t)から送信側経過カウントを取得する。
なお、同期パケット(t−1)には、(t−2)回目の同期パケットと(t−1)回目の同期パケットとが送信される間に、送信装置200によってカウントされたクロック数が格納される。
一方、図4の下段は、受信装置100のクロックカウントを示す。受信装置100は、同期パケット(t−1)と同期パケット(t)とを受信する間に、受信装置100によってカウントされたクロック数を受信側経過カウントとして取得する。
クロック補正部112は、送信側経過カウントと受信側経過カウントとを比較することで、目的周波数を設定する。例えば、送信側経過カウントが「475136」で、受信側経過カウントが「475134」であった場合、「0.074μsec」の偏差が生じたことになる。受信装置100のクロック周波数の方が少し小さいことになるので、クロック補正部112は、現在よりも少し大きな周波数となるようにクロックを補正する。
なお、同期パケットにクロックカウントを格納する例について説明したが、これに限定されない。例えば、同期パケットに標準時刻等のタイムスタンプ値を格納してもよい。
図5は、同期パケットのフォーマットの例を示す図である。1行に32ビット列が含まれるものとする。
「src port」は、パケットの送信元の送信装置200のポート番号を示す。「dst port」は、パケットの送信先の受信装置100のポート番号を示す。「length」は、パケット長を示す。「check sum」は、受信したデータの信頼度を検査するためのビット列である。「Ver」は、映像配信システム1のバージョンを示す。「reserved」は、パケットに含まれる項目のうち使用しない項目を指定する場合等に用いられる情報である。例えば、「reserved」を設定することで、映像配信システム1のバージョンが「1.1」の場合、パケットの中の項目Aを使用しないが、映像配信システム1のバージョンが「1.2」の場合、項目Aを使用するといった指定が可能である。
「sequence num」は、パケットを識別するためのシーケンス番号である。例えば、受信装置100は、シーケンス番号「1」のパケットを受信した後、シーケンス番号「3」のパケットを受信した場合、シーケンス番号「2」のパケットが失われたことを検知することができる。
「clock count」は、送信側経過カウントを示す。「source id」は、パケットを送信した送信装置200を識別する番号である。
図2に戻る。データバッファ120には、データ受信部110で受信された映像データが蓄積され、古い映像データから順に読み出される。すなわち、データバッファ120は、FIFO(First In First Out)型の記憶領域である。なお、データバッファ120には、H.264及びJPEG等の圧縮された映像データが蓄積されてもよい。
遅延制御部113は、データバッファ120内の映像データがいっぱいにも空にもならないよう、クロック補正部112によるクロックの補正量を制御する。これにより、遅延制御部113は、データバッファ120内の映像データの記憶量を制御する。
図6は、データバッファ120のデータ記憶量を説明するための図である。データ受信部110は、受信した映像データをデータバッファ120に記憶する。データ出力部114は、データバッファ120に記憶された最も古い映像データから順にリードし、映像表示装置130に出力する。
例えば、送信装置200側のクロック周波数の方が一時的に大きくなった場合、クロック補正部112は、クロック周波数を小さくすることにより、データバッファ120内の映像データの記憶量を増やし、遅延量を大きくする。かかる場合に、遅延制御部113は、クロック補正部112を制御してクロック周波数を大きくすることにより、データバッファ120内の映像データの記憶量を減らし、オーバーフローを防止する。
一方、送信装置200側のクロック周波数の方が一時的に小さくなった場合、クロック補正部112は、クロック周波数を大きくすることにより、データバッファ120内の映像データの記憶量を減らし、遅延量を小さくする。かかる場合に、遅延制御部113は、クロック補正部112を制御してクロック周波数を小さくすることにより、データバッファ120内の映像データの記憶量を増やし、アンダーフローを防止する。
データバッファ120に定常的に記憶する映像データの容量について説明する。データバッファ120に定常的に記憶する容量L(画素数)は、ピクセルクロック数をN、最大クロック偏差をMとした場合、L=N×Mにより算出できる。なお、最大クロック偏差とは、1秒あたりにおける受信装置100の動作クロック数と送信装置200の動作クロック数との差分に相当する時間のうち、最長の時間である。
例えば、映像データの解像度が横1600画素、縦1200画素で、1秒当たりのフレーム数が60である場合、ピクセルクロック数Nが「130.25MHz」となる。また、最大クロック偏差Mを「1μsec」とした場合、容量Lは、「130.25×1,000,000×0.000001=130.25」となるので、遅延制御部113は、131画素分のデータをデータバッファ120に蓄えておくように制御する。
また、データバッファ120は、蓄積する映像データの2倍以上としてもよい。例えば、131画素分の映像データをデータバッファ120に蓄えておく場合、データバッファ120の容量を262画素以上の映像データを蓄積できる容量としてもよい。
このように、遅延制御部113は、アンダーフローが発生しないようにデータバッファ120に所定量以上の映像データを蓄積させておく。また、遅延制御部113は、オーバーフローが発生しないようにデータバッファ120の空き容量を十分に確保する。
次に、最大クロック偏差の算出方法について説明する。同期パケットが送信される時間間隔が長くなればなるほど、最大クロック偏差が大きくなる。最大クロック偏差Mは、クロック同期精度をP、同期パケットが送信される時間間隔(μsec)をQとした場合、M=P×Qにより算出できる。クロック同期精度とは、単位時間当たりのクロックのズレである。例えば、1秒あたりのクロックのズレが「μsec/sec」の単位で表される。
図7は、最大クロック偏差と同期パケット間隔との関係を示す図である。同期パケットが送信される時間間隔を示す同期パケット間隔(msec)は、折れ線グラフで示される。また、最大クロック偏差(μsec)は、棒グラフで示される。図7に示されるように、同期パケット間隔と最大クロック偏差とは比例関係にある。なお、図7においては、同期パケット間隔が小さいものから順に左から並べている。
例えば、CPUのクロック同期精度と、同期パケット間隔に基づいて最大クロック偏差を算出することができる。算出した最大クロック偏差に基づいてデータバッファ120の容量とデータバッファ120に蓄積させる映像データのデータ量とが設定される。クロック同期精度に関しては、CPUに規定されている値を用いてもよい。
また、送信装置200と受信装置100との間で映像データの送受信を開始する前に、一定時間、同期パケットのみを送受信させ、その間に測定したクロック偏差のうち、最長の時間を最大クロック偏差としてもよい。これにより、受信装置100のCPUのクロック同期精度及び同期パケット間隔等が予め分かっていない場合においても、データバッファ120に蓄積する映像データの容量を求めることができる。
[実施形態2]
図8は、映像配信システムの第2の例を示す図である。映像配信システム2は、撮影装置10と、映像表示装置130と、受信装置300と、送信装置400とを有する。受信装置300は、クロック生成部311と、クロック補正部312と、遅延制御部313とを有する。また、送信装置400は、クロック生成部411と、符号化部412とを有する。
送信装置400は、撮影装置10によって撮影された映像データを受信する。クロック生成部411は、所定の周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。符号化部412は、クロック生成部411によって生成された動作クロックを用いて映像データを符号化する。以下では、符号化された映像データを符号化データという。続いて、送信装置400は、クロック生成部411によって生成された動作クロックを用いて符号化データを受信装置300に送信する。
また、送信装置400は、所定のクロック数毎に同期パケットを生成する。送信装置400は、所定のクロック数をカウントした時点でクロック数(送信側経過カウント)を同期パケットに格納して受信装置300に送信する。送信装置400は、同期パケットを送信した後、カウント数をリセットし、再度クロック数のカウントを開始する。
受信装置300は、送信装置400から符号化データを受信する。クロック生成部311は、送信装置400と同じ周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。クロック補正部312は、クロック生成部311によって生成された動作クロックの周波数を補正する。
復号化部314は、クロック補正部312によって補正された動作クロックで、受信した符号化データを元の映像データに復号化し、順次バッファに映像データを記憶する。受信装置300は、クロック補正部312によって補正された動作クロックで、バッファから映像データを読み出し、映像表示装置130に出力する。
遅延制御部313は、符号化されたデータを復号化するための最小の単位分の量の映像データがバッファに定常的に記憶されるように、クロック補正部112による動作クロックの補正量を制御する。
図9は、バッファリング単位を説明するための図である。H.264の圧縮方式でマクロブロックと呼ばれる単位が16×16(画素)であった場合、後段でラスタ順に映像出力するには、縦は16画素、横は画面1ライン分の映像データが必要となる。したがって、遅延制御部313は、縦は16画素、横は画面1ライン分の映像データを圧縮した時の容量をバッファに蓄えるように、クロック補正部112による動作クロックの補正量を制御する。
なお、映像の内容によって映像の容量が変化するが、レートコントロールと呼ばれる圧縮後の容量を制御する機能を用いることで、映像の容量の変化を少なくすることができる。したがって、レートコントロールを用いることでバッファの容量を設定することができる。
[実施形態3]
図10は、映像配信システムの第3の例を示す図である。映像配信システム3は、撮影装置10と、映像表示装置130と、受信装置500と、同期クロックマスタ550と、送信装置600とを有する。受信装置500は、クロック生成部511と、クロック補正部512と、遅延制御部513とを有する。また、送信装置600は、クロック生成部611と、クロック補正部612とを有する。
送信装置600は、撮影装置10によって撮影された映像データを受信する。クロック生成部611は、所定の周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。クロック補正部612は、クロック生成部611によって生成された動作クロックを補正する。続いて、送信装置600は、クロック補正部612によって補正された動作クロックで映像データを受信装置500に送信する。
また、同期クロックマスタ550は、所定のクロック数毎に同期パケットを生成する。同期クロックマスタ550は、所定のクロック数をカウントした時点でクロック数を同期パケットに格納して受信装置500及び送信装置600に送信する。同期クロックマスタ550は、同期パケットを送信した後、カウント数を「0」にリセットし、再度クロック数のカウントを開始する。
クロック生成部611は、同期クロックマスタ550と同じ周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。クロック補正部612は、クロック生成部611によって生成された動作クロックを補正する。送信装置600は、クロック補正部612によって補正された動作クロックで、映像データを受信装置500に送信する。
クロック生成部511は、同期クロックマスタ550と同じ周波数の源振を発生させ、動作クロックを生成する。クロック補正部512は、クロック生成部511によって生成された動作クロックを補正する。受信装置500は、クロック補正部512によって補正された動作クロックで、バッファから映像データを読み出し、映像表示装置130に映像データを出力する。
遅延制御部513は、例えば、受信装置500と同期クロックマスタ550との間の動作クロックの偏差の2倍分に相当する映像データがバッファに定常的に記憶されるように、クロック補正部512による動作クロックの補正量を制御する。すなわち、受信装置500と同期クロックマスタ550との間の動作クロックの偏差と、送信装置600と同期クロックマスタ550との間の動作クロックの偏差とが同じ量という推定に基づいて、遅延制御部513は、映像データのバッファ量を制御する。
以上、映像配信システムを実施形態1乃至実施形態3において説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
なお、本実施形態において、データ受信部110は、受信部の一例である。データバッファ120は、記憶領域の一例である。クロック補正部112は、補正部の一例である。遅延制御部113は、制御部の一例である。データ出力部114は、出力部の一例である。動作クロックの偏差は、クロック情報の一例である。同期パケットは、同期情報の一例である。同期クロックマスタ550は、同期装置の一例である。
100 受信装置
110 データ受信部
111 クロック生成部
112 クロック補正部
113 遅延制御部
114 データ出力部
120 データバッファ
130 映像表示装置
200 送信装置
211 クロック生成部
特開2003−018585号公報

Claims (6)

  1. 送信装置からデータを受信する受信装置であって、
    前記送信装置により生成されたクロック情報を含む同期情報とデータとを前記送信装置から受信する受信部と、
    前記受信したデータを記憶する記憶領域と、
    前記受信した送信装置のクロック情報を用いて前記送信装置と当該受信装置との間のクロックの偏差に基づいて当該受信装置のクロックを補正する補正部と、
    前記記憶領域に記憶されたデータの量に基づいて前記補正部によるクロックの補正量を制御する制御部と、
    前記補正部によって補正されたクロックを用いて前記記憶領域に記憶されているデータを外部装置に出力する出力部と、を有する受信装置。
  2. 前記制御部は、少なくとも前記偏差の最大量に対応するデータが前記記憶領域に記憶されるように、前記補正部によるクロックの補正量を制御する請求項1に記載の受信装置。
  3. 前記記憶領域は、前記偏差の最大量に対応するデータの2倍以上の容量を有する請求項2に記載の受信装置。
  4. 前記補正部は、前記送信装置によって同期情報が送信される時間間隔にカウントされた前記送信装置のクロック数と、前記送信装置から同期情報を受信する時間間隔にカウントされた前記受信装置のクロック数とから前記偏差を算出する請求項1に記載の受信装置。
  5. 前記制御部は、符号化されたデータを復号化するための最小の単位分の量のデータが前記記憶領域に記憶されるように、前記補正部によるクロックの補正量を制御する請求項1に記載の受信装置。
  6. 送信装置と、該送信装置からデータを受信する受信装置と、前記送信装置及び前記受信装置に同期情報を送信する同期装置とを有するシステムであって、
    前記同期装置が前記送信装置及び前記受信装置に送信する同期情報は、同一のクロック情報を含み、
    前記送信装置は、
    前記受信したクロック情報を用いて前記同期装置と前記送信装置との間のクロックの偏差に基づいて前記送信装置のクロックを補正する補正部と、
    前記受信装置は、
    前記同期装置から送信された同期情報と、前記送信装置から送信されたデータとを受信する受信部と、
    前記受信したデータを記憶する記憶領域と、
    前記受信したクロック情報を用いて前記同期装置と当該受信装置との間のクロックの偏差に基づいて当該受信装置のクロックを補正する補正部と、
    前記記憶領域に記憶されたデータの量に基づいて前記補正部によるクロックの補正量を制御する制御部と、
    前記補正部によって補正されたクロックを用いて前記記憶領域からデータを読み出して外部装置に出力する出力部と、を有するシステム。
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