JP2017092894A - パケット多重伝送装置、パケット多重伝送方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の信号をパケット化および多重して伝送するパケット多重伝送装置において、外部同期されている一組の映像信号の伝送遅延時間の変動を運用上問題のない範囲内に収めることができる低遅延化および固定遅延化機能を実現する。また、その一組の映像信号とその他の一般データとを適切に混在させた状態での伝送を可能とする。【解決手段】外部同期されている一組の信号については、そのそれぞれを、生成周期をずらし且つ固定して、順番にパケット化し、当該一組のパケットを固定した順番で多重し、且つそれぞれの伝送遅延時間を固定して連続的に伝送するようにする。この際、上記一組のパケットが一定の周期で伝送されるとともに、一般データのパケット一組のパケットの伝送期間と重ならずに伝送されるようにする。【選択図】図１４

Description

本発明は、パケット多重伝送装置、パケット多重伝送方法およびシステムに関し、詳しくは映像信号およびその他の信号をパケット化し、多重する技術に関するものである。

複数の信号、例えばＨＤ−ＳＤＩ（High Density Serial Digital Interface）やＳＤ−ＳＤＩ（Standard Density Serial Digital Interface）に適合する複数の映像信号を非圧縮多重伝送する手法として、例えば特許文献１に開示された技術を利用し、各映像信号をパケット化および多重して伝送するものがある。この手法（以下、パケット多重伝送方式という）は、複数の異なる波長の光信号を同時に乗せる波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）を利用した手法に比べ、装置構成が簡単且つ小型化できるなどの利点がある。また、映像信号毎の同期信号を一度外し、共通のクロックを改めて付けなおすフレームシンクロナイザー機能によって同期結合処理を施した後にパケット多重し伝送する手法に比べ、映像のフレームが飛んでしまったり、同じフレームが重なってしまったりする不都合も生じない。

一方、複数の映像信号を非圧縮多重伝送する装置が要望される状況には、音楽のコンサート会場、あるいは野球やサッカーなどのスポーツ競技場から中継を行う場合が含まれる。このような状況にパケット多重伝送方式を適用する場合、各所で稼動する複数の映像機器（テレビカメラなど）が伝送装置にそれぞれ接続され、伝送装置では複数の映像信号を非圧縮でパケット多重し、１本の信号線（光ファイバケーブル）を介して、場外にある中継車等の受信装置に伝送する。受信側では、伝送されてきた一連の映像信号の多重分離を行い、複数の映像信号を個別に表示したり、映像記録装置に記録（録画）したりすることができる。また、複数のカメラを用いて中継等を行う場合、１画面において切り替えまたは合成表示されることが望まれる、少なくとも一組の映像信号が含まれることがある。その場合、一般には、その一組の映像信号を出力する一組の映像機器は、所謂ＧｅｎＬｏｃｋと称される外部同期信号を用いて互いの同期を取って動作するようにされている。

しかしながら、パケット多重方式の場合、パケット化が完了した映像信号から順に多重化を行うために、映像信号の伝送までの待ち時間（伝送遅延時間）が不定となることがある。受信側で映像信号を単に個別に表示したり、映像記録装置に記録（録画）したりする場合には、外部同期信号によって互いに同期されていない映像機器が出力する映像信号（以下、外部同期されていない映像信号）だけでなく、外部同期信号によって互いに同期されている映像機器が出力する映像信号（以下、外部同期されている映像信号）であっても、送信側で伝送遅延時間が不定となることに問題は生じない。しかし一組の外部同期されている映像信号の切り替え処理や合成処理を行うことが前提である場合、伝送遅延時間が映像信号ごとに不定となると、受信側の映像同期位相が揃わない問題が生じる。つまり、放送の分野において使用される、複数の映像信号を切替え合成する「スイッチャー」と称される装置に接続し、映像の切替えや合成を行う場合に、画像の位置ずれや映像の乱れが発生する課題がある。

この解決の手段として、送信側および受信側の双方で共通した時刻情報を持ち、映像の表示時刻を管理することが考えられるが、遅延のばらつきが最大となる映像信号に他を揃える動作となるため、絶対遅延量は増大する傾向が生じる。元々遅延の大きいＭＰＥＧなどによる圧縮映像や蓄積系映像では問題ないが、非圧縮映像を伝送するリアルタイム映像伝送装置においては、運用上絶対遅延量の増大は好ましくない。

特開２００４−２００９６７号公報

本発明は、外部同期されている映像信号の伝送遅延時間の変動を運用上問題のない範囲内に収めることができる低遅延化および固定遅延化機能を実現することを目的とする。

本発明の他の目的は、外部同期されている映像信号だけでなく、外部同期されていない映像信号、さらにはその他の形式のデータも混在させたパケット多重伝送を可能とすることにある。

本発明の別の目的は、低遅延化および固定遅延化機能と伝送効率向上とのいずれを優先してパケット多重を行うかを、所望に応じて選択可能とすることにある。

そのために、本発明の第１の形態では、複数の信号をパケット化および多重して伝送するパケット多重伝送装置であって、前記複数の信号に含まれる少なくとも一組の信号については、そのそれぞれを、生成周期をずらし且つ固定して、順番にパケット化するパケット生成部と、該パケット生成部によって生成された前記一組の信号に対応する一組のパケットを固定した順番で多重し、且つそれぞれの伝送遅延時間を固定して連続的に伝送する多重化部と、を具え、該多重化部は、前記伝送遅延時間がそれぞれ固定される前記一組のパケットが一定の周期で伝送されるようにするとともに、前記一組の信号以外の信号のパケットである、伝送遅延時間を固定しないパケットが前記一組のパケットの伝送期間と重ならずに伝送されるようにするパケット多重伝送装置が提供される。

また、本発明の第２の形態では、複数の信号をパケット化および多重して伝送するパケット多重伝送方法であって、前記複数の信号に含まれる少なくとも一組の信号については、そのそれぞれを、生成周期をずらし且つ固定して、順番にパケット化するパケット生成工程と、該パケット生成工程によって生成された前記一組の信号に対応する一組のパケットを固定した順番で多重し、且つそれぞれの伝送遅延時間を固定して連続的に伝送する多重化工程と、を具え、該多重化工程では、前記伝送遅延時間がそれぞれ固定される前記一組のパケットが一定の周期で伝送されるようにするとともに、前記一組の信号以外の信号のパケットである、伝送遅延時間を固定しないパケットが前記一組のパケットの伝送期間と重ならずに伝送されるようにするパケット多重伝送装置が提供される。

さらに、本発明の第３の形態では、上記パケット多重伝送装置と、前記多重化部から伝送されるパケットから前記複数の信号を復元する受信装置と、を具えたパケット多重伝送システムが提供される。

本発明によれば、複数の信号に含まれる少なくとも一組の信号については、そのそれぞれを、生成周期をずらし且つ固定して、順番にパケット化し、また当該一組の信号に対応する一組のパケットを固定した順番で多重し、且つそれぞれの伝送遅延時間を固定して連続的に伝送するようにされる。この際、伝送遅延時間がそれぞれ固定される前記一組のパケットが一定の周期で伝送されるとともに、一組の信号以外の信号のパケットである、伝送遅延時間を固定しないパケットが前記一組のパケットの伝送期間と重ならずに伝送される。従って、外部同期されている一組の映像信号などの伝送遅延時間の変動を運用上問題のない範囲内に収めることができる低遅延化および固定遅延化機能を実現できる。また、外部同期されている映像信号だけでなく、外部同期されていない映像信号、さらにはその他の形式のデータも適切に混在させたパケット多重伝送が可能となる。さらに、低遅延化および固定遅延化機能と伝送効率向上とのいずれを優先してパケット多重を行うかを、所望に応じて選択するようにすることも可能となる。

本発明の一実施形態に係るパケット多重伝送装置を適用した映像伝送システムの構成例を示すブロック図である。 図１におけるパケット多重伝送装置のパケット多重処理の動作を説明するためのタイミングチャートである。 比較例に係るパケット多重伝送装置を適用した映像伝送システムの構成例を示すブロック図である。 図３におけるパケット多重伝送装置のパケット多重処理の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図３の構成を採用した場合に、合成すべき２つの映像信号のずれが生じる問題を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るパケット多重伝送装置のパケット生成部の構成例を示すブロック図である。 図６のパケット生成部に配設されるパケット生成回路の構成例を示すブロック図である。 （ａ）は図７のパケット生成回路に配設されるデータ変換処理部の構成例、（ｂ）は比較例に係るデータ変換処理部の構成例を示すブロック図である。 図８（ａ）に示すデータ変換処理部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図８（ｂ）に示すデータ変換処理部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図８（ａ）に示すデータ変換処理部によって伝送遅延時間が削減されることを説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係るパケット生成部によるスタッフィング処理時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るセレクタによるパケットの多重処理を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係るセレクタの構成例を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るセレクタによって遅延固定パケットおよびフリーパケットが多重される態様を説明するためのタイミングチャートである。 フリーパケットがフリースロットに納まらない場合の対処法を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
（定義）
以下の説明において、「映像信号」とは、ＨＤ−ＳＤＩ信号，ＳＤ−ＳＤＩ信号，３Ｇ−ＳＤＩ信号などのＳＤＩ規格に適合する非圧縮の映像信号のほか、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)に適合するデータや、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などのＬＡＮ規格に適合するデータなど圧縮映像信号を含む。また、「一般データ」とは、音声信号など、映像信号とは形式の異なるデータを言う一方、単に「信号」というときは映像信号および一般データを総称するものとする。

図１は本発明パケット多重伝送のシステムの一実施形態に係る映像伝送システムの構成例を示し、送信側であるパケット多重伝送装置Ｔと、受信側である受信装置Ｒとが伝送路Ｆを介して接続されている。

パケット多重伝送装置Ｔは、制御部１と、ｎ個（ｎは２以上の整数）の信号Ｓ−１〜Ｓ−ｎ（以下、そのいずれかを特定しない場合には枝番を削除し、「信号Ｓ」として参照する。他の信号についても同様）に対応して設けられたパケット生成部１１−１〜１１−ｎ（以下、そのいずれかを特定しない場合には枝番を削除し、「パケット生成部１１」として参照する。他の構成要素についても同様）と、パケットメモリ２１−１〜２１−ｎと、セレクタ部３０と、を含んでいる。パケット生成部１１−１〜１１−ｎは、カメラその他の機器から入力される信号Ｓ−１〜Ｓ−ｎを、制御部１によって設定されるパケット生成制御データＰＣＣ−１〜ＰＣＣ−ｎに基づいてパケット化する。当該パケット化されたデータ（以下、パケットデータ）ＰＫＴ−１〜ＰＫＴ−ｎは、書き込み制御信号ＷＣ−１〜ＷＣ−ｎに基づいてパケットメモリ２１−１〜２１−ｎに書き込まれる。パケットメモリ２１−１〜２１−ｎは、それぞれ制御部１に対し自身の状態をステータス信号ＳＴ−１〜ＳＴ−ｎによって通知する一方、制御部１から供給される読み出し制御信号ＲＣ−１〜ＲＣ−ｎに基づいて、パケットデータＰＫＴＭ−１〜ＰＫＴＭ−ｎをセレクタ部３０に出力する。セレクタ部３０は制御部１からの制御信号ＳＣに基づいてパケットデータＰＫＴＭ−１〜ＰＫＴＭ−ｎを多重し、例えば１芯の光ファイバケーブルとすることができる伝送路Ｆを介して伝送する。

受信装置Ｒは、制御部５１と、セレクタ部６０と、デパケット処理部７１−１〜７１−ｎと、デパケットメモリ８１−１〜８１−ｎと、を含んでいる。制御部５１は、伝送されてくる多重データに含まれるパケット情報に基づいてセレクタ部６０を制御する。セレクタ部６０は多重されたパケットデータＰＫＴ−１〜ＰＫＴ−ｎを個々に分離し、デパケット処理部７１−１〜７１−ｎに供給する。デパケット処理部７１−１〜７１−ｎはデパケット化処理を行い、デパケットメモリ８１−１〜８１−ｎに書き込む。従って、デパケットメモリ８１−１〜８１−ｎに書き込まれたデータを適宜読み出すことで、信号Ｓ１〜Ｓｎが復元される。

ここで、パケット多重伝送装置Ｔがｎ＝６個の信号Ｓ−１〜Ｓ−６の入力に対応して構成されるものとする。そして、それらの信号のうち、例えば信号Ｓ−１〜Ｓ−４がＨＤ−ＳＤＩに適合し、且つ外部同期されている映像信号であるとする。また、信号Ｓ−５がＨＤ−ＳＤＩに適合し、且つ外部同期されていない映像信号、信号Ｓ−６が形式の異なるその他の信号（音声信号など）であって、外部同期されない信号であるとする。つまり、外部同期された信号Ｓ−１〜Ｓ−４は受信装置Ｒの受像装置（モニタＭ；図５参照）において切り替えまたは合成表示されることが望まれる、一組の映像信号であるとする。

この場合、パケット生成部１１−１〜１１−ｎ（＝１１−６）は、パケット生成制御データＰＣＣ−１〜ＰＣＣ−ｎ（＝ＰＣＣ−６）に基づいて信号Ｓ−１〜Ｓ−６をパケット化する。その際、切り替えまたは合成表示されることが望まれるために外部同期されている映像信号Ｓ−１〜Ｓ−４については、システム内の共通の基準タイミングパルス（システムクロック）を利用し、パケット生成制御データＰＣＣ−１〜ＰＣＣ−４に基づいて、パケット生成部１１−１〜１１−４がパケット化処理を開始する時刻およびそこからの期間を適切に設定し、パケット長、パケット出力の順番および多重の順番を固定することで、映像信号Ｓ−１〜Ｓ−４のパケット生成間隔を固定しつつ、連続して多重できるようにする。これにより、パケットデータＰＫＴ−１〜ＰＫＴ−４の生成処理期間と、多重処理の順番および伝送遅延時間を固定しつつ、低減することが可能となる。なお、この意味において、受信側において切り替えまたは合成表示されることが望まれるために外部同期されている映像信号およびその一組を、以下では「伝送遅延時間固定信号」および「伝送遅延時間固定信号群」と称する。

図２を用いて伝送遅延時間固定信号群に対するパケット多重処理の動作を説明すると、まずパケット生成部１１−１〜１１−４では、パケットＰＫＴ−１〜ＰＫＴ−４の生成処理周期が互いにずらされ、且つ固定化されて、パケットメモリ２１−１〜２１−４への書き込みが行われる。これにより、セレクタ部３０により選択および読み出しが行われるまでのパケットメモリ２１−１〜２１−４の出力待ち時間も固定化され、実質的にゼロとすることができる。さらに、セレクタ部３０からのパケットＳ−１〜Ｓ−４の出力順を固定した状態で多重伝送を実現できるので、受信装置Ｒへの伝送後、デパケットメモリ８１−１〜８１−４に対する特定量のパケットデータの書き込み完了までの時間が変動しない。つまり、デパケットメモリ８１−１〜８１−４のそれぞれには、４回に１回、必ず決まった周期での書き込みが行われる。その結果、順番がずれることを考慮してメモリ容量を増大させる必要がなく、また、伝送遅延時間固定信号Ｓ−１〜Ｓ−４の伝送遅延時間変動を問題とならない範囲内とすることができるので、同期位相が揃った状態で伝送遅延時間固定信号の切り替え処理や合成処理を行うことができる。

（比較例の説明）
外部同期されていない信号が入力されるパケット生成部Ｓ−５，Ｓ−６は、自身の信号のサンプリングクロックを用いて個別にパケット生成動作を行い、パケットメモリ２１−５，２１−６に書き込みを行う。しかし映像クロックの周波数は、規格化された範囲内にあっても厳密には一致していないのが一般的である。サンプリングクロックの発生に用いる水晶発振器には製造上のばらつきがあり、また環境条件（温度など）によっても周波数のばらつきが生じるからである。その結果、送信側で伝送遅延時間が不定となるが、これは受信装置側で映像信号の切り替え処理や合成処理することを前提としない場合には問題とならない。

しかしながら、上述したように、受信装置側で映像信号の切り替え処理や合成処理することを企図して外部同期されている一組の映像信号のパケット化および多重を行う場合に、伝送遅延時間が映像信号毎に不定となると、受信側の映像同期位相が揃わなくなる問題が生じる。つまり、伝送遅延時間を固定せずに多重伝送された複数の映像信号Ｓ−１〜Ｓ−４を欠落することなく復元するためには、受信側のデパケットメモリ８１−１〜８１−４にオーバーフロー／アンダーフローを発生させないことが必要であり、そのために各デパケットメモリに対する特定量のパケットデータの書き込み完了条件が成立することにより読み出しを開始する手法を採用することが考えられる。しかし各デパケットメモリに対する特定量のパケットデータの書き込み完了までの時間が一定でないので、読み出し制御開始時刻が変動する。その結果、映像信号が個別に表示または録画される場合には問題はないが、同期位相が揃わなくなるので、切り替え処理や合成処理を行うと映像の位置ずれや映像の乱れが発生するのである。

図３は、特許文献１に開示された技術を利用した、比較例に係る映像伝送システムの構成例を示す。この比較例は、映像信号Ｓ−１〜Ｓ−４は外部同期されている信号であるが、伝送遅延時間が固定されない例である。

図３に示した構成を用いてかかる問題に対処するために、映像信号Ｓ−１〜Ｓ−４の信号源すなわち各カメラで外部同期信号に対する出力位相を調整し、好ましい状態とすることは可能である。すなわち、映像信号Ｓ−１、Ｓ−２、Ｓ−３およびＳ−４の順番で多重する目的で、ＧＥＮＬＯＣＫなどの外部同期信号に対する調整を施し、図４の時点（ｉ）に示すようなパケット生成出力、メモリ出力およびセレクタ出力を得ることは可能である。しかしそのような調整はその時点での伝送遅延時間に対して行われるので、その効果は継続性のあるものではなく、例えばある日に調整を施して送信装置すなわちパケット多重伝送装置Ｔを使用し、夜間に電源をオフとし、翌日の使用に際して電源をオンとしたような場合、伝送遅延時間が固定されていないために、パケット生成部１１−１’〜１１−４’の各々からのパケット発生タイミングは相互に一致しなくなることがある。すると、パケット生成順が互いに前後してしまうので、パケットメモリ２１−１’〜２１−４’の出力待ち時間が発生し、これは変動し得るものとなる。そのため、セレクタ部３０’により選択および読み出しが行われるまでのパケットメモリ２１−１’〜２１−４’の出力待ち時間が変動するので、時点（ｉｉ）や（ｉｉｉ）に示すように、多重伝送は実現できるものの順番が変動することになる。その結果、受信装置Ｒへの伝送後、デパケットメモリ８１−１〜８１−４に対する特定量のパケットデータの書き込み完了までの時間が変動してしまう。

ここで、図５に示すように、２台のカメラＡ，Ｂで同じ球体を撮影し、それぞれの映像信号ＳＡ，ＳＢをパケット多重伝送装置Ｔでパケット化および多重し、受信装置Ｒで多重分離し、さらにスイッチャーＳＷを介してカメラＡの映像信号とカメラＢの映像信号とを左右半分ずつ映像モニタＭの画面に合成する場合を考える。カメラＡ，Ｂの調整設定を行うことによって伝送遅延時間変動が問題とならない範囲内に収まっていれば、モニタＭの画面上に合成された球体の左右のずれは生じない。しかし調整がその時点での伝送遅延時間に基づいて実施される以上、伝送遅延時間が変化するとモニタ画面上での球体の左右のずれが再び生じ得る。すると、例えば前日の準備時に調整設定を行ったとしても、翌日の使用時には伝送遅延時間が変動し、調整設定の効果が保証されないために、モニタＭの画面上に合成された球体の左右のずれが生じ得るのである。

（パケット生成部の詳細）
本実施形態は、パケット多重の対象となる信号の種類（映像信号，音声信号など）や形式（ＳＤＩ，ＵＡＲＴなど）に拘らず、また、パケット多重の対象とする複数の信号に伝送遅延時間固定信号群が含まれているか否かに拘らず、対応が可能である。さらに、伝送遅延時間固定を行うか否かは各信号に対して個々に行うことができるように構成される。すなわち本実施形態は、パケット生成制御データＰＣＣ−１〜ＰＣＣ−ｎによる設定を適切に行うことで、伝送の対象とする複数の信号に対してフレキシブルなパケット多重を可能とするものである。以下、そのためにパケット多重伝送装置Ｔに適用される構成の詳細を説明する。

図６はパケット生成部の構成例を示すブロック図である。図７はパケット生成部に配設されるパケット生成回路の構成例を示すブロック図である。また、図８（ａ）は図７のパケット生成回路に配設されるデータ変換処理部の構成例、図８（ｂ）は比較例に係るデータ変換処理部の構成例をそれぞれ示すブロック図である。なお、図６および図７に示される構成は、パケット生成部１１−１〜１１−ｎのいずれにも採用される。

本実施形態において、１つのパケットはヘッダとパケット本体とで構成される。ヘッダは、パケット化する信号の種類のほか、その信号が伝送遅延時間固定信号であるか否か等を識別する情報などを載せるパケットの先頭部分である。パケット本体は、信号Ｓに対応した一連の有効データを載せる部分と、それに付加される無効データ部分とで構成される。以下、有効データおよび無効データをパケット本体に載せる処理をペイロード生成処理と称し、そのうち特に無効データで余剰部分を埋める処理をスタッフィング処理と称する。つまり、ペイロード生成処理期間は、有効データの生成処理期間とスタッフィング処理期間とで構成される。無効データを付加する理由は、一連の有効データを確実にパケット本体に載せるためには余裕を持たせたパケット本体長とすることが必要であり、そのために生じる余剰部分を埋めるためである。伝送遅延時間固定信号ではない信号については、当該信号のデータをパケット本体に載せた際にパケット本体長に端数が生じる場合に、それを埋め合わせるべくスタッフィング処理が行われる。すなわち、伝送遅延時間固定信号とそうでない信号とでは、スタッフィング処理の意味合いが異なる。

図６において、パケット生成制御パルス発生回路１００には、制御部１から各種パラメータを設定する信号ＶＰＳおよび基準タイミングパルスＲＴＰが入力される。各種パラメータには、伝送遅延時間固定信号に対して行うペイロード処理期間を規定するパラメータなどが含まれる。具体的には、制御部１から供給される基準タイミングパルスＲＴＰに同期して、後述するタイムアウトパラメータＴＯＰとともにペイロード生成処理期間を規定する条件となる、ペイロード生成処理開始を指示する制御パルスＣＰを発生する。クロック変換用のＦＩＦＯ型メモリ１４０に対しては、カメラなどの映像機器自身の映像クロックに同期したタイミングで、信号Ｓに含まれる映像データが書き込まれる。一方、ＦＩＦＯ型メモリ１４０に対しては、システムクロックに同期したデータ読み出し信号Ｒがパケット生成回路１２０から供給されることで、映像データＤの読み出しが行われ、パケット生成回路１２０に転送される。

図７はパケット生成回路１２０の構成例を示し、パケット生成制御パルス発生回路１００からのパケット生成制御パルスＣＰ、ＦＩＦＯ型メモリ１４０から読み出したデータＤ、および制御部１からの付加情報データ、データ量パラメータＤＡＰ、タイムアウトパラメータＴＯＰおよびその他の各種パラメータなどを含むパケット生成制御データＰＣＣが入力される。パケット生成回路１２０は、付加情報生成部１２１、ヘッダ生成部１２３、データ変換処理部１３０および組み立て処理部１２７を有する。

付加情報生成部１２１は、付加情報データに基づいて付加情報を生成し、これをヘッダ生成部１２３に供給してパケットのヘッダを生成させる。付加情報とは、パケット化の対象としている信号が伝送遅延時間固定信号であるか否か、および、そうであれば生成されたパケットの、伝送遅延時間固定信号間における出力および多重の順番を示す識別子などのデータである。本実施形態では、伝送遅延時間固定信号であれば、当該順番に対応して「１」以上の自然数がヘッダに設定され、伝送遅延時間固定信号でなければ「０」に設定される。すなわち、図１の例でいえば、信号Ｓ−１〜Ｓ−４に対しては「１」〜「４」の数値が割り当てられる一方、信号Ｓ−５，Ｓ−６に対してはいずれも「０」が割り当てられる。ヘッダは、組み立て処理部１２７により、次に述べるデータ変換処理部１３０によって生成されるパケット本体の先頭に組み合わされ、当該組み合わせによってパケットが完成し、次段のパケットメモリ２１に出力される。データ変換処理部１３０は、ペイロード生成処理期間中、データ読み出し制御信号Ｒをシステムクロックに同期してＦＩＦＯ型メモリ１４０に供給することで、ＦＩＦＯ型メモリ１４０からのデータ読み出しが行われる。

図８（ａ）はデータ変換処理部１３０の主要部の構成例を示し、タイムアウト条件算出部１３１と、データ量算出部１３３と、ＯＲ回路１３５と、ペイロード生成処理部１３７とを有する。タイムアウト条件算出部１３１は、パケット生成制御パルス発生回路１００から出力されるパケット生成制御パルスＣＰによって指示されるペイロード生成処理開始時点と、制御部１から供給されるタイムアウトパラメータＴＯＰからのペイロード生成処理期間を規定するタイムアウトパラメータＴＯＰとに基づいて、伝送遅延時間固定信号に対する有効データ生成処理を終了する時点を示すタイムアウト条件を算出し、タイムアウト信号ＴＯを出力する。データ量算出部１３３は、ＦＩＦＯ型メモリ１４０から読み出されるデータ量を算出し、制御部１から供給されるデータ量パラメータに基づいて指示されるデータ量に達したことを示す信号ＤＡを出力する。これらの信号はＯＲ回路１３５に入力され、そのＯＲ出力によって有効データ生成処理が打ち切られる。つまり、伝送遅延時間固定信号に対しては、データ量がデータ量パラメータＤＡＰによって指示される値に達していなくても、ペイロード生成処理部１３７はタイムアウト条件が満たされれば有効データ生成処理を打ち切り、規定のペイロードの余剰分をスタッフィング処理する。

以上のように、本実施形態では、伝送遅延時間固定信号に対するパケット化をそれぞれの映像信号の映像クロックに依存して行うのではなく、共通のシステムクロックにより各パケット生成部の動作を規定しつつ、各信号について固定した個別のタイムアウトパラメータが設定されるようにした。これにより、図９に示すように、例えば映像信号Ｓ−１およびＳ−２について、映像クロックの周波数のばらつきがあっても、すなわち信号Ｓ−１の映像クロック周波数ｆ１＜信号Ｓ−２の映像クロック周波数ｆ２であっても、ＦＩＦＯ型メモリ１４０をオーバーフローさせることなくペイロード生成処理期間の大きさおよびパケット生成周期が一定となる。

これに対し、図８（ｂ）の比較例に示すようにタイムアウト条件算出部１３１を持たず、パケットに納まり得る最大のペイロードのデータが溜まった時点でデータ量算出部１３３により信号ＤＡを出力する構成では、図１０に示すように、映像信号Ｓ−１およびＳ−２についての有効データ生成に必要なデータ入力が完了する時刻が、両信号の映像クロックの周波数のばらつきによって一致しなくなる。すると、パケット生成周期が不一致となり、伝送遅延時間の変動が生じるために、図４および図５について説明したような問題が生じるのである。

しかし伝送遅延時間固定信号でない信号に対しては、このような動作が行われても問題はない。本実施形態に係る図８（ａ）の構成は、伝送遅延時間固定信号であると否とに拘らず共用できる点に特徴がある。すなわち、パケット生成制御パルスＣＰおよびタイムアウトパラメータＴＯＰが供給されなければタイムアウト条件算出部はタイムアウト信号ＴＯを出力せず、ペイロード生成処理部１３７に対してはデータ量算出部１３３からの信号ＤＡのみが有効となるからである。

また、本実施形態によれば、図１１に示すように、各伝送遅延時間固定信号（例えば映像信号Ｓ−１およびＳ−２のそれぞれ）についてパケット生成制御パルスＣＰに適切な位相関係を持たせることにより、図７のパケット本体ＰＫＴＢひいては最終的なパケットＰＫＴの出力位相を時間的にずらすことが容易にでき、その結果、伝送遅延時間の固定化と低減化との双方を同時に実現できる。

なお、本実施形態では、パケット生成制御パルス発生回路１００から指示されるペイロード生成処理開始時点と、制御部１から供給されるペイロード生成処理期間を規定するタイムアウトパラメータＴＯＰとに基づいてタイムアウト条件を算出するようにした。しかし、タイムアウト条件はペイロード生成処理の開始時点と終了時点とを直接制御部１から指示するようにして決定されてもよい。

（適切なタイムアウト値の決定方法の例）
上述のように、タイムアウトパラメータとは、パケット生成制御パルスＣＰにより指定されるペイロード生成処理開始からの期間を規定し、有効データの生成処理期間を時間条件で打ち切り、残りのペイロード部分をスタッフィング処理するためのパラメータ値である。従って、必要十分なスタッフィング生成処理期間が確保されるよう、適切にタイムアウトパラメータが決定されていることが強く望ましい。そのために、本発明者は次の条件に留意した。すなわち、
・条件１：各伝送遅延時間固定信号の映像クロック周波数にばらつきがあっても、ＦＩＦＯ型メモリ１４０のオーバーフローを来たさずに有効データを順次ペイロードに載せきれること、および
・条件２：映像クロック周波数のばらつきにより増減するスタッフィング処理が次のパケット生成制御パルスＣＰの到着より先に完了すること、
である。そして、伝送遅延時間固定信号の映像クロック周波数の最大値における映像データ量が条件１に、伝送遅延時間固定信号の映像クロック周波数変動の最小値におけるスタッフ処理時間が条件２に相当することになる。

ここで、条件１を満たすためには、伝送遅延時間固定信号の映像クロック周波数の最大値における映像データの１秒当たりのデータ量（以下、ビットレートという）をＢｉｎ＿ｍａｘ、タイムアウト時点までのペイロード生成処理可能なビットレートをＢｏｕｔとすると、
Ｂｏｕｔ＞Ｂｉｎ＿ｍａｘ （式１）
が必要である。

また、条件２を満たすためには、パケット生成制御パルスの周期Ｔｃｐ、タイムアウト時点をＴｔｏ、スタッフィング処理時間をＴｓ＿ｍａｘとすると、
Ｔｃｐ＞Ｔｔｏ＋Ｔｓ＿ｍａｘ （式２）
が必要となる。

よって、式１および式２の双方を満足する値が適切なタイムアウト値となるので、これに基づいてタイムアウトパラメータを設定すればよい。

そしてそのように適切に設定したタイムアウトパラメータを用いることで、図12に示すように有効データ生成を打ち切るスタフィング処理期間があっても、一時的にＦＩＦＯ型メモリ内のデータ量は一時的に増加するだけで、これは次の有効データ生成時に処理されるので、信号Ｓのデータは欠落することなく伝送することができるようになる。

（伝送遅延固定の有効／無効）
以上の説明から明らかなように、本実施形態は、伝送遅延時間固定信号でない信号に対しては「０」を設定し、伝送遅延時間固定信号に対しては「１以上ｎ以下」の数値を設定するとともにペイロード生成処理期間を設定することで、各信号に対し固定の有無を含めて伝送遅延時間を個別に設定することができるようにした。これは、本実施形態に係るパケット多重伝送装置が、伝送対象となる信号の種類（映像信号，音声信号など）や形式（ＳＤＩ，ＵＡＲＴなど）によらず、また、パケット多重の対象とする複数の信号に伝送遅延時間固定信号群が含まれているか否かによらず、いずれにも共用可能な構成を有していることを意味する。すなわち、外部同期されている映像信号であっても、切り替え処理や合成処理が不要であれば、または伝送効率の優先が望まれるのであれば、付加情報に「０」を設定し、且つペイロード生成処理期間を適切に設定することで、伝送遅延時間固定機能をオフとすることができる。また、映像信号だけでなく、一般データについても上記設定を行うことで、伝送遅延時間固定機能のオン／オフを設定することができる。

なお、これらの設定処理は、図６に示したような、制御部１に接続されるパーソナルコンピュータＰＣで稼動するアプリケーションプログラムを用いて行うことができる。その処理は、例えば、まず信号Ｓを発生する機器の接続状態および信号種類等を、パケットメモリのステータス信号ＳＴを介して認識し、ユーザが各信号に対して設定する内容の入力を受容し、パケット生成部１１に対しパケット生成制御データＰＣＣを介して設定内容の書き込みを行うようにすればよい。あるいは、パケット多重伝送装置Ｔまたはその制御部１自体がユーザの設定入力を受け付けるコンソールなどを有している場合には、制御部の動作としてこれらの処理を行うようにしてもよい。

（パケットの多重および伝送）
図７に示したように、データ変換処理部１３０によってペイロード生成期間に生成されたパケット本体部の先頭には、組み立て処理部１２７によってヘッダが組み合わされ、パケットとしてパケットメモリ２１に出力および展開される。パケットは制御部１からの読み出し制御信号ＲＣ１〜ＲＣｎに従ってセレクタ３０に供給され、セレクタ３０によって多重され、伝送路Ｆを介して受信装置に送出される。多重に際し、セレクタ３０は、パケットのヘッダにおける付加情報を識別し、伝送遅延時間固定信号に対応したパケットであれば、すなわち「１」以上の数値が付加されたパケットであれば、設定された順番に従って連続して多重し、伝送されるようにする。一方、伝送遅延時間固定信号に対応したパケットでなければ、例えば一連の遅延固定パケットの伝送終了後に伝送を行うようにすることができる。

以下、パケット多重および伝送の詳細例を説明する。なお、以下の説明において、伝送遅延時間固定信号に対応して生成されたパケットを遅延固定パケットと称し、伝送遅延時間固定信号以外の信号、すなわち伝送遅延を固定化する必要のない一般データや圧縮映像データに対応して生成されたパケットをフリーパケットと称する。遅延固定パケットは、上述のように、固定されたパケット本体長を有しているために固定長であり、且つヘッダの付加情報として記載される識別子に従った順番にて一定周期で生成される。多重ないしは受信装置Ｒへの送出の順番もこの識別子に従って定めること、すなわち遅延固定パケットの生成順と多重ないしは送出順とを等しくすることができるが、これに限定されるものではない。

遅延固定パケットは、受信装置Ｒへの送出タイミングを規定する固定周期パルスに従って等間隔の周期で送出される。この等間隔の周期はシステムクロックに従って生成され、以下ではシーケンスと称する。ここで、伝送路Ｆが１０Ｇｂｐｓの伝送速度に対応したものであり、遅延固定パケットが１．５Ｇｂｐｓである場合、図１３（ａ）に示すように遅延固定パケット毎の固定周期パルスの位相を適切に均等にずらすことで、同図（ｂ）に示すように１シーケンスに最大６個の遅延固定パケットＦＤＰ１〜ＦＤＰ６を時間的に重なることのないスロット（以下、遅延固定スロットという）に割り付けて多重することができるとともに、遅延固定パケットの多重化後に余剰分となる１Ｇｂｐｓ（＝１０Ｇｂｐｓ−１．５Ｇｂｐｓ×６）をフリースロットとしてフリーパケットに割り当てることができる。

図１４は、このような多重および伝送を行う多重化部として機能するセレクタの構成例を示す。セレクタ３０は、パケットメモリ２１−１〜２１−ｎからの出力ＰＫＴＭ−１〜ＰＫＴＭ−ｎに対応して遅延固定パケット／フリーパケットを分離する分離部３１−１〜３１−ｎを有する。この分離は、ヘッダに載せられた付加情報に含まれる識別子、すなわち伝送遅延時間固定信号であるか否か、および、そうであれば生成されたパケットの伝送遅延時間固定信号間における出力および多重の順番を示しているデータに基づいて行われる。すなわち、フリーパケットと遅延固定パケットとを仕分けるために、識別子に記載された数値を利用することができる。遅延固定パケット／フリーパケット分離部３１−１〜３１−ｎのそれぞれには遅延固定パケットバッファ３２Ｄ−１〜３２Ｄ−ｎおよびフリーパケットバッファ３２Ｆ−１〜３２Ｆ−ｎが接続され、識別に応じていずれかのバッファにパケットが格納される。

固定周期パルス・フリースロット生成部３３は、基準タイミングパルス（システムクロック）ＲＴＰに基づき、固定周期パルスを生成して遅延固定パケット読み出し制御部３５に供給するとともに、１シーケンスにおいて余剰分となるフリースロットの期間を示す信号を生成してフリーパケット読み出し制御部３７に供給する。

遅延固定パケット読み出し制御部３５は、固定周期パルスに同期して、遅延固定パケットの多重順に対応した遅延固定スロット番号を指定するデータを含む制御信号を遅延固定パケットバッファ３２Ｄ−１〜３２Ｄ−ｎに供給する。そして、遅延固定パケットバッファ３２Ｄ−１〜３２Ｄ−ｎは、指定された遅延固定スロット番号が入力されたときに、格納していた遅延固定パケットを出力する。一方、フリーパケット読み出し制御部３７は、フリースロットの期間を示す信号に基づき、フリーパケットの先着順にフリーパケットバッファ３２Ｆ−１〜３２Ｆ−ｎにフリーパケットの出力を指示する。遅延固定パケットバッファ３２Ｄ−１〜３２Ｄ−ｎから読み出された遅延固定パケットおよびフリーパケットはＯＲ回路３９を介して伝送路Ｆに送出される。図１５（ａ）に示すように、本例では６個の遅延固定パケットは指定された多重順にて連続して読み出され、その後にフリーパケットが１シーケンスの余剰分に割り付けられるように読み出されるので、ＯＲ回路３９からは遅延固定パケットＦＤＰ１〜ＦＤＰ６およびフリーパケットがこの順で出力され、伝送路Ｆに送出される。

以上のようにしてパケット化および多重されてパケット多重伝送装置Ｔから出力される遅延固定パケットを受信装置Ｒで受信した場合、受信装置Ｒはパケット化時における基準タイミングパルスの位相を再現する必要があるが、その場合は最初に到着した遅延固定パケットのタイミングを基準タイミングパルスとして再現できる。

本実施形態では、遅延固定パケットは前述のように決められたタイミングで生成され、生成順にタイムスロット番号が割り当てられるので、遅延固定パケット同士の順序を入れ替える必要は生じない。従って、遅延固定パケットはタイムスロット番号にかかわらず同一の経路を介して送出することができる。セレクタ３０は基準タイミングパルス（システムクロック）に同期して動作するため、パケットメモリから入力された遅延固定パケットは遅延固定パケット用経路を通り、ほとんど待たされることなく出力されることになる。一方、フリーパケットは、遅延固定パケットと仕分けられて異なる経路を通り、遅延固定パケットが送出されている期間は、経路中のバッファに蓄積されたままフリースロット期間の開始を待つ。フリースロット期間が開始されると、図１５（ａ）に示すようにバッファされていたフリーパケットが送出される。フリーパケットは、バッファ３７Ｆ−１〜３７Ｆ−ｎへの到着が早いものから順に、先着順で送出される。

このように、本実施形態では、遅延固定パケットとフリーパケットとを多重するのに好適なパケット多重回路を含むセレクタ３０を構成している。すなわち、遅延固定パケットの多重順を管理しながら、フリーパケットとも多重し、多種データの多重伝送を実現している。しかし伝送遅延時間の固定を考慮しない通常のパケットのみを多重することも可能であり、この場合は例えば全パケットのヘッダの識別子に「０」を書き込んでおけばよい。

また、本実施形態では、遅延固定パケットとフリーパケットとの多重が可能となるが、遅延固定パケットの数が１シーケンスに納め得る最大値未満（上述の例では６未満）であれば、図１５（ｂ）に示すように、識別子または遅延固定スロット番号の最大値（同図の例では４）を判別して、空いた遅延固定スロットをフリースロットに割り当てることで、フリーパケットをより多く多重できる。

ここで、フリースロット期間が終了となる際、フリーパケットがフリースロット期間からはみ出すと、図１６に示すように、次のシーケンスに位置する遅延固定スロットと時間的に重複し、パケットを正しく送出できなくなることがあり得る。これを防止するためには、フリースロット期間の残りの期間に現在多重対象としているパケットが納まるか否かを判別し、納まる場合のみ送出を許可するとともに、納まらなかったフリーパケットは次のシーケンスのフリースロット期間が開始されるまで送出を待つ制御を行うよう、フリーパケット読み出し制御部３７を構成すればよい。また、フリーパケットのパケット長が長いほど、残りのフリースロット期間に納まらない可能性が高くなるので、その分の期間はデータを載せられない無駄な時間となってしまう。その場合には、フリーパケットを短く設定するか、フリーパケットを固定長としフリースロット期間をフリーパケットの整数倍にするなどの調整を行えばよい。
（その他）
なお、本発明は、以上の実施形態および随所に述べた変形例に限られることなく、適宜の修正および変更などが可能である。

例えば、伝送遅延時間固定信号であるか否か、またそうであればパケット化ないしは多重順を示すべく識別子に書き込まれる数値は適宜定め得るものであり、また数値であることは必須ではない。

また、上述の実施形態では、１シーケンスにおいて一連の遅延固定スロットの後にフリースロットが割り付けられるものとしたが、識別子より遅延固定スロットの数は既知であり、従って１シーケンスにおけるフリースロット期間は予め認識可能なものであるので、フリースロット期間の後に遅延固定スロット群が割り付けられるようにしてもよい。

さらに、上述の実施形態では、ともに切換え・合成されることが望まれる伝送遅延時間固定信号群が一組である場合について例示したが、これは二組以上あってもよい。その場合も１シーケンスにおける多重ないしは送出順は適宜定めることができ、例えば第１の伝送遅延時間固定信号群に対応した第１の遅延固定スロット群、フリースロット、および第２の伝送遅延時間固定信号群に対応した第２の遅延固定スロット群の順に多重および送出の順番を定めることができる。

１ 制御部
１１−１〜１１−ｎ、１１−１’〜１１−ｎ’ パケット生成部
２１−１〜２１−ｎ、２１−１’〜２１−ｎ’ パケットメモリ
３０、３０’ セレクタ
５１ 制御部
６０ セレクタ
７１−１〜７１−ｎ デパケット処理部
８１−１ ８１−ｎ デパケットメモリ
１００ パケット生成制御パルス発生回路
１２０ パケット生成回路
１２１ 付加情報生成部
１２３ ヘッダ生成部
１２７ 組み立て処理部
１３０ データ変換処理部
１３１ タイムアウト条件算出部
１３３ データ量算出部
１３５ ＯＲ回路
１３７ パケット本体生成処理部
１４０ ＦＩＦＯ型メモリ
Ｔ パケット多重伝送装置
Ｒ 受信装置
Ｓ−１〜Ｓ−ｎ 信号
ＰＣＣ−１〜ＰＣＣ−ｎ パケット生成制御データ
ＰＫＴ−１〜ＰＫＴ−ｎ パケットデータ
ＰＫＴＭ−１〜ＰＫＴＭ−ｎ パケットメモリ出力
３１−１〜３１−ｎ 遅延固定パケット／フリーパケット分離部
３２Ｄ−１〜３２Ｄ−ｎ 遅延固定パケットバッファ
３２Ｆ−１〜３２Ｆ−ｎ フリーパケットバッファ
３３ 固定周期パルス・フリースロット生成部
３５ 遅延固定パケット読み出し制御部
３５ フリーパケット読み出し制御部

Claims (10)

1. 複数の信号をパケット化および多重して伝送するパケット多重伝送装置であって、
   前記複数の信号に含まれる少なくとも一組の信号については、そのそれぞれを、生成周期をずらし且つ固定して、順番にパケット化するパケット生成部と、
   該パケット生成部によって生成された前記一組の信号に対応する一組のパケットを固定した順番で多重し、且つそれぞれの伝送遅延時間を固定して連続的に伝送する多重化部と、
   を具え、
   該多重化部は、前記伝送遅延時間がそれぞれ固定される前記一組のパケットが一定の周期で伝送されるようにするとともに、前記一組の信号以外の信号のパケットである、伝送遅延時間を固定しないパケットが前記一組のパケットの伝送期間と重ならずに伝送されるようにすることを特徴とするパケット多重伝送装置。
2. 前記一定の周期は前記伝送路の伝送速度に対応して決定され、前記多重化部は、当該周期において前記一組のパケットが連続して伝送される期間の余剰の期間に、前記伝送遅延時間が固定されないパケットが伝送されるように制御することを特徴とする請求項１に記載のパケット多重伝送装置。
3. 前記多重化部は、前記伝送遅延時間が固定されるパケットと前記伝送遅延時間が固定されないパケットとを分離する分離部と、当該分離された前記伝送遅延時間が固定されるパケットおよび固定されないパケットを個別に格納する複数のバッファと、前記伝送にあたり、前記伝送遅延時間の固定の要否に基づいて前記複数のバッファからの読み出しを制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のパケット多重伝送装置。
4. 前記パケットには、前記信号が前記一組の信号に含まれるか否か、および、含まれる場合にはパケット化の順番を示す情報が付加されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパケット多重伝送装置。
5. 前記複数の信号のそれぞれに対して前記情報が設定可能であり、前記パケット生成部は、当該設定された情報に前記順番を示す情報が含まれる場合にはそれに従って前記少なくとも一組の信号のパケット化を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のパケット多重伝送装置。
6. 前記多重化部も、前記順番を示す情報に従って多重を行うことを特徴とする請求項５に記載のパケット多重伝送装置。
7. 前記一組の信号は、外部同期信号によって互いに同期され、前記多重化部から伝送路を介してデータを受信する受信装置の受像機において切り替えまたは合成表示される一組の映像信号であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のパケット多重伝送装置。
8. 前記一組のパケットは、前記情報を載せるヘッダと、パケット化する信号に対応した有効データおよびそれに付加される無効データ部分を含むパケット本体とが設けられた、互いに等しいパケット長を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のパケット多重伝送装置。
9. 複数の信号をパケット化および多重して伝送するパケット多重伝送方法であって、
   前記複数の信号に含まれる少なくとも一組の信号については、そのそれぞれを、生成周期をずらし且つ固定して、順番にパケット化するパケット生成工程と、
   該パケット生成工程によって生成された前記一組の信号に対応する一組のパケットを固定した順番で多重し、且つそれぞれの伝送遅延時間を固定して連続的に伝送する多重化工程と、
   を具え、
   該多重化工程では、前記伝送遅延時間がそれぞれ固定される前記一組のパケットが一定の周期で伝送されるようにするとともに、前記一組の信号以外の信号のパケットである、伝送遅延時間を固定しないパケットが前記一組のパケットの伝送期間と重ならずに伝送されるようにすることを特徴とするパケット多重伝送装置。
10. 請求項１ないし８のいずれかに記載のパケット多重伝送装置と、
    前記多重化部から伝送されるパケットから前記複数の信号を復元する受信装置と、
    を供えたことを特徴とするパケット多重伝送システム。