JP2024505547A - ビデオ配信のための適応型ビデオスルーレート - Google Patents

Abstract

分散アクセスアーキテクチャでのリモートデバイスにおけるデジッタバッファのスルーレートを適応的に調整するためのシステム及び方法。スルーレートは、経時的なバッファのフルネス状態の測定値に基づいて調整され得る。測定値は、データがバッファに入るレートに対してバッファを離れるレートの間の周波数オフセット値を計算するために使用され、及び／又はバッファの現在の作動深度を計算するために使用され得る。適応スルーレート調整は、周波数オフセット値及び／又は現在の作動深度に基づいてもよい。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年２月１日に出願された米国仮特許出願番号第６３／１４４，３６７号の利益を主張する。

本願の主題は、一般に、ハイブリッドＣＡＴＶネットワークの分散型アクセスアーキテクチャ（ＤＡＡ）を使用したビデオコンテンツの配信に関し、より詳細には、ケーブルモデム終端システムの機能を、コアと、リモートＰＨＹデバイス又はリモートＭＡＣＰＨＹデバイスなどのリモートデバイスであり、かつ、コアに対して同期したリモートデバイスと、の間にわたって分散させるアーキテクチャに関する。

ケーブルテレビジョン（ＣＡＴＶ）ネットワークは、元々は、専用のＲＦ伝送システムを使用して長距離にわたって加入者に対してコンテンツを配信していたが、現在のＣＡＴＶ伝送システムは、ＲＦ伝送経路の多くをより効率的な光ネットワークによって置き換えることで、ケーブルコンテンツが同軸ケーブル上でＲＦ信号として終端するもののコンテンツ提供者と加入者との間における大部分の距離にわたって光信号を使用して伝送されるハイブリッド伝送システムを構築した。具体的には、ＣＡＴＶネットワークは、コンテンツ提供者のところに、コンテンツの多くのチャネルを表す信号を受信するための、そして、それら信号を多重化するための、更に、光ファイバネットワークに沿って、加入者グループに対してそれぞれ近接した１つ以上のノードに対してそれら信号を分配するための、ヘッドエンドを含む。その後、ノードは、受信した光信号を多重化解除することで、ＲＦ信号へと変換し、これにより、視聴者が受信し得るものとする。ヘッドエンド内における、加入者に対してビデオチャネルを提供するシステムは、典型的には、ＨＦＣネットワーク上へと出力される前に結合されて多重化されることとなる異なる周波数帯域で動作する複数のＥｄｇｅＱＡＭユニットを含む。

従来のＨＦＣアーキテクチャは、ビデオ、ケーブルインターネット、ボイスオーバーインターネットプロトコルなどのような高速データサービスをケーブル加入者に提供するために使用される、ケーブルモデム終端処理システム（ＣＭＴＳ）を有するヘッドエンドを備える。典型的には、ＣＭＴＳは、イーサネット（登録商標）インターフェース（又は、他の従来の高速データインターフェース）と、ＲＦインターフェースと、の両方を含むこととなり、これにより、インターネットから来るトラフィックは、イーサネット（登録商標）インターフェースを通して、ＣＭＴＳを通して、次いでケーブル会社のハイブリッドファイバ同軸（ＨＦＣ）システムに対して接続された光ＲＦインターフェース上へと、ルーティング（又は、ブリッジ）することができる。ダウンストリームトラフィックは、ＣＭＴＳから加入者宅のケーブルモデムへと配信され、他方、アップストリームトラフィックは、加入者宅のケーブルモデムからＣＭＴＳへと戻るように配信される。多くの現在のＨＦＣ ＣＡＴＶシステムは、コンバージドケーブルアクセスプラットフォーム（ＣＣＡＰ）と称される単一のプラットフォームにおいて、ＣＭＴＳの機能を、ビデオ配信システムと組み合わせてきた。

これらの従来のＨＦＣアーキテクチャでは、ビデオはビデオエッジＱＡＭ（ＶＥＱ）によってＲＦネットワーク上に変調される。ＶＥＱは、様々なソース（ユニキャスト／マルチキャスト）から、インターネットプロトコル（ＩＰ）カプセル化された単一の及びマルチプログラムトランスポートストリーム（ＳＰＴＳ及びＭＰＴＳ）を受信し、ネットワークイングレスストリームから任意のジッタを除去した後、ＶＥＱの１つ以上のポートを介して、これらのストリームをＱＡＭチャネルに静的又は動的にマッピングし、プログラム識別子（ＰＩＤ）を再マッピングし、必要な個々のＳＰＴＳを単一のＭＰＴＳに多重化する。ＶＥＱは、また、ビデオのエレメンタリストリーム（ＥＳ）のローカル暗号化を実行してもよい。ＩＳＯ １３８１８－１に従ってＱＡＭチャネルにＭＰＴＳストリームを配信するには、各ＳＰＴＳ内でエンコードされたイングレスプログラムクロック参照（ＰＣＲ）値をＶＥＱが回復し、全てのストリームが同じ時間ベースで配信されるように、それをＶＥＱの内部２７ＭＨｚクロックで再スタンプする必要がある。

ネットワークが拡大し、それに応じてヘッドエンドが機器でますます混み合うようになるにつれて、多くのコンテンツ提供者は、近年、分散型アーキテクチャを使用することにより、ＣＭＴＳ／ＣＣＡＰの機能をネットワーク全体に広げてきている。この分散型アーキテクチャは、ケーブルのデータ及びビデオ信号を可能な限りデジタル形式で保持し、ＣＭＴＳ／ＣＣＡＰを超えてネットワークの深部にまでデジタル信号を拡張してから、デジタル信号をＲＦへと変換する。このことは、ヘッドエンドとアクセスネットワークとの間におけるアナログリンクを、デジタルファイバ（イーサネット（登録商標）／ＰＯＮ）接続によって置き換えることによって、行われる。

このような分散型アーキテクチャの１つは、リモートＰＨＹ（Ｒ－ＰＨＹ）分散型アクセスアーキテクチャであり、これは、従来のＣＭＴＳ又はＣＣＡＰ（ＶＥＱを含む）の物理層（ＰＨＹ）を、ネットワークのファイバノードに対して物理層を押し込むことにより、再配置するものである。このように、ＣＭＴＳ／ＣＣＡＰ内のコアが、上位層の処理を実行する一方で、ノード内のＲ－ＰＨＹデバイスは、コアが送信したダウンストリームビデオデータパケットを、無線周波数で伝送されるようデジタルからアナログへと変換するとともに、ケーブルモデムが送信したアップストリームＲＦデータを、コアに対して光学的に伝送されるようアナログからデジタル形式へと変換する。別の分散型アクセスアーキテクチャは、リモートＭＡＣ ＰＨＹ（Ｒ－ＭＡＣＰＨＹ）であり、このＲ－ＭＡＣＰＨＹは、従来のＣＭＴＳの物理層をネットワーク内へと押し込むだけでなく、輸送ストリームのデータリンク層を構成する２つの層の１つをなすメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層の機能を、リモートＭＡＣＰＨＹデバイス（ＲＭＤ）と称されるネットワーク内の１つ以上のノードに対して割り当てることも行う。

したがって、ＤＡＡアーキテクチャでは、ＲＭＤ及びＲＰＤなどのリモートビデオ対応デバイスであり、完全に形成されたＭＰＴＳストリームを変調するＶＥＱをＲＦネットワークに含む。この配置の１つの利点は、ＲＭＤ／ＲＰＤデバイスが、一般的に、ヘッドエンドに位置する従来のビデオエッジＱＡＭよりも低電力であり、より低い計算及びメモリリソースを必要とすることである。ヘッドエンドに位置するＶＥＱと同様に、ＲＰＤ／ＲＭＤに位置するＶＥＱは、ヘッドエンドから受信するＩＰカプセル化された完全に形成されたＭＰＴＳビデオストリームを１つ以上のＱＡＭチャネル（チャネル当たり１ストリーム）にマッピング及び変調し、プロセスのネットワークジッタを除去しなければならない。ただし、ヘッドエンドにおけるＶＥＱに対する違いは、リモートデバイスにおけるＶＥＱが、完全カプセル化されたＭＰＴＳストリームのみを受信することであり、このため様々なＳＰＴＳコンテンツを多重化する必要がないことである。

また、ＤＡＡアーキテクチャにおいては、ＣＭＴＳ／ＣＣＡＰの機能が、ヘッドエンドのコアとネットワーク全体の様々なＰＨＹデバイス又はＭＡＣＰＨＹデバイスとの間で分割されると、ネットワーク全体を通して通信される再構成済みビデオデータのタイミングを正確に保存するために、プロトコルが確立されなければならない。したがって、リモートデバイスは、すでに一緒に同期されたＭＰＴＳビデオデータしか受信しないにもかかわらず、リモートデバイスは、データを受信するクロックレートと、データを出力するクロックレートとの間のいかなる差異も考慮しなければならない。例えば、ＤＡＡリモートデバイスは、ＣＣＡＰコアと同じ時間ベースに同期されない場合があり（非同期動作）、又はＣＣＡＰコアとリモートデバイスが共通クロックに同期されている場合（同期動作）でも、ＣＣＡＰコアとリモートデバイスはタイミングロックを失う可能性がある。

したがって、分散型アクセスアーキテクチャで伝送されるビデオデータに関連したタイミング情報を正確に保存するための、改良されたシステム及び改良された方法が要望されている。

本発明をより良く理解するために、またどのように本発明が実施され得るかを示すために、ここで、一例として、以下の添付図面を参照する。

ＭＰＴＳトランスポートストリームをパッケージ化し、下流ノードに送信する、ビデオＥＱＡＭユニットを有する例示的な従来のＨＦＣアーキテクチャを示す。 パケット化されたＩＰデータをリモート物理デバイス（ＲＰＤ）に送信するビデオ／ＣＣＡＰコアを含む、例示的な分散アクセスアーキテクチャを示す。 図２のビデオ／ＣＣＡＰコアがビデオデータをＲＰＤに同期モードで伝送する例示的なシステムを示す。 図２のビデオ／ＣＣＡＰコアがビデオデータをＲＰＤに非同期モードで伝送する例示的なシステムを示す。 図３Ｂの非同期システムからのビデオデータ出力がバッファオーバーフローを回避しながら、適切に同期されることを確実にするために適応周波数スルーレートを使用する第１の例示的な方法を示す。 図３Ｂの非同期システムからのビデオデータ出力がバッファオーバーフローを回避しながら、適切に同期されることを確実にするために適応周波数スルーレートを使用する第２の例示を示す。 本明細書に開示される適応周波数スルーレートを使用した結果を示す。 本明細書に開示される適応周波数スルーレートを使用した結果を示す。

前述したように、ビデオＥＱＡＭ（ＶＥＱ）デバイスは、ビデオの多数のチャネルを受信し、ＶＥＱが受信する複数の異なるチャネルを組み合わせたＲＦ変調（すなわち、ＱＡＭ又は直交振幅変調）信号を出力するために使用される。図１は、例えば、図に示す加入者の施設として加入者の機器２４にコンテンツを配信するヘッドエンド１４を、ケーブルモデムとしてＨＦＣネットワーク１２が含む従来のアーキテクチャ１０を示すが、当業者であれば、加入者の機器は、セットトップボックス、ゲートウェイ、無線電話、コンピュータなどを含むことができることを理解するであろう。

ＨＦＣネットワーク１２は、ヘッドエンド１４、複数のハブ２０を含み、各ハブ、複数のノード２２、及びケーブルモデムなどの複数の加入者機器２４と関連付けられる。ヘッドエンド１４は、典型的には、ケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）１３及び複数のビデオＥＱＡＭユニット１６を含む。ノード２２の各々は、１つ以上の対応するアクセスポイントを有し、各加入者は、ケーブルモデムとして図１に示す１つ以上の対応するネットワーク要素２４を有してもよい。

また前述したように、これらの従来のＨＦＣアーキテクチャ１０では、ビデオは、ＶＥＱ１６によってＲＦネットワーク上に変調され、ＶＥＱ１６は、コンテンツ配信ネットワーク２６を介して、様々なソース（コンテンツプロバイダなど）から、インターネットプロトコル（ＩＰ）カプセル化された単一の及びマルチプログラムトランスポートストリーム（ＳＰＴＳ及びＭＰＴＳ）を受信する。コンテンツ配信ネットワークは、典型的には、パケット化されたＩＰデータが１つのアドレスから別のアドレスにルーティングされ、受信されたパケットに予測不可能な可変遅延を示し得るスイッチングネットワークである。したがって、ＶＥＱ１６は、ビデオデータを複数のＱＡＭチャネルにマッピング及び変調する前に、ネットワークイングレスストリームからこのジッタを除去することが好ましい。また、前述のように、ＩＳＯ １３８１８－１に従ってＱＡＭチャネルにＭＰＴＳストリームを配信するには、各ＳＰＴＳ内でエンコードされたイングレスプログラムクロック参照（ＰＣＲ）値をＶＥＱが回復し、全てのストリームが同じ時間ベースで配信されるように、ＶＥＱの内部の２７ＭＨｚクロックで再スタンプする必要がある。

図２は、ＶＥＱの機能がノードに移動される代替分散型アクセスアーキテクチャ（ＤＡＡ）を示す。具体的には、図２は、ビデオ／ＣＣＡＰコア５４がデータをリモート物理デバイス（ＲＰＤ）５６に送信する、ｎのリモート物理アーキテクチャ（Ｒ－ＰＨＹ）５０として知られているものを示し、これは次に、セットトップボックス、ケーブルモデムなどの１つ以上の消費者施設機器（ＣＰＥ）デバイス１８に接続される。Ｒ－ＰＨＹアーキテクチャを図２に示すが、本明細書の記載は、例えば、Ｒ－ＭＡＣＰＨＹアーキテクチャなどの他のＤＡＡアーキテクチャに等しく適用可能であることが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、タイミンググランドマスタデバイス５２は、ビデオ／ＣＣＡＰコア５４及びＲＰＤ５６の両方にタイミング情報を提供するために利用可能であってもよい。具体的には、タイミンググランドマスタ５２は、ＣＣＡＰコア５４におけるスレーブクロック６２に接続された第１のマスタポート６０ａと、ＲＰＤ５６におけるスレーブクロック６４に対して接続された第２のマスタポート６０ｂと、を有しているが、代替的には、ＣＣＡＰコア５４及びＲＰＤ５６のそれぞれのスレーブクロックが、両方とも、タイミンググランドマスタデバイス５２における単一のマスタポートに接続されてもよい。ＣＣＡＰコア５４は、１つ以上のスイッチ６６を介してタイミンググランドマスタ５２に対して接続されてもよく、他方、ＲＰＤ５６は、１つ以上のスイッチ６８を介してタイミンググランドマスタ５２に対して接続されてもよい。図２は、タイミンググランドマスタ５２に対して接続されたただ１つのＲＰＤ５６を示しているが、多数のそのようなＲＰＤが、同時にグランドマスタ５２に対して接続されてもよく、その場合、各ＲＰＤは、グランドマスタクロック５２内のポート６０ｂからタイミング情報を受信するスレーブクロック６４を有している。

図２のアーキテクチャは、ビデオ／ＣＣＡＰコア５４をＲＰＤ５６に同期させることができる共通のグランドマスタデバイス５２を示すが、図２のアーキテクチャは、グランドマスタデバイス５２が共通のタイミング情報をコア５４／ＲＰＤ５６に送信しない、非同期で動作するように構成されてもよい。例えば、ビデオ／ＣＣＡＰコア５４がＩＥＥＥ１５８８タイミングプロトコルをサポートしない場合、又はＲＰＤ５６が、ＲＰＤ及び／又はコアがタイミンググランドマスタへの接続を失う場合、ホールドオーバー周期に対してより強靭であることが望まれる場合、ＲＰＤ５６は非同期で動作するよう構成されてもよい。更に、Ｒ－ＭＡＣＰＨＹシステムでは、無線バックホールなどの他のサービスがＩＥＥＥ １５８８サービスを要求する場合、又はビデオコア５４のオシレータが低品質であり、外部タイミングソースを必要とする場合、ＲＭＳストリームが同期モードに切り替えられ得るが、ＤＯＣＳＩＳサービスが必要としないため、ＲＭＤは通常、１５８８８タイミングに対する必要性を排除するために、デフォルトによって非同期モードに設定され得る。したがって、図２に示すシステムは、ビデオコンテンツを処理するために、同期モード又は非同期モードのいずれかで動作するよう構成されてもよく、ビデオ／ＣＣＡＰコア５４及びＲＰＤ（ＲＭＤ）５５はそれぞれ、好ましくは、どちらかのモードで動作可能なハードウェアを含み、ビデオコア自体による構成を可能にし、ビデオチャネルをセットアップする際にこれらのモードのうちのいずれかに代替的に下流デバイスを接続するソフトウェアを含む。

同期（ｓｙｎｃ）モードでは、ＲＰＤ（又はＲＭＤ）と、そのビデオコアとは、同じ基準クロックに対して、時間的に同期している。この同期モードでは、ＲＰＤは、レイヤー２トンネリングプロトコルｖ．３（Ｌ２ＴＰｖ３）のシーケンス番号モニタリングを使用して、失われたビデオパケットを検出するとともに、各欠落パケットに対してＭＰＥＧヌルパケットを挿入することだけが必要である。図３Ａは、例えば、ビデオコア１０２が共通のグランドマスタタイミングサーバ１０６を使用して同期モードでＲＰＤ１０４に対して通信している第１の構成１００におけるシステムを示している。タイミングサーバ１０６は、ビデオコア１０２におけるクロック１０８とＲＰＤ１０４におけるクロック１１０との両方に対して、同一のタイミングロック（すなわち、周波数及び位相）を維持している。ビデオコア１０２は、Ｌ２ＴＰｖ３を使用してダウンストリーム外部ＰＨＹインターフェース（ＤＥＰＩ）を介してＲＰＤ１０４に対してビデオデータパケットを転送するビデオストリーマ１１２を有している。ビデオコア１０２からＲＰＤ１０４へと送信されたビデオパケットは、典型的には、プログラム識別子（ＰＩＤｓ）、プログラムクロックリファレンス（ＰＣＲ）データ、等の、パケット化されたエレメンタリビデオトランスポートストリームを復号するのに必要な全ての情報を、含むこととなる。

ＲＰＤ１１０は、次に、処理デバイス１１４のデジッタバッファ１１６において、ビデオコア１０８から送信されたビデオパケットを受信する。デジッタバッファ１１６は、受信したパケットデータの異なる経路に起因する、又はビデオコアとＲＰＤとの間におけるネットワーク遅延を変動させる他のソースに起因する、ネットワークジッタを除去するレートで、パケットデータを受信して出力する。ビデオストリーマ１１２が送信したいくつかのパケットが、ＲＰＤ１０４に対する輸送時に失われたり又は誤配置されたりし得ることのために、デジッタバッファ１１６から出力されたパケットは、好ましくは、同期モードの場合に伝送されたビデオの適切なタイミングレートを維持するようそれら失われたパケットを考慮してデータストリーム内にヌルパケットを挿入するモジュール１１８へと、転送されてもよい。ヌルパケットが適宜に挿入された状態での輸送ストリームは、その後、ＰＨＹデバイス１２０へと転送され、このＰＨＹデバイス１２０は、セットトップボックスなどの顧客構内機器が予想するフォーマットでＱＡＭ変調済みデータを出力することによるエンドユーザに対してのダウンストリーム配信のために、パケット化されたエレメンタリストリームを、復号済みビデオフレームからなるシーケンスへと、復号してもよい。代替的には、ＰＨＹデバイスは、コンピュータ、タブレット、携帯電話、等のユーザ機器による復号のために、パケット化されたデータを復号することなく、例えばケーブルモデムに対して、パケット化されたデータを転送するだけでもよい。

同期モードでは、ＲＰＤ１０４及びそのビデオコア１０２は同じ基準クロックに同期されなければならないため、イングレスＭＰＴＳ内に含まれるＰＣＲクロックの周波数は、リモートデバイス上のローカルクロックの周波数と一致する。したがって、イングレスストリームとエグレスストリームとの間のＲＰＤ上に周波数オフセットはなく、前述のように、ＲＰＤ１０４は、伝送されるビデオデータに適切なタイミング情報を維持するため、ネットワークジッタを除去し、Ｌ２ＴＰｖ３シーケンス番号監視を使用して失われたビデオパケットを検出し、欠落パケットごとにＭＰＥＧ ＮＵＬＬパケットを挿入する必要がある。

代替的に、ＲＰＤ及びビデオコアは、非同期（ａｓｙｎｃ）モードで動作するよう構成されてもよい。非同期モードでは、ＲＰＤ１０４と、そのビデオコア１０２とは、同じ基準クロックに対して、時間的に同期していない。その代わりに、ＲＰＤ１０４は、自身のクロック１１０とビデオコア１０２のクロック１０８との間の差を検出する必要があるとともに、予想されるＭＰＥＧビットレートを維持するために必要に応じてＭＰＥＧパケットを挿入したり除去したりすることが可能である必要があり、更に、ＭＰＥＧパケットの除去／挿入に基づくＭＰＥＧ ＰＣＲ値を調整する必要がある。

図３Ｂは、例えば、代わりに非同期モードで動作するように構成された図２のハードウェアを示している。この構成１０１では、ビデオコア１０２のクロック１０８と、ＲＰＤ１０４のクロック１１０とは、同期しておらず、そのため、互いに対してドリフトする可能性がある。ビデオコア１０２のビデオストリーマ１１２は、パケット化されたビデオデータエレメンタリストリームのパケットを、ＲＰＤ１０４へと転送し、ＲＰＤ１０４は、この場合にも、デジッタバッファ１１６内にデータを受信するとともに、上述したように、ネットワークジッタを除去する。しかしながら、図２の構成とは異なり、デジッタバッファ１１６から出力されたパケットは、デジッタバッファ１１６から受信したデータのビットレートを適正にかつ一定に維持するよう、必要に応じてヌルパケットを追加することと、必要に応じてパケットをドロップすることと、の両方を行うモジュール１１８へと、転送される。

更に、ＲＰＤ及びそのビデオコアは、同じ基準クロックに間に合うように同期されないため、イングレスＭＰＴＳ内のＰＣＲの周波数は、ローカルＲＰＤクロックの周波数からオフセットされる。したがって、同期モードで実行されるものと共通の上述の機能を実行するだけでなく、ＲＰＤは、ビデオコアからの周波数オフセットの大きさを検出し、それを修正しなければならない。このため、必要に応じてパケットが追加／ドロップされた後に、ＰＣＲモジュール１１９は、ＭＰＥＧパケットの除去／挿入に基づいて更新されたＰＣＲによってデータパケットを再スタンプし、その後、再スタンプされたパケットを、ＰＨＹデバイス１２０へと転送する。

非同期モードでのもう１つの考慮事項は、デジッタバッファのサイズ制限である。イングレス周波数とエグレス周波数との間にはオフセットが存在するため、ジッタバッファは、周波数差のサインに応じてオーバーフロー／空になりやすい。したがって、バッファがオーバーフロー又は空になることを防止するためのシステム及び方法を採用しなければならない。後続の開示は、その限られたメモリ（バッファ）サイズを考慮に入れつつ、同時に処理されるビデオデータの正確な同期を維持しながら、非同期モードの動作においてこの周波数オフセットを検出及び修正する、新しい方法を開示している。

すでに述べたように、ネットワークジッタは、図３Ｂに示す「デジッタ」バッファ１１６を用いることによって除去される。このデジッタバッファ１１６は、ＭＰＴＳストリーム配信が開始されると、最初にその中間点まで充填されることが好ましい。デジッタは通常、十分に長い間隔にわたって遅延を平均するローパスフィルタを使用して達成されるので、デジッタバッファ１１６は、アンダーフロー又はオーバーフローすることなく、イングレスストリーム上のジッタによって引き起こされるバッファ深度の変動を吸収するのに十分な大きさであることが好ましい。

イングレスＰＣＲとローカルＲＰＤクロック（すなわち、エグレスレート）との間の周波数差は、ローパスフィルタリング後のデジッタバッファ深度のドリフトとして現れる。これにより、周波数オフセットによって引き起こされるキュー深度のドリフトレートが生成される。このドリフトレートは、イングレスＰＣＲとローカルクロックとの間の周波数オフセットに正比例する。具体的には、イングレス周波数Ｆｉは、イングレスビットレートＢｉに正比例し、

かつ出力周波数Ｆｏは、エグレスビットレートＢｏに直接比例し、

ここで、イングレス周波数とエグレス周波数との間の差は、無次元百万分率（ＰＰＭ）周波数オフセットという観点から表される。

デジッタバッファ占有率の増加／減少を停止するには、ＲＰＤは、イングレス周波数に一致するように、そのエグレス周波数をスルーしなければならない。ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８－１は、この周波数スルーレートの最大値を校正する。したがって、Ｈｚで測定されるシステムクロック周波数の値は、以下の制約を満たすべきであり、かつ満たすであろう。
２７ ０００ ０００－８１０＜＝システムクロック周波数＜＝２７ ０００ ０００＋８１０
時間によるシステムクロック周波数の変化レート＜＝７５×１０－３Ｈｚ／秒

ハードウェアベースのビデオエンジンの一般的な周波数オフセットは＋／－５ｐｐｍである。しかしながら、タイミングが標準水晶振動子ベースのオシレータによって与えられるソフトウェアベースのビデオエンジンの場合、この精度はそれよりも実質的に低い可能性が高い。ＩＳＯ１３８１８－１仕様は、２７ＭＨｚクロック上で＋／－８１０Ｈｚの精度を可能にし、これは３０ｐｐｍオフセットと同等である。ビデオコア１０２が、３０ｐｐｍの周波数オフセットで、ＲＰＤのクロックオフセットが５ｐｐｍであるＭＰＴＳを、反対方向に非同期で配信する場合、相対周波数オフセットは３５ｐｐｍである。

この周波数オフセットに対して補正が行われなかった場合、バッファのオーバーラン／アンダーラン条件をヒットするのにかかる時間は、ＲＰＤデバイスのデジッタバッファのサイズに依存する。デジッタバッファの利用可能な作動深度は、以下によって求められ、
Ｑｌｅｎ／２－Ｊｍａｘ、ここでＪｍａｘは最大ジッタであり、
したがって、周波数補正が適用されない場合、デジッタバッファの時間オーバーフロー／アンダーフローは、以下よって求められ、

かつ式１からの代入によって求められる

本明細書に記載するシステム及び方法は、デジッタバッファがオーバーフロー／アンダーフローすることを防止する十分な高いレートで、イングレス周波数のそれと一致するようにエグレス周波数をスルーすることが好ましく、７５ｍＨｚ／Ｓの限界に可能な限り近いレートでそれを行うが、バッファサイズが限定されている場合、実際の周波数スルーレートは、この限界を超える必要がある場合がある。

前述したように、ＶＥＱは一般的に、イングレスストリームのＰＣＲクロックを回復し、そのクロックとローカルのＶＥＱ ２７ＭＨｚクロックとの間の任意の周波数オフセットを補正するために必要なスルーを適用し、この補正されたクロックでＶＥＱから出力されたＰＣＲを再スタンプする。ＰＣＲを再スタンピングする代替策は、周波数オフセットを補償する各ＰＣＲに累積オフセットを適用することである場合がある。この累積ＰＣＲオフセットが、単一のトランスポートストリームパケット（ＴＳＰ）の伝送時間を超える場合、ＴＳＰは、エグレスＭＰＴＳストリームに追加／除去することができ、ＰＣＲオフセット値は、この伝送時間までに、ゼロに向けて戻るように調整することができる。

適用される周波数オフセットは、進入及び退出のＭＰＴＳビットレートが等しくなる、すなわち同期されるまで、経時的に変化し得ることが好ましい。ＰＣＲオフセットのこの初期変化レートは、エグレスストリーム上に見られる観察された周波数スルーに比例する。ＭＰＴＳ ＰＣＲクロックを回復して再スタンプするためのＲＰＤ／ＲＭＤの必要性を回避し、大きな計算及びメモリオーバーヘッドを有益に除去する。

適用される周波数スルーレートは、ｐｐｍ周波数オフセットの推定に依存する。前述のように、周波数オフセットは、デジッタバッファ占有率の変化レート、すなわち、式１である。したがって、高周波ネットワークジッタが平均化され得る短い設定期間の後、デジッタバッファ占有率の変化レートを計算し、それによって現在のｐｐｍ周波数オフセットの近似を与えることができる。本明細書に開示する好ましいシステム及び方法によれば、この周波数オフセットは、バッファオーバーラン／アンダーランをもたらさない方法で、経時的に減少／除去され得る。より具体的には、本明細書に記載の好ましい実施形態は、適応周波数スルーレート調整を用い、これは、デジッタバッファの測定された状態に基づいて、経時的に周波数スルーを変化させることを意味する。いくつかの実施形態では、デジッタバッファの測定された状態は、現在の周波数オフセットを示してもよく、これは、経時的なスルーの変化の基礎であってもよい。別の方法として、又は追加的に、デジッタバッファの測定された状態は、残りの利用可能なバッファ占有率に基づいてもよい。

図４を参照すると、第１の実施形態は、ステップ１５２で、デジッタバッファ１１６に入る入力データとデジッタバッファ１１６を離れる出力データとの間の初期、又は現在の周波数オフセットを決定する、方法１５０を含んでもよい。周波数オフセットは、例えば、ある間隔でデジッタバッファ１１６のフルネス状態を測定し、その間隔でローパスフィルタを適用して、デジッタバッファの深度のドリフトを決定することによって、決定され得る。好ましい実施形態では、グリフトを使用して、ｐｐｍで測定された現在の周波数オフセット値を決定してもよい。

ステップ１５４では、決定された初期又は現在の周波数オフセットを使用して、複数の所定のスカラースルーレート値から選択される。一実施例として、所定のスルーレートは、複数の周波数オフセット範囲の各々と関連付けられてもよく、例えば、測定された周波数オフセットが１０ｐｐｍ以下である場合、１つのスルーレートが適用されてもよく、測定された周波数オフセットが１０ｐｐｍ超であるが３５ｐｐｍ以下である場合、別のスルーレートが適用されてもよく、更に、測定された周波数オフセットが３５ｐｐｍ超である場合、第３のスルーレートが選択されてもよい。当業者であれば、これらの範囲の各々に対する他のスルーレート値が使用されてもよく、より多数の範囲が様々な実施形態で使用され得ることを理解するであろう。好ましくは、各範囲に対して予め選択されたスルーレートは、周波数スルーレートが十分に高く、その結果、デジッタバッファのオーバーラン／アンダーランイベントが発生する前に周波数オフセットが補正されることを保証するために、事前に計算される。

ステップ１５６で、選択された周波数スルーレートが適用され、ある期間が経過した後、手順がステップ１５２に戻り、その結果、前の繰り返しと比較して減少するであろう周波数オフセットの別の測定が行われ、それによって、周波数オフセットが除去されるまで方法が継続され得る。

特に、デジッタバッファ深度の変化レートは、周波数オフセットが減少するにつれて低下するため、初期周波数スルーレートは、バッファ占有率に対してより劇的な効果を有する。周波数オフセットがゼロに近づくと、選択されたスルーレートは、より少ない効果を有することになる。したがって、周波数オフセット補正が比較的遅いプロセス（すなわち、大きなｐｐｍの周波数オフセットに対しては、場合により＞６０分）であるため、周波数スルーの定期的な更新を相対的に低いレートで実施することができる。

デジッタバッファ１１６の深度の変化によって測定されるように、周波数オフセットに基づいて単にスルーレートを調整するのではなく、代替的な実装は、測定された周波数オフセット及びデジッタバッファの測定された残りの作動深度の両方に基づいてスルーレートを調整し得る。一部の特定の実施形態では、計算を使用して、測定された周波数オフセットの関数及びバッファの作動深度の測定された状態としてのスルーレートの段階的変化を決定してもよい。例えば、スルーレート（ｄＦ／ｄＴ）は、フローとしての分割測定周波数ドリフトに基づいてもよく、

値（Ｑ_ｌｅｎ／２－Ｊ_ｍａｘ）は、バッファの利用可能な作動深度を表し、Ｑ_ｌｅｎ／２は、バッファが完全にフルネス又は完全に空である時間平均（ジッタ除去）距離を表し、Ｊ_ｍａｘは、最大経験ジッタを表す。したがって、この式の適用は、測定された周波数オフセット及びバッファの測定された利用可能な作動深度に基づいて、所望の初期／更新スルーレートを生成することができる。

図５を参照すると、例えば、適応周波数スルーレートをデジッタバッファに適用するための別の実施形態は、ステップ１６２で、バッファ状態が、周波数オフセットによるバッファ内のドリフトを決定するためにネットワークジッタを平均化するのに十分な時間間隔にわたって測定される、方法１６０を使用し得る。

ステップ１６４で、ステップ１６２で取った測定値から、バッファに出入りするデータ間の測定された周波数オフセット、並びに一部の実施形態において、最大ジッタ量を反映する作動バッファ深度に対する値を計算する。ステップ１６６で、初期／更新されたスルーレートが決定される。いくつかの実施形態では、スルーレートは、上述の式４に基づいて決定されてもよい。ステップ１６８で、決定されたスルーレートが適用される。一定期間後、手順は次にステップ１６２に戻り、周波数オフセットが除去されるまで継続する。

図６Ａ及び６Ｂは、本明細書に記述されるシステム及び手順の結果を示す。これらの図は、開示されたシステム及び方法が、バッファのアンダーラン／オーバーランを防止するように迅速に調整し、同時に経時的なジッタバッファにわたる周波数オフセットを除去することを示す。

上述の適応周波数スループロセスが完了すると、エグレス周波数は、イングレス周波数のそれと一致する。これは、イングレス及びエグレスビットレートも合致することを意味し、それゆえ、デジッタバッファ１１６の深度に対するドリフトは除去される。しかしながら、デジッタバッファ１１６は、その中心点からオフセットされるが、デジッタリング関数の最適な性能のために、デジッタバッファは５０％のフルネス状態で維持されるべきである。

デジッタバッファ１１６を再センタリングするために、ＲＰＤ／ＲＭＤ１０４は、ＰＣＲ精度の許容公差を利用してＤＯＣＳＩＳティックを累積することができ、これにより、エグレスストリームへの／からのＴＳＰの追加／除去が促進される。ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８－１は、このＰＣＲ許容公差を、受信したＰＣＲで許容される最大不正確性として定義している。この不正確性は、ＰＣＲ値における不正確さ、又は再多重化中のＰＣＲ改変に起因し得る。ネットワークジッタやその他の原因によるパケット到着時間のエラーは含まれない。ＰＣＲ許容公差は＋／－５００ｎｓである。

ＰＩＤごとに、連続ＰＣＲに意図的な＋／－５００ｍＳの誤差を適用することは、ＰＣＲ値を＋／－１３．５ティック、すなわち（５００×１０^－９×２７×１０^６）ごとに調整することと同等である。この累積された値がＴＳＰ値当たりのＰＣＲティックを超えると（式３を参照）、パケットをエグレスストリームに追加／除去し、ＴＳＰ値当たりのＰＣＲティックによってＰＣＲ調整値を増加／減少させることができる。このプロセスを繰り返すことで、デジッタバッファを、ＩＳＯ １３８１８－１仕様に違反することなく、徐々に再センタリングすることができる。

前述の明細書は、ＤＡＡアーキテクチャ内で非同期モードで動作しているＲＰＤ／ＲＭＤ２０４の１つの実施形態が、ビデオデータの同期プレゼンテーションを維持する、より計算頻度の低い手段として、ビデオデータを自身のクロックからの時間値で修正するのではなく、着信ビデオにＰＣＲオフセットを適用できるシステム及び方法を説明した。しかしながら、当業者であれば、例えば、図１に示すように、前述した技術の全ては、ヘッドエンドのＶＥＱユニットによって適用できることを理解するであろう。

本発明は、記載されている特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、同等の教義、又はその文字通りの範囲を超えて法的強制力のある特許請求の範囲を拡大する任意の他の原則を含む、優越的法の原則に従って解釈されるように、変更がそれに行われ得ることが理解されるであろう。文脈がそうでないと示さない限り、要素の実例の数に対する特許請求の範囲の参照は、それが１つの実例への参照であろうと、又は複数の実例への参照であろうと、少なくとも要素の実例の所定の数を必要とするが、記載されているよりも多くのその要素の実例を有する特許請求の範囲の構造又は方法の範囲から除外することを意図するものではない。特許請求の範囲において使用される場合、用語「含む」又はその派生語は、特許請求される構造又は方法における他の要素又はステップの存在を除外することを意図するものではない非排他的な意味で使用される。

Claims (20)

1. パケット切替ネットワークを介してビデオコアからパケット化されたビデオデータを受信するリモートデバイスであって、前記デバイスが、
   非同期モードで動作するよう構成されたクロックと、
   前記ビデオデータを前記パケット切替ネットワークから受信し、かつ前記ビデオデータを、前記ビデオデータを下流方向に送信する前に前記ビデオデータを調整する少なくとも１つのモジュールに出力するデジッタバッファと、
   前記クロック及び前記デジッタバッファにスルーレート調整を適用する処理デバイスであって、前記スルーレート調整が、前記デジッタバッファの測定された状態に基づいて経時的に変化する、処理デバイスと、を備える、リモートデバイス。
2. ＲＰＤを含む、請求項１に記載のリモートデバイス。
3. ＲＭＤを含む、請求項１に記載のリモートデバイス。
4. 前記スルーレート調整が、経時的な前記デジッタバッファのフルネス状態を測定することによって決定される周波数オフセットに基づく、請求項１に記載のリモートデバイス。
5. 前記スルーレート調整が、前記デジッタバッファの測定された現在のフルネス状態に基づく、請求項４に記載のリモートデバイス。
6. 前記少なくとも１つのモジュールが、前記パケット切替ネットワークから受信した前記ビデオデータにおけるＰＣＲ値にオフセット値を適用する、請求項１に記載のリモートデバイス。
7. 前記オフセット値が累積されて、累積されたオフセット値が生成され、前記累積されたオフセット値が、パケットを選択的に追加及び／又は選択的にドロップするために使用される、請求項６に記載のリモートデバイス。
8. 前記累積されたオフセット値の大きさが、パケットが選択的にドロップ及び／又は追加されるたびに減少される、請求項７に記載のリモートデバイス。
9. 前記スルーレート調整が、経時的に繰り返し前記デジッタバッファのフルネス状態を測定することによって周波数オフセットを除去する、請求項１に記載のリモートデバイス。
10. 前記デジッタバッファが、前記周波数オフセットが除去された後、再センタリングされる、請求項９に記載のリモートデバイス。
11. パケット切替ネットワークを通してビデオコアから非同期で受信されたパケット化されたビデオデータに適用するタイミング値を決定するための方法であって、前記方法が、
    前記ビデオデータを、第１の時間ベースに従ってデジッタバッファで前記パケット切替ネットワークから受信し、かつ前記ビデオデータを下流方向に送信する前に、第２の時間ベース及び前記ビデオデータにタイミング情報を追加する少なくとも１つのモジュールに従って、前記デジッタバッファから前記ビデオデータを出力することと、
    ある間隔にわたって前記第１の時間ベースと前記第２の時間ベースとの間の差を低下させるようにスルーレート調整を適用することであって、前記スルーレート調整が、前記デジッタバッファの測定された状態に基づいて経時的に変化する、適用することと、を含む、方法。
12. ＲＰＤにおいて実装される、請求項１１に記載の方法。
13. ＲＭＤにおいて実装される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記スルーレート調整が、経時的な前記デジッタバッファのフルネス状態を測定することによって決定される周波数オフセットに基づく、請求項１１に記載の方法。
15. 前記スルーレート調整が、前記デジッタバッファの測定された現在のフルネス状態に基づく、請求項１４に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つのモジュールが、前記パケット切替ネットワークから受信した前記ビデオデータにおけるＰＣＲ値にオフセット値を適用する、請求項１１に記載の方法。
17. 前記オフセット値が累積されて、累積されたオフセット値が生成され、前記累積されたオフセット値が、パケットを選択的に追加及び／又は選択的にドロップするために使用される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記累積されたオフセット値の大きさが、パケットが選択的にドロップ及び／又は追加されるたびに減少される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記スルーレート調整が、経時的な前記デジッタバッファのフルネス状態を繰り返し測定することによって周波数オフセットを除去する、請求項１１に記載の方法。
20. 前記周波数オフセットが除去された後、前記デジッタバッファを再センタリングするステップを含む、請求項１９に記載の方法。