JP3128058B2 - プロトコル処理装置 - Google Patents
プロトコル処理装置Info
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Description
置において、所定のプロトコルに要求される高速性と所
定のプロトコルの変更等へ容易に対処可能な柔軟性を兼
ね備えるプロトコル処理装置に係り、特に、MPEG2
準拠のシステムパートが規定するプロトコル処理を実現
するプロトコル処理装置に関する。
複数の入力ストリーム(時系列なデータ)中のデータ
を、所定のシンタックスに従って、データの組立、分
解、挿入、削除、加工、並び替え等の処理(以下「シン
タックス処理」と呼ぶ)を行い、複数の出力ポートへ複
数の出力ストリームとして出力するような複雑なプロト
コル処理装置の構成法が、下記の文献(1)、(2)等
に開示されている。上記複雑なプロトコル処理装置とし
て、専用ハードウェアによる実現方式とソフトウェアに
よる実現方式とが知られている。 ・文献(1)市森他,”STM−0/1インタフェース
LSI構成の検討”,電子情報通信学会、1991年春
季全国大会講演論文集,B-769, March, 1991. ・文献(2)Douglas Comer、 "Internetworking with T
CP/IP:Principales, Protocols, and Architecture"、 P
rentice-Hall, Inc, 1988. 図6は、従来の専用ハードウェアによるプロトコル処理
の実現方式を示す図である。
処理の実現方式は、図6に示すように、複数(m)の入
力ポートに対応したm個の入力FIFO(first in firs
t out 制御メモリ)と、複数(n)の出力ポートに対応
したn個の出力FIFOと、シンタックス処理を実現す
るための作業データを格納するメモリと、シンタックス
処理制御部とで構成され、実現すべきプロトコル処理を
忠実に反映した専用ハードウェア構成を採用したもので
ある。要求性能によっては、複数の入力を1個の入力用
FIFOに、複数の出力を1個の出力用FIFOにまと
めることも可能である。
コル処理の実現方式を示す図である。
処理の実現方式において、主なハードウェアはCPUと
メモリとのみである。複数の入力ポート、複数の出力ポ
ートに対応したストリームは、一面のメモリ上の異なる
アドレス空間上に展開される。ワークステーション上の
プロトコル処理プログラムがプロトコルプロセッサにあ
たる。
式」、「ソフトウェアによる実現方式」等の従来のプロ
トコル処理装置では、MPEG2システムパートのよう
な複雑でしかも、まだ流動的なプロトコルを実現する場
合、さらに、リアルタイム処理が不可欠な高速なプロト
コルを実現する場合、次のような問題がある。
G2映像ストリーム、MPEG2音声ストリームについ
ては、それぞれ、次の文献(3)、(4)、(5)に規
定されている。 ・文献(3)Systems-Generic Coding of Moving Pictu
res and Associated Audio-ISO/IEC 13818-1 Internati
onal Standard, November 11, 1994. ・文献(4)Video-Generic Coding of Moving Picture
s and Associated Audio-ISO/IEC 13818-2 Internation
al Standard, November 11, 1994. -I文献(5)Audio-Generic Coding of Moving Picture
s and Associated Audio-ISO/IEC 13818-3 Internation
al Standard, November 11, 1994. 本特許に最も関連するのは、文献(3)のMPEG2シ
ステムパートに関するものである。
システムパートにおける階層パケット構成の概念を示す
図である。この図8は、トランスポートストリームとプ
ログラムストリームデータとを示し、MPEG2システ
ムパートが規定する映像/音声/ユーザストリームの多
重(Multiplexer:MUX と呼ぶ)、分離(Demultiplexer:
DMUXと呼ぶ)の概念を示す図である。
トリームのうち、通信メディア用に用いるトランスポー
トストリームと、蓄積メディア用のプログラムストリー
ムとを呼ばれるものである。MPEG2システムパート
が規定するこれらのストリームのシンタックスは、図3
に示すように階層パケット構成となっており、その処理
は、 ストリームシンタックスがデータ依存であるので、解
析が複雑である。 リアルタイム処理を実現するためには、シンタックス
のone path解析が不可欠である。 という共通の特徴がある。一方、そのシンタックスは、
図8に示すように異なっている。
ルモデルを忠実にハードウェア化したものであり、分散
処理による原理的な高速性が得られるという利点があ
る。しかし、MPEG2のような複雑で流動的なプロト
コルを実現する場合、ハードウェアが複雑となり、柔軟
性に乏しくなるという問題がある。
するシンタックスは、上記のように解析が複雑であり、
シンタックスのone path解析が不可欠であるので、これ
らを専用ハードウェアで実現する場合、シンタックス処
理が極めて複雑になり、巨大なステートマシンを実現す
ることになり、ハードウェア化を困難にしている。ま
た、入出力ポートに依存した個別の内部FIFOが必要
となり、それらのFIFOのサイズ等の資源パラメータ
が多い。上記のように、専用ハードウェアによる実現で
は、ハードウェアが複雑となり、柔軟性に乏しくなると
いう問題がクローズアップされる。
EG2システムパートが規定するリアルタイム処理が不
可能であるという問題がある。つまり、ソフトウェアに
よる実現は、プロトコルモデルをソフトウェアで実現し
たものであり、資源パラメータが少なく、複雑なシンタ
ックス制御に対しても、また流動的な仕様に対しても、
高い柔軟性を有するという利点がある。しかし、MPE
G2が規定している映像(動画像)、音声等の圧縮デー
タの多重/分離をリアルタイムで処理するには、数千M
IPSを越える処理性能が要求され、現在の最速のプロ
セッサ(CPU)とメモリを使用したとしても、上記多
重/分離をソフトウェアだけでリアルタイム処理するこ
とは不可能である。このように、ソフトウェアによる実
現では、MPEG2システムパートが規定するリアルタ
イム処理が不可能であるという問題がクローズアップさ
れる。
が規定するプロトコル処理を、「専用ハードウェアによ
る実現方式」、「ソフトウェアによる実現方式」等の従
来のプロトコル処理装置で実現する場合における上記問
題は、これから開発される種々の高速で高機能なプロト
コル処理においても同様であり、今後のネットワーク上
の各種アプリケーションの発展を考慮すると、今後ます
ます深刻な問題になる。すなわち、高速性と柔軟性とを
両立する新しい技術に基づくプロトコル処理装置が不可
欠である。しかし、従来においては、上記文献(1)、
(2)等で示されているプロトコル処理装置を実現する
ことに留まり、上記問題すら指摘されていない。
高速性と、所定のプロトコルの変更等へ容易に対処可能
な柔軟性とを兼ね備えたプロトコル処理装置を提供する
ことを目的とするものである。特に、MPEG2準拠の
システムパートが規定するプロトコル処理を実現する場
合に好適なプロトコル処理装置を提供することを目的と
するものである。
ートから入力された複数の入力ストリーム中のデータに
ついて、所定のシンタックスに従って、データの組立、
分解、挿入、削除、加工、並び替え等の処理(シンタッ
クス処理)を行い、複数の出力ポートへ複数の出力スト
リームとして出力するプロトコル処理装置において、2
ポートメモリで構成され、入出力ストリームの一部を格
納するバッファメモリと、上記複数の入力ストリームを
上記バッファメモリの第1のポートへ書き込む動作を制
御するライト制御部と、上記バッファメモリの第2のポ
ートから複数の出力ストリームを読み出す動作を制御す
るリード制御部と、2ポートメモリで構成され、シンタ
ックス処理を実行するために作業データを一時的に格納
するデータメモリと、上記バッファメモリ内のデータを
参照、読み出し、上記データメモリを用いて上記シンタ
ックス処理を実現し、このシンタックス処理されたデー
タを上記バッファメモリに書き込む処理を実現するプロ
グラム可能なシンタックス処理制御部とを有し、所定の
プロトコル処理を実現するプロトコル処理装置である。
1の実施例であるプロトコル処理装置PD1を示す図で
ある。
モリ1と、ライト制御部2と、リード制御部3と、デー
タメモリ4と、シンタックス処理制御部5と、複数(m
個)の入力ポート7と、複数(n個)の出力ポート8と
を有する。
成され、入出力ストリームの一部を格納するバッファメ
モリである。ライト制御部2は、複数の入力ストリーム
をバッファメモリ1の第1のポートへ書き込みする動作
を制御するライト制御部であり、リード制御部3は、バ
ッファメモリ1の第2のポートから複数の出力ストリー
ムへ読み出しする動作を制御するものである。データメ
モリ4は、2ポートメモリで構成され、シンタックス処
理のために作業データを一時的に格納するメモリであ
る。
モリ1内のデータを参照し、読み出し、データメモリを
用いてシンタックス処理を実現し、シンタックス処理さ
れたデータをバッファメモリ1に書き込む処理を実現す
るプログラム可能な制御部である。
て、中央処理装置(CPU)によってシンタックス処理
制御部5を構成したものを、本発明の第2の実施例とす
る。
化による並列処理を導入している。つまり、バッファメ
モリ1とデータメモリ4とを分離することによって、ス
トリーム入出力処理とシンタックス処理とを並列化して
いる。また、バッファメモリ1とデータメモリ4とを2
ポート化することによって、ハードウェアとソフトウェ
アとからのアクセスを並列化し、ストリームの入力処理
と出力処理とを並列化し、これによって、入力側から出
力側への不要な転送を排除している。
は互いに独立に動作する。つまり、バッファメモリ1と
ライト制御部2とリード制御部3とで構成される組と、
データメモリ4とシンタックス処理制御部5とで構成さ
れる組とは、互いに独立的に動作する。
示す図である。
式の場合の動作概要も示してある。ソフトウェアによる
実現の場合、図中の各処理がソフトウェアで処理される
ために長時間を要し、さらに、その各処理が逐次的に動
作するため、膨大な時間が必要となる。
用ハードウェア化とそれらの並列パイプライン動作とに
よって、極めて高速に動作することができる。
ードウェア化されていることによって、全体を専用ハー
ドウェア化したときにおける高速の入出力制御と同じ高
速性を実現している。また、2ポート化されたバッファ
メモリ1を用いることによって、ソフトウェアによるシ
ンタックス処理と、専用ハードウェアによる入出力の処
理とを並列して動作させることができる。また2ポート
化されたデータメモリ4を用いることによって、バッフ
ァメモリ1からのデータメモリ1への転送、逆に、デー
タメモリ4からバッファメモリ1へのデータ転送等も並
列化される。
モリ1を共通化することによって、バッファメモリ1内
の入力ストリームをバッファメモリ1内の出力ストリー
ムへ転送する動作を不要化している。たとえば、MPE
G2システムパートの多重化(MUX)処理において
は、入力ストリームの殆どは、ヘッダ類等を付加し、出
力ストリームに含まれている。すなわち、入出力バッフ
ァを分離すると、この間の不要な転送が頻発する。これ
らの一連の動作によって、全体として、図2に示したよ
うな並列パイプライン処理が可能になる。全体をソフト
ウェアで処理する方式と比較して、上記実施例では、数
十倍以上の高速化を達成できる。
処理を例にとって、上記実施例の全体の動作概要をより
詳細に説明する。この場合、入力ストリームとして、映
像、音声、ユーザの3つのストリーム(エレメンタリス
トリーム)を例にとり、出力ストリームとして、トラン
スポートの場合を例にとる。
入力ポート7から、映像、音声、ユーザデータを入力
し、この入力した各データを、バッファメモリ1の異な
るアドレス空間上に格納する。この場合、各データのバ
ッファ内アドレス(開始と終了のアドレス)と、所定の
ヘッダとを検索し、その存在アドレスをCPUに通知す
る。
部2からの通知と上記エレメンタリストリームとの参照
とに従って、各エレメンタリストリームの所定のヘッダ
類を作成し、バッファメモリ1の所定のアドレス空間に
書き込み、ヘッダ類の長さをリード制御部3に通知す
る。なお、上記第2の実施例においては、シンタックス
処理制御部5がCPUで構成されているが、実際には、
そのCPU+ソフトウェア(プログラム)によって、シ
ンタックス処理制御が実行される。
シンタックス処理制御部5からの通知に従って、バッフ
ァメモリ1内のヘッダ類と所定のパケット長さからヘッ
ダ類の長さを差し引いた分の所定のエレメンタリストリ
ームとを、出力ポート8に送出する。バッファメモリ1
は、ライト制御部2、リード制御部3、シンタックス処
理制御部5の動作に従って、入出力ストリームの一部を
格納する。データメモリ4は、シンタックス処理制御6
における一時的な作業データを格納する。
し、MPEG2システムパートが規定する入力ストリー
ムの多重化処理を実現し、出力ストリームを送出する。
システムパートが規定する2つの処理(通信メディア用
のトランスポートストリーム処理、蓄積メディア用のプ
ログラムストリーム処理)を実現するときに使用するバ
ッファメモリ1の使用例について示す図である。
ムストリーム処理との違いは、MPEG2システムパー
トに規定されているが、それらのシンタックスは、それ
ぞれの使用目的(通信/蓄積)に応じて異なっている。
ここで重要なことは、入出力ストリームの入出力タイミ
ングが同一であれば、バッファメモリ1の使用方法(メ
モリマップ)を変更するだけ、同一のハードウェアによ
って、異なるシンタックスのプロトコル処理を実現でき
ることである。すなわち、プロトコル処理装置PD1
は、シンタックスの変更にも容易に対処可能な柔軟性を
有している。
は、図2に示す動作の高速性と、図3に示す柔軟性とが
可能になる。つまり、プロトコル処理装置PD1は、所
定のプロトコルに要求される高速性と、所定のプロトコ
ルの変更等へ容易に対処可能な柔軟性とを兼ね備える。
すなわち、従来のプロトコル処理装置における「専用ハ
ードウェアによる処理方式」の有する高速性と、「ソフ
トウェアによる処理方式」の有する柔軟性とを両立する
ことができる。これによって、MPEG2システムパー
トのような複雑で、まだ流動的で、また、リアルタイム
処理が不可欠な高速なプロトコルを容易に実現すること
ができる。
可能なシンタックス処理制御部5がCPUで構成されて
いるが、プログラム可能なシンタックス処理制御部5を
プログラムロジックデバイスで構成してもよく、これ
を、本発明の第3の実施例とする。この第3の実施例の
場合、上記実施例におけるソフトウェアの部分をプログ
ラムロジックデバイスと読む。
2システムパートが規定するプロトコルが使用され、処
理するようにしてもよく、これを本発明の第4の実施例
とする。
Xを用いたMPEG2のエンコーダーシステムの典型的
な構成を示す図である。
実施例の特別な場合として多重化処理へ適用した例であ
る。
準拠の映像ストリーム、音声ストリーム、ユーザストリ
ームを扱い、複数の出力ストリームとして、トランスポ
ートストリームまたはプログラムストリーム等のストリ
ームを扱う。図4中、第5の実施例であるMUXが、映
像、音声、ユーザの3つのストリーム(「エレメンタリ
ストリーム」と呼ばれる)を多重化し、1つのトランス
ポートまたはプログラムストリームを出力するプロトコ
ル処理装置(Multiplexer:MUX )である。
UXを用いたMPEG2のデコーダーシステムの典型的
な構成を示す図である。この第6の実施例は、第4の実
施例の特別な場合として、分離化処理へ適用した例であ
る。
準拠のトランスポートストリームまたはプログラムスト
リームを扱い、複数の出力ストリームとして、映像スト
リーム、音声ストリーム、ユーザストリームを扱う。図
5中、本発明の第6の実施例であるDMUXが、1つの
トランスポートまたはプログラムストリームを分離し、
映像、音声、ユーザの3つのストリームを出力するプロ
トコル処理装置(Demultiplexcer:DMUX )である。
うに、MPEG2システムパートの多重化処理(MU
X)と分離化処理(DMUX)とにおける各プロトコル
処理装置の動作は異なっており、それぞれのアプリケー
ションによって入出力仕様が異なっているので、ライト
制御部2とリード制御部3とは、異なった専用ハードウ
ェアとなるが、図1に示すプロトコル処理装置PD1自
体は共通に用いることができる。したがって、上記実施
例は、異なるプロトコルへの柔軟性が高い。
のプロトコルに要求される高速性と所定のプロトコルの
変更等へ容易に対処可能な柔軟性とを兼ね備えているの
で、アプリケーションに依存した入出力仕様を吸収する
ライト/リード制御部(ポート数、入出力タイミング、
入出力レート等)の構成は、必要に応じて定めればよ
い。たとえば、専用ハードウェア化してもよく、実現し
たい入出力レートによっては、プログラムロジックデバ
イスで実現するようにしてもよい。また、上記実施例で
は、シンタックス処理を実現するプログラム可能なシン
タックス処理制御部5をCPUで構成しているが、CP
U以外のものでシンタックス処理制御部5を構成するよ
うにしてもよい。さらに、上記実施例では、プロトコル
の種類としてMPEG2を適用しているが、MPEG2
以外のプロトコルを適用するようにしてもよい。
散化による並列処理の導入」にあり、換言すると、上記
実施例は、汎用的なプロトコル処理装置を実現するため
のメモリベース汎用プロトコルプロセッサ構成法(A Me
mory-based Protocol Processor Architecture)を与え
ている。すなわち、メモリ、CPU、入出力用の専用ハ
ードウェアを中心としたプロトコル処理装置の構成法を
示している。このようなメモリとCPUとを中心とした
装置構成は、留まるところを知らないVLSI技術の進
展、特に、メモリの高速化、大容量化と、CPUの高速
化等の恩恵を直接受けることが可能であり、さらに、プ
ロトコル処理装置の構成の簡単化と汎用化等、将来的に
有望な装置構成となることが可能である。
中心としたプロトコル処理装置の構成は、VLSI上に
インプリメントするに際しても、今日では、VLSI技
術の進展によって、高速なオンチップの内蔵型CPU
(「コアCPU」と呼ぶ)や、高速大容量なオンチップ
の2ポートメモリ等がVLSIライブラリとして供給さ
れているため、容易に1チップのVLSI化が可能とな
る。このように、上記実施例は、VLSI化が容易に図
れる構成であり、VLSI化によって、従来のプロトコ
ル処理装置に比べ、小型化、経済化を図ることができ
る。
用のバッファメモリを共通化することによって、バッフ
ァメモリ内の入力ストリームを、バッファメモリ内の出
力ストリームへ転送することを不要にしている。たとえ
ば、MPEG2システムパートの多重化(MUX)処理
において、入力ストリームの殆どは、ヘッダ類等が付加
された状態で出力ストリームに含まれている。すなわ
ち、入出力バッファを分離すると、この間における不要
な転送が頻発する。
や、アプリケーションに依存せず、極めて、汎用的しか
も一般的なプロトコル処理装置である。プロトコルの中
で最も重要な部分であるシンタックス処理の部分は、プ
ログラム可能であるため、今後とも新しいプロトコルの
開発、実験といったプロトコルのテストベッドとしても
極めて有効であろう。
として、極めて簡単な構成をしている。VLSI上にイ
ンプリメントする場合、コアCPUや2ポートメモリ等
はライブラリとして提供可能なので、上記実施例を実現
する場合、入出力ポートからバッファメモリへのリード
制御部とライト制御部とのみを専用ハードウェアで実現
するだけでよい。これらの入出力処理は、アプリケーシ
ョンに依存するが、近年の論理合成技術で極めて容易に
実現できる。
(部品化)されたコンポーネントをベースとした極めて
簡単な構成であるので、VLSI設計技術における上位
合成技術(たとえばシステムレベルシンセシス等)の対
象であるターゲットアーキテクチャとしても極めて有効
であり、上位合成技術の恩恵を受け、近い将来、上記実
施例をベースにしたプロトコル処理装置を上位仕様記述
から、VLSIに自動合成することが可能であろう。
ベースにしたマルチメディア時代において、上記実施例
が提供する「高速性と柔軟性との両立」を図った新たな
プロトコル処理装置の果たす役割は図り知れない。
おいて、所定のプロトコルに要求される高速性と、所定
のプロトコルの変更等へ容易に対処可能な柔軟性とを兼
ね備えることができるという効果を奏し、特に、MPE
G2準拠のシステムパートが規定するプロトコル処理を
実現する場合に好適であるという効果を奏する。
置PD1を示す図である。
る。
トが規定する2つの処理(通信メディア用のトランスポ
ートストリーム処理、蓄積メディア用のプログラムスト
リーム処理)を実現するときに使用するバッファメモリ
1の使用例について示す図である。
PEG2のエンコーダーシステムの典型的な構成を示す
図である。
G2のデコーダーシステムの典型的な構成を示す図であ
る。
の実現方式を示す図である。
現方式を示す図である。
ット構成の概念図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 複数の入力ポートから入力された複数の
入力ストリーム中のデータを、所定のシンタックスに従
って、データの組立、分解、挿入、削除、加工、並び替
え等の処理を行い、複数の出力ポートへ複数の出力スト
リームとして出力するプロトコル処理装置において、 2ポートメモリで構成され、入出力ストリームの一部を
格納するバッファメモリと;上記複数の入力ストリーム
を上記バッファメモリの第1のポートへ書き込む動作を
制御するライト制御部と;上記バッファメモリの第2の
ポートから複数の出力ストリームを読み出す動作を制御
するリード制御部と;2ポートメモリで構成され、シン
タックス処理を実行するために作業データを一時的に格
納するデータメモリと;上記バッファメモリ内のデータ
を参照、読み出し、上記データメモリを用いて上記シン
タックス処理を実現し、このシンタックス処理されたデ
ータを上記バッファメモリに書き込む処理を実現するプ
ログラム可能なシンタックス処理制御部と;を有し、所
定のプロトコル処理を実現することを特徴とするプロト
コル処理装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記プログラム可能なシンタックス処理制御部として、
CPUが使用されていることを特徴とするプロトコル処
理装置。 - 【請求項3】 請求項1において、 上記プログラム可能なシンタックス処理制御部として、
フィールドプログラムデバイスが使用されていることを
特徴とするプロトコル処理装置。 - 【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれか1項にお
いて、 上記所定のプロトコルとして、MPEG2システムパー
トが規定するプロトコルが使用され、処理することを特
徴とするプロトコル処理装置。 - 【請求項5】 請求項4において、 上記複数の入力ストリームとして、MPEG2準拠の映
像ストリーム、音声ストリーム、ユーザストリームを扱
い、複数の出力ストリームとして、トランスポートスト
リームまたはプログラムストリームを扱うことを特徴と
するプロトコル処理装置。 - 【請求項6】 請求項4において、 上記複数の入力ストリームとして、MPEG2準拠のト
ランジスタポートストリームまたはプログラムストリー
ムを扱い、上記複数の出力ストリームとして、映像スト
リーム、音声ストリーム、ユーザストリームを扱うこと
を特徴とするプロトコル処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7534696A JP3128058B2 (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | プロトコル処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7534696A JP3128058B2 (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | プロトコル処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09247237A JPH09247237A (ja) | 1997-09-19 |
JP3128058B2 true JP3128058B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=13573606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7534696A Expired - Lifetime JP3128058B2 (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | プロトコル処理装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3128058B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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JP4416361B2 (ja) | 2001-09-14 | 2010-02-17 | パナソニック株式会社 | マルチフォーマットトランスポートストリームデコーダ |
JP5728088B2 (ja) * | 2011-06-29 | 2015-06-03 | 株式会社日立製作所 | 入出力制御装置及び入出力制御装置のフレーム処理方法 |
-
1996
- 1996-03-05 JP JP7534696A patent/JP3128058B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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