JP2950204B2 - 同期信号検出回路およびその検出方法 - Google Patents

同期信号検出回路およびその検出方法

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JP2950204B2
JP2950204B2 JP7180735A JP18073595A JP2950204B2 JP 2950204 B2 JP2950204 B2 JP 2950204B2 JP 7180735 A JP7180735 A JP 7180735A JP 18073595 A JP18073595 A JP 18073595A JP 2950204 B2 JP2950204 B2 JP 2950204B2
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英樹 坂本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はビットストリームから同
期信号を検出する回路およびその検出方法に関し、特
に、例えばISO/IEC 11172−3(以下「M
PEGオーディオ規格」という)に規定される方式に従
う圧縮音響信号のビットストリームから同期信号を検出
する装置に好適に適用される同期信号検出回路およびそ
の検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】音響信号の圧縮技術として、ISO/I
EC SC29/WG11に設置されたMPEG(Movi
ng Picture Experts Group)の中で動画像の符号化と並
行して標準化された通称MPEGオーディオ(標準番号
は「ISO/IEC 11172−3」)と呼ばれる方
式がある。これは音響信号を心理聴覚(Psychacoustic
s)特性に基づいて量子化ビット数を最適化し、高能率
の圧縮を実現するものである。
【0003】MPEGオーディオの圧縮音響信号は、音
響信号を圧縮符号化した符号列に、ビットレート等の情
報を符号化したビット列と同期信号とを付加したビット
ストリームの形で伝送される。
【0004】MPEGオーディオにおけるビットストリ
ームの同期信号は、“1”が12ビット連続してなる同
期パターンがビットストリームの先頭に配置されてい
る。
【0005】ところが、MPEGオーディオの規格で
は、同期信号以外の場所にも12ビット以上の“1”が
連続することを許している。このようなパターンは圧縮
音響信号(オーディオデータ)や、アンシラリデータ
(Ancillary Data:外部データ;オーディオデータが後
述するAAUの終わりに達しない場合の残りの部分をい
い、MPEGオーディオ以外の任意のデータを挿入する
ことができる)など、ビットストリーム中のいたる所に
存在しうる(すなわちヘッダ以外の部分には任意のビッ
ト・パターンが出現可能)。
【0006】このため、MPEGオーディオにおいて
は、同期パターンを検出するだけでは同期を確立するこ
とはできず、同期パターンが周期的に入来することを認
識してから同期を確立することが必要とされている。
【0007】図3に、MPEGオーディオのビットスト
リーム(1フレーム)及びヘッダの構成を示す。なお、
MPEGオーディオのビットストリームの1フレームを
AAU(Audio Access Unit;オーディオ復号単位)と
いい、単独で復号できる参照単位である。
【0008】図3を参照して、ヘッダは合計32ビット
とされ、このうち先頭の12ビットに同期パターン
(「同期ワード」ともいう)、その後にはビットストリ
ームの素性を示す種々の情報(ID、レイヤ指定、エラ
ー・チェックの有無を指定するプロテクションビット、
ビットレートインデックス、サンプリング周波数、ステ
レオ/モノラル、コピーライト表示等)が含まれてい
る。
【0009】MPEGオーディオビットストリームの1
フレームのビット数は、ビットレート、サンプリング周
波数、パディングの3つの値によって決まり、これらの
値はヘッダに含まれる。
【0010】例えば、ビットレートが192kbps
(ヘッダの第17ビットから第20ビットのビットフィ
ールドに配置される「ビットレートインデックス」が
“1010”)、サンプリング周波数が48kHz(ヘ
ッダの第21、第22ビットのビットフィールドが“0
1”)のときは、1フレームのビット数が4608ビッ
トと定められている。
【0011】同期パターンが周期的に入来することを確
認するためにはヘッダの情報からテーブル参照により1
フレーム当たりのビット数を求め、該ビット数ごとに同
期パターンが検出されることを確認すればよい。
【0012】図4は、このような従来の同期検出回路の
構成を示すブロック図である。
【0013】図4を参照して、ビットストリームとし
て、ビットストリームデータ50と、転送クロックであ
るビットストリームクロック51をそれぞれ供給する。
【0014】シフトレジスタ103は、ビットストリー
ムデータをビットストリームクロックの立ち上がりに同
期して取り込むとともにデータをシフトする32ビット
のシフトレジスタとして構成され、同期パターンを検出
するための12ビットのシフトレジスタ103−aと、
ヘッダの残り20ビットを検出するための20ビットの
シフトレジスタ103−bからなる。
【0015】論理積(AND)回路104は、シフトレ
ジスタ103−aの保持データが全ビットとも“1”の
ときに同期パターン検出信号線105として“1”を出
力する。
【0016】周期入来確認回路107は、同期パターン
検出信号105が周期的に入来することを確認する回路
である。周期入来確認回路107は、同期パターンが周
期的に入来することを確認すると同期確立信号108を
出力する。
【0017】音響信号処理回路109は、同期確立信号
108により同期化され、ビットストリームデータ50
の圧縮音響信号を伸張処理して音響信号110を出力す
る。
【0018】図5に、図4の周期入来確認回路107の
構成を示す。
【0019】図5を参照して、周期入来確認回路107
は、同期パターン検出信号105によってクリアされ、
ビットストリームクロック51をカウントするカウンタ
回路201と、ラッチ回路202に保持したヘッダ値
(シフトレジスタ103−bに格納されたヘッダの第1
3〜第32ビットの内容)をデコーダ203でデコード
して得られる1フレームのビット数とを比較器204で
比較し、これらが一致した場合には一致パルス205を
出力し、さらに一致パルス205と同時に再び同期パタ
ーン検出信号105が入来した場合、ANDゲート5−
bから同期確立信号108が出力されるように構成され
ている。
【0020】なお、RSフリップフロップ206は、同
期パターン検出信号105が入力された後最初の一致パ
ルス205が発生するまでの間に、入来する同期パター
ン検出信号105のカウンタ回路201への伝達を禁止
するためのものである。RSフリップロップ206は同
期パターン検出信号105が“1”(高レベル)から
“0”(低レベル)への立ち下がりエッジにてリセット
され、出力Qは“0”となり、出力Qと同期パターン検
出信号105を入力とするANDゲート5−aは“0”
を出力し、また比較器204から出力される一致パルス
205が“0”(低レベル)から“1”(高レベル)へ
の立ち上がりエッジでRSフリップロップ206がセッ
トされて出力Qは“1”となり、ANDゲート5−aは
同期パターン検出信号105を導通させてこれをカウン
タ回路201のクリア端子及びANDゲート5−bの入
力端に伝達する。
【0021】図6に、図5に示した周期入来確認回路の
各信号端子のタイミング波形を示す。
【0022】同期パターンが真の同期信号でない場合
(例えばアンシラリデータ中に12ビット連続して
“1”を検出した場合等)、ヘッダの第13〜第32ビ
ットを格納するシフトレジスタ103−bの出力データ
を保持するラッチ回路202の値は無意味な値となり
(ヘッダの所定のビットフィールドのデータを保持して
いない)、フレーム長とは異なる時間の後に、カウンタ
回路201と、ラッチ回路202のデコーダ203によ
るデコード値とが一致して比較器204から一致パルス
205が発生する。このとき同期パターンは検出されな
いために同期は確立しない。
【0023】同期パターンが真の同期信号である場合
は、同期パターン検出信号105の後、フレーム長と等
しい時間で一致パルス205が発生し、同時に次の同期
パターン検出信号105が入力されるので、同期確立信
号108が発生する。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の同期
検出回路では、同期を確立するまでの制御シーケンスは
次のようになっている。
【0025】(1)ビットストリームの中から12ビッ
トの連続した“1”(同期パターン)を検出する。
【0026】(2)上記シーケンス(1)で検出された
同期パターンから始まる32ビットをヘッダとして解釈
し、1フレームのビット数を求める。
【0027】(3)1回目の同期パターンの後、上記シ
ーケンス(2)で求めたビット数だけ後ろに再び同期パ
ターンが存在する場合には同期が確立したものと見な
し、そうでない場合には上記シーケンス(1)からやり
直す。
【0028】同期が確立するまでは音響信号の伸張(ex
pansion)処理は行われずデータは読み飛ばされる。す
なわち、上記シーケンス(3)で1フレーム分のデータ
を必ず読み飛ばすことになる。
【0029】したがって、1回目に検出した同期パター
ンが真の同期信号ではなく、再び上記シーケンス(1)
からやり直す場合、より多くのデータが読み飛ばされて
しまう。
【0030】しかも、上記シーケンス(3)で読み飛ば
される「1フレーム分」とは、真のヘッダではないデー
タに基づいて求められた数値である(ヘッダの所定のビ
ットフィールドに格納されるビットレートとサンプリン
グ周波数ではない情報からフレーム長が求められてい
る)から、真のフレーム長とは異なる値である。
【0031】この値が真のフレーム長より長い場合は、
1フレームより多くのデータが読み飛ばされてしまうこ
とになる。このことにより、同期が確立するまでの時間
が多くかかるとともに、データが読み飛ばされることに
よりビットストリームの冒頭部分の音響信号が失われて
しまう。
【0032】図7は、ビットストリームが読み飛ばされ
る様子を模式的に示した図である。
【0033】図7を参照して、A、B、C、D、Eの5
点に同期パターンが存在し、このうちA点のものが真の
同期信号でない場合(偽の同期信号)としてある。
【0034】A点において同期パターン(連続12ビッ
トが全て“1”)を検出すると、これに続く20ビット
をヘッダとして解釈してしまうため、真のフレーム長と
は異なる値が得られる。
【0035】すなわち、図7を参照して、A点にてフレ
ーム長として得られた値は、真のフレーム長より長く、
この場合、次に同期パターンを確認するのはF点となっ
ている。
【0036】そして、F点までのビットストリームは読
み飛ばされ、F点には同期パターンが存在しないので、
ここで同期パターン待ちの状態に戻る。
【0037】その後、D点で同期パターンを検出し、こ
れは真の同期信号であるから正常なヘッダが得られ、E
点までのデータを読み飛ばし、E点で再び同期パターン
を検出することにより同期が確立する。
【0038】このようにA点の同期パターンが真の同期
パターンでない場合、多くのデータが読み飛ばされてし
まう。
【0039】最初に検出する同期パターンが必ず同期信
号であれば、上記したような問題は生じない。
【0040】しかしながら、上述したように、MPEG
オーディオ規格では、同期パターンが同期信号以外に
も、ビットストリーム中のいたる所に存在するため、同
期を確立するまでに入来する同期パターンによっては多
くのデータが読み飛ばされてしまい、音響信号の冒頭部
分が失われるという問題が必ず生じる。
【0041】従って、本発明は、上記問題点を解消し、
MPEGオーディオビットストリームの同期検出におい
て、最初に検出する同期パターンが、真の同期信号であ
る確立を高め、音響信号の冒頭部分が失われることを防
ぐ同期信号検出回路および検出方法を提供することを目
的とする。
【0042】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、ビットストリーム中のフレーム内にある
同期パターンを検出する手段と、前記同期パターンと同
じフレーム内のビットレートインデックスを抽出する
と、ビットストリームクロックから前記ビットストリ
ームビットレートを実測する手段と、前記抽出したビ
ットレートインデックス値と前記実測したビットレート
値とを比較しこれらが一致した場合前記抽出したビット
レートインデックスのビットパターンが正しいことを検
出するビットレート一致検出手段と、前記同期パターン
を検出し、かつ、前記ビットレート一致検出手段より一
致検出がなされた時に同期パターンを検出した旨を出力
する手段と、を有することを特徴とする同期信号検出回
路を提供する。
【0043】本発明は、好ましくは、前記同期パターン
検出手段が、前記ビットストリームの入来に応動し、前
記ビットストリームの各ビットを順次格納するシフトレ
ジスタと、前記シフトレジスタの格納値が所定のビット
パターンである場合同期パターンであるものと判定する
手段と、を有することを特徴とする。
【0044】また、本発明は、好ましくは、前記ビット
レートを測する手段が、所定の単位時間幅の励動信号
を発生するタイマ手段と、前記励動信号により励動さ
れ、前記ビットストリームクロックを計数する計数手段
と、を有することを特徴とする。
【0045】そして、本発明は、(a)ビットストリー
ム中のフレーム内から同期パターンを検出するステップ
(b)単位時間当たりにビットストリームが入来す
るビット数を測定するステップと(c)前記同期パタ
ーンと同じフレーム内からビットレートインデックスを
抽出するステップと(d)前記測定したビット数と前
記抽出したビットレートインデックス値との一致を検出
するステップと(e)前記同期パターンを検出し、か
つ、前記ステップ(d)により一致を検出した時に同期
パターンを検出したことを出力するステップとを含む
ことを特徴とする同期信号の検出方法を提供する。
【0046】本発明は、前記ステップ(e)による前記
同期パターン検出の出力の周期的入来を監視し、同期の
確立を検出するステップをさらに有することを特徴とす
る。
【0047】
【作用】本発明によれば、ビットレート測定回路によっ
てビットレートを測定し、ビットレートインデックスの
期待値を作成することにより、検出される同期パターン
から始まる仮のヘッダのうち、ビットレートインデック
スが期待値と一致するものだけを真の同期信号の候補と
するようにして、最初に検出される同期パターンが真の
同期信号である確率を高めるようにしたものである。
【0048】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。
【0049】図1は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。図1において、図4に示す要素と同一の
機能を有する要素には同一の参照符号が付されている。
以下では図4に示した前記従来例との相違点を説明し、
同一部分の説明は省略する。
【0050】図1を参照して、ビットレート測定回路1
は、ビットストリームクロック51の周波数を測定し、
実測ビットレート2を出力する。
【0051】本実施例において、ビットレート測定回路
1は、周波数を測定する一般的なタイマ/カウンタ回路
で構成される。図2に、本実施例におけるビットレート
測定回路1の回路構成の一例を示す。
【0052】図2を参照して、ビットレート測定回路1
は、1[kHz]のクロック信号504を発生するタイ
マ回路501と、カウンタ回路502、ラッチ回路50
3からなり、クロック信号504によりカウンタ回路5
02の値をラッチ回路503にラッチすると共にカウン
タ回路502をクリアするように構成する(例えばクロ
ック信号504の立ち上がりをラッチ回路503のラッ
チタインミングとしクロック信号504の立ち下がりで
カウンタ回路502をクリアする)。
【0053】この場合、ビットレートが192[kbp
s]のときはビットストリームクロック51の周波数は
192[kHz]であるから、実測ビットレート2とし
て“192”を出力する。
【0054】図1を参照して、符号化器3は入力した実
測ビットレート2を符号化して出力する回路である。符
号化の規則はMPEGオーディオ規格に定められてい
る。表1にこの符号化の規則を示す(MPEGオーディ
オ、レイヤ2の場合)。
【0055】比較器5は、シフトレジスタ103−bか
らのビットレートインデックス抽出値4と、符号化器3
の出力とを比較し、一致した場合にはビットレート一致
信号6を出力する。本実施例においては、シフトレジス
タ103−bの第4ビットから第7ビットまでの4ビッ
トをビットレートインデックス抽出値4として比較器5
に入力している。
【0056】同期パターンが真の同期信号であれば、シ
フトレジスタ103−bから抽出され比較器5に供給さ
れる4ビットは、ヘッダの第17ビットから第20ビッ
トのビットフィールドであり、ビットレートインデック
スが抽出されることになる。
【0057】
【表1】
【0058】図1に示す本実施例において、その他の構
成は図4に示す前記従来例と基本的に同じである。以下
では前記従来例とのさらなる相違点を説明する。
【0059】前記従来例においては、同期パターン検出
信号105をそのまま周期入来確認回路107に入力し
ていたが、本実施例では、同期パターン検出信号105
とビットレート一致信号6がともに“1”の場合だけ、
同期パターン検出信号7を発生し、周期入来確認回路1
07に入力する。すなわち、図1を参照して、周期入来
確認回路107の入力端は、同期パターン検出信号10
5とビットレート一致信号6の論理積をとるANDゲー
ト9の出力端に接続されている。
【0060】次に、本実施例の動作を説明する。ここで
は、入力ビットストリームのビットレートが192[k
bps]であるものとする。
【0061】ビットレート測定回路1は、ビットストリ
ームクロックの周波数を測定し、実測ビットレートとし
て“192”を出力する。符号化器3はビットレート測
定回路1を入力し、上記表1に基づいて“1010”に
符号化する。
【0062】ここでシフトレジスタ103−aに同期パ
ターンが入力された場合、ANDゲート(論理値回路)
104から出力される同期パターン検出信号105がア
クティブとなる(“1”となる)。
【0063】この同期パターンが真の同期信号である場
合には、前記従来例と同様にして、同期が確立する。
【0064】すなわち、ヘッダの第17ビットから第2
0ビットにはビットレートインデックスが格納されてお
り、ビットレートインデックス抽出値4は正しいビット
レートインデックス値“1010”となる。
【0065】このため、ビットレート一致信号6は
“1”となり、ANDゲート9から出力される同期パタ
ーン検出信号7がアクティブとなる(“1”となる)。
【0066】この1フレーム後において再び真の同期パ
ターンが存在するため、同期パターン検出信号105が
出力され、このときもビットレートインデックス値は正
常であるため、同時にビットレート一致信号6が“1”
となり、ANDゲート9から同期パターン検出信号7
(=“1”)が出力される。
【0067】そして、同期パターン検出信号7が周期的
に入来することが確認されたため、周期入来確認回路1
07から同期確立信号108が出力される。
【0068】次に、同期パターンが真の同期信号でない
場合を説明する。
【0069】同期パターンが真の同期信号ではないた
め、シフトレジスタ103−bの第4ビットから7ビッ
トまでの位置にビットレートインデックスは存在しな
い。
【0070】従って、多くの場合ビットレート抽出値は
正しいビットレートインデックス値“1010”とは異
なる値となり、ビットレート一致信号6が発生しない
(“0”のままとされる)。このため、同期パターン検
出信号7は出力されない。すなわち、引き続き同期パタ
ーン待ちの状態となる。
【0071】前記従来例におけるデータの廃棄の説明で
参照した図7に示す例を再び参照して、本実施例を説明
すると、A点の同期パターン(真の同期信号ではない)
では、ビットレート一致信号6が“1”とならないため
に、同期パターン検出信号7は出力されず、引き続き同
期パターン待ちの状態となり、B点の同期パターン(真
の同期パターン)を読み飛ばすことなく検出することが
できる。従って、周期入来確認回路107はC点で同期
パターンが周期的に入来することを確認して同期が確立
する。
【0072】このように、本実施例によれば、ビットス
トリームの先頭部分のデータが大量に読み飛ばされるこ
とを防ぐことができる。
【0073】なお、同期パターンが真の同期信号ではな
く、しかもビットレート抽出値4が偶然“1010”と
なる場合には、ビットレート一致信号6が“1”とな
り、同期パターン検出信号7が発生してしまうが、1フ
レーム後に再び同期パターンと正常なビットレートイン
デックスがない限り同期は確立しない。このような動作
は、前記従来例と同様であり、1フレームのデータが読
み飛ばされてしまうことになる。
【0074】しかしながら、ビットレート抽出値4が偶
然“1010”となる確率は、4ビット全部が一致する
必要があることから、1/24=1/16と小さい。
【0075】すなわち、同期信号でない同期パターンに
より、多くのデータが捨てられる確率が、前記従来例の
1/16に軽減される。このため音響信号の冒頭部分が
失われることが大幅に低減される。
【0076】以上、本発明を上記実施例に即して説明し
たが本発明は上記態様にのみ限定されるものではなく、
本発明の原理に準ずる各種実施態様を含むことは勿論で
ある。例えば、上記実施例では、ISO/IEC 11
172−3(MPEG1オーディオ)を例に説明した
が、本発明の好適な態様として説明したものであり、本
発明はこの規格にのみ限定されるものではない。
【0077】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る同期
信号検出回路では、同期パターンの検出に加えて、実測
したビットレートに基づいてビットレートインデックス
が正常かどうかの比較を行うようにしたため、真の同期
信号でない同期パターンにより1フレームのデータが読
み飛ばされる確率が、従来例よりも大幅に低減される。
このため、本発明によれば、音響信号の冒頭部分が失わ
れることが大幅に抑止低減されるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の一実施例におけるビットレート測定回
路の構成例を示す図である。
【図3】MPEGオーディオビットストリームの構成を
模式的に示す図である。
【図4】従来例の構成を示すブロック図である。
【図5】従来例における周期入来確認回路107の構成
の一例を示す図である。
【図6】従来例における周期入来確認回路107の動作
を説明するためのタイミング図である。
【図7】従来例において周期パターンの位置によりデー
タが捨てられることを説明するための図である。
【符号の説明】
1 ビットレート測定回路 2 実測ビットレート 3 符号化器 4 ビットレートインデックス抽出信号 5 比較器 6 ビットレート一致信号 7 同期パターン検出信号 50 ビットストリーム 51 ビットストリームクロック 103、103−a、103−b シフトレジスタ 104 論理積(AND)回路 105 同期パターン検出信号 107 周期入来確率信号 108 同期確立信号 109 音響信号処理回路 110 音響信号 201 カウンタ回路 202 ラッチ回路 203 デコーダ 204 比較器 205 一致パルス 206 RSフリップフロップ 501 タイマ回路 502 カウンタ回路 503 ラッチ回路 504 クロック信号

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビットストリーム中のフレーム内にある
    期パターンを検出する手段と、 前記同期パターンと同じフレーム内のビットレートイン
    デックスを抽出する手段と、ビットストリームクロックから 前記ビットストリーム
    ビットレートを実測する手段と、前記抽出したビットレートインデックス値と 前記実測し
    たビットレート値とを比較しこれらが一致した場合前記
    抽出したビットレートインデックスのビットパターンが
    正しいことを検出するビットレート一致検出手段と、前記同期パターンを検出し、かつ、前記ビットレート一
    致検出手段より一致検出がなされた時に同期パターンを
    検出した旨を出力する手段 と、を有する ことを特徴とする同期信号検出回路。
  2. 【請求項2】前記同期パターン検出手段が、前記ビット
    ストリームの入来に応動し、前記ビットストリームの各
    ビットを順次格納するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの格納値が所定のビットパターンで
    ある場合同期パターンであるものと判定する手段と、 を有することを特徴とする請求項1記載の同期信号検出
    回路。
  3. 【請求項3】前記ビットレートを測する手段が、所定
    の単位時間幅の励動信号を発生するタイマ手段と、 前記励動信号により励動され、前記ビットストリームク
    ロックを計数する計数手段と、 を有することを特徴とする請求項1記載の同期信号検出
    回路。
  4. 【請求項4】(a)ビットストリーム中のフレーム内から同期パター
    ンを検出するステップ (b)単位時間当たりにビットストリームが入来するビ
    ット数を測定するステップと(c)前記同期パターンと同じフレーム内からビットレ
    ートインデックスを抽出するステップと(d)前記測定したビット数と前記抽出したビットレー
    トインデックス値との一致を検出するステップと(e)前記同期パターンを検出し、かつ、前記ステップ
    (d)により一致を検出した時に、同期パターンを検出
    したことを出力するステップとを含む ことを特徴とする同期信号の検出方法。
  5. 【請求項5】前記ステップ(e)による前記同期パター
    ン検出の出力の周期的入来を監視し、同期の確立を検出
    するステップをさらに有することを特徴とする請求項4
    記載の同期信号の検出方法。
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