JP3572067B2 - 転送セルに圧縮されたビデオデータをフォーマットする方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データの喪失あるいはデータ破壊の生起から受信機が急速に回復することができるように、送信のためのセルまたはパケット内に圧縮ビデオデータを分割するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）は、コンピュータによる使用のためビデオデータの送信と格納のための標準を、一義的に確立している。この提案されている標準は、“国際標準化機構”（ＩＳＯ−ＩＥＣ ＪＴ（１／ＳＣ２／ＷＧ１）の“動画像および関連するオーディオの符号化”（ＭＰＥＧ ９０／１７６ Ｒｅｖ．２ （１９９０年１２月１８日））に詳細に述べられている。ビデオデータのフレームは、たとえば、１５フレームのグループに圧縮される。各フレームはフレーム内符号化（Ｉフレーム）、順方向予測フレーム間符号化（Ｐフレーム）、あるいは順／逆方向予測フレーム間符号化（Ｂフレーム）のいずれかである。各フレームは、水平画像帯（たとえば１６ラインストライプ）に対応するスライスに分割（ｓｅｇｍｅｎｔ）される。スライスは、１６×１６マトリクスからなるマクロブロックに分割される。マクロブロックは、４つの８×８ブロックの輝度値と、２つの８×８ブロックの色値（Ｕ信号成分とＶ信号成分）に符号化される。色値の８×８色ブロックの各々は、それぞれ１６×１６マクロブロックを表す色値の成分を水平および垂直にサブサンプリングすることから得られる。信号プロトコルは全体の信号形式を識別するためシーケンス層をコールし、そのシーケンス層は、例えば画像サイズ、画素アスペクト比、画像レート、ビットレート、バッファーサイズ、フラグビット数等を識別するためのヘッダ情報とシーケンススタートコードを含んでいる。シーケンス層には画像グループＧＯＰが続き、そのヘッダはスタートコード、タイムコード、閉ＧＯＰフラグ、ブロークンリンクフラグ、および拡張データを含んでいる。次の層は画像スタートコードと画像ヘッダである。画像（ＰＩＣＴ）ヘッダは、一時基準と、画像符号化形式（ｐｉｃｔｕｒｅ ｃｏｄｉｎｇ ｔｙｐｅ）（Ｉ，Ｐ，Ｂ）と、バッファの混み具合、ベクトルと画素精度フラグと、可変長コード識別子と、および拡張データを含んでいる。スライススタートコードが、画像層に続き、スタートコードとそのスライスを識別するためのヘッダを含んでいる。スライス層には、スタートコードとヘッダ・データを含むマクロブロック層が続いている。マクロブロック・ヘッダ・データは、識別インディシア（ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｉｎｄｉｃｉａ）、量子化情報、符号化の形式（タイプ：ｔｙｐｅ）等を含んでいる。マクロブロック層は、また、各マクロブロック内の６ブロックのデータに共通な動きベクトルと、およびブロック単位での符号化ブロックデータとを含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した標準において、圧縮アルゴリズムは、ビデオ信号の前のフレームからビデオ信号のフレームを予測することと、圧縮形式で実際のフレームと予測されたフレーム間の差を送信することを含んでいる。連続符号化フレームは、先に符号化されたフレームの正しさに依存する。画像グループのただ１つのフレーム、あるいは僅かな数のフレームが予測無しに符号化される。受信機側で、送信中のデータ喪失あるいは破壊による復号化エラーはＧＯＰ内の連続フレームに伝搬することは直ちに認識されよう。そのようなエラーと付随する画像の乱れを排除するために、特別な注意が払われなければならない。しかしながら、そのような注意は、ノイズの無い送信チャンネルのために一義的に様式化されているので、ＭＰＥＧプロトコルには含まれていない。
【０００４】
ＡＤＴＶは、単一６ＭＨｚ放送チャンネルの高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）を配給する全デジタル同時放送システムである。それは、先進テレビ研究コンソーシアム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ： ＡＴＲＣ）により現在開発中である。ＡＤＴＶの基本設計の１つは、地上同時放送送信のため高品位でノイズに強いデジタルＨＤＴＶを配給することである。ＡＤＴＶシステムは、ＭＰＥＧ圧縮を用いて６ＭＨｚチャンネル内でのＨＤＴＶ信号の送信が可能である。しかしながら、ＡＴＲＣは、ノイズの多い地上送信媒体中での送信のための十分ノイズに強いな信号を達成するために、特別仕様の高階層構造（ｃｕｓｔｏｍ ｈｉｇｈｅｒ ｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）（ＭＰＥＧ＋＋Ｒｅｖ １）を付加した拡大仕様のＭＰＥＧを有している。この拡大仕様は、ＭＰＥＧデータを２つの階層、すなわち高優先度（順位）（ＨＰ）と低優先度（順位）（ＬＰ）との送信手法に優先順位付けすることを含み、多数のデータサービスをサポートし、送信エラーが存在しても受信機性能がそれほど低下しないようにするための転送（トランスポート）プロトコルを含んでいる。
【０００５】
ディレク（Ｄｉｒｅｃ）ＴＶは、衛星チャンネルで家庭に標準精細度ＮＴＳＣテレビを配給する全デジタルシステムである。それは、トムソン・コンシューマ・エレクトロニクス（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：ＴＣＥ）で現在開発中である。それはＭＰＥＧデータ圧縮を用いる点でＡＤＴＶと同様であるが、ＨＤＴＶではない。これはＮＴＳＣ品質テレビ信号を送信するための１階層システムである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノイズの多い通信チャンネルでのノイズに強い送信のため階層的にフォーマットされた圧縮ビデオデータを構成するための転送プロトコルを含み、その転送プロトコルを実現するための装置を含む。提供される転送プロトコルは、データのセル（あるいはパケット）を定義する。各セルはプリフィックスと転送ブロックを含んでいる。例示的実施例では、プリフィックスは４ビットの制御情報と１２ビットのサービスチャンネル識別子とからなる。（一般に１２８バイトの）転送ブロックは補助データ、冗長ＭＰＥＧヘッダ、あるいは標準ＭＰＥＧデータからなる。圧縮ビデオデータは転送プロセッサに送られ、それは、ヘッダ・データに応じて、転送ブロックヘッダを展開し、特定ヘッダ・データを格納する。転送プロセッサは圧縮データを予め決められたサイズのデータブロックに分割し、それに転送ヘッダを付け、送信セルを形成する。特定の格納されたヘッダ・データは複数のセルにフォーマットされ、これらのセルは圧縮データの一定に生起する連続セル間に散在させられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の転送プロトコルは、３つのデータプロトコル層、すなわちリンク層、転送層、およびサービス層を含んでいる。リンク層は、サービスに独立であるように構成され、一方サービス層は特定のサービスである。“サービス”とは、特別の転送（トランスポート）セルで送信される形式のデータ、例えば、オーディオデータ、ビデオデータ、補助データ等をいう。
【０００８】
リンク層は、プレフィックスバイト（実際８ビットの２バイト）からなり、多くの別のビデオ、オーディオ、およびデータのサービスに対するチャンネル識別子にくわえて、いくつかのリンク層コントロールフラグを含んでいる。図１は、プレフィックスと転送ブロック間の関係を示す転送セルの論理構造を示している。指定子（ｄｅｓｉｇｎａｔｏｒ）Ｐ，ＢＢ，ＣＦ、およびＣＳは、全て１ビットの指定子である。指定子Ｐは、転送ブロックが高い優先度データを含むのか、あるいは低い優先度データ（１＝ＨＰ、０＝ＬＰ）を含むのかを識別するために２階層システムで使用され、連続するセル内でトグルすることによりセルのフレーム化のための１階層システムで使用される。指定子ＢＢは、束（ｂｕｎｄｌｅ）境界を定義し、各束の最初のセルに対してのみ値“１”にセットされる。指定子ＣＦは、スクランブル状態を示すために使用されるコントロールフラグである。ＣＳは各スクランブル・キーの変更につれてトグルするコントロール同期ビットである。
【０００９】
指定子ＳＣＩＤは、１２ビットワードであり、サービス形式（ｔｙｐｅ）を識別するために使用される。“０”のＳＣＩＤ値はヌルパケットのために予約され、値“４０９５”は将来の定義のために予約されている。残りの４０９４個のＳＣＩＤ値が種々のサービス形式を定義するために使用可能である。
【００１０】
図２はビデオ転送層を示し、それは多くの可能な転送層フォーマットの一例である。各サービス形式は特定の転送ブロックフォーマットを有することができる。この記述は、ＭＰＥＧ符号化ビデオ転送サービスに適合する。図２は転送ブロックの論理構造を示す。ビデオ転送層の最初のフィールドは、４ビットの連続性カウンタＣＣを含む。このカウンタは、各セルが送信されるごとに１づつインクリメントされる。それは、サービスに依存し、優先度（順位）に依存する。すなわち、別個のカウンタが各サービスの同一性と各送信優先度階層のために維持される。連続性カウントの値は０から１５まで順番である。連続性カウントは、各受信機においてエラー検出の対策を提供する。受信されるカウントの不連続性は、特定の転送サービスに対する連続データの喪失、あるいは受信データのエラーのいずれかを示す。
【００１１】
ビデオ転送層内の次のフィールドは、４ビットのヘッダ指定子ＨＤを含み、その指定子は、形式（ｔｙｐｅ）とアイデンティティ（ｉｄｅｎｔｉｔｙ；ＩＤ）の２ビットのサブフィールドを有する。そのサブフィールドは、各データフィールド内で送信されるデータのフォームを識別する。ビデオ転送層では、ＨＤ形式０、１、２、３が使用され、補助パケット、基本サービスパケット、ＭＰＥＧ情報データ付き基本サービスパケット、およびＭＰＥＧでない冗長データ付き基本サービスパケットをそれぞれ識別する。後者の２つの形式は、送信ＭＰＥＧデータの標準フォームではなく、完全さのために含まれる。形式“基本サービスパケット”は、転送セルに分割されているにもかかわらず、標準フォームのＭＰＥＧデータを含む形式と識別される唯一の形式である。形式“補助パケット”は、一般に、このアプリケーションでは冗長ＭＰＥＧヘッダ・データを送信するために使用されるが、ＭＰＥＧ信号ではない。名目上、補助パケットは、例えば、閉キャプションデータのような補助データを送信するために使用される。
【００１２】
ＨＤ識別値（ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｖａｌｕｅｓ）は、ＨＤ形式のサブセットを定義する。１つのＨＤ形式／識別値の組み合わせ（０／０）は、補助データグループセルを示し、その内容は図３で定義される。補助データセルのフィールドは、スクランブルされていない。したがって、プリフィックスビットＣＦは１にセットされる。各データグループは、付加データグループが同じパケット内に存在するか否かを示すフラグビットで、自己定義される。データグループは、タイムコード・リファレンスとスクランブル・キーのような情報を含んでいる。
【００１３】
基本サービスパケットは、ＭＰＥＧ符号化データのほとんどを運ぶために使用される。２階層基本サービスパケットは、２つのデータストリームの同期を取るためのエントリーポイントデータを含んでいる。エントリーポイントデータによりデータブロックはセル境界にまたがって分割されることができる。この概念は図４に示されている。図５は、２階層送信手法に対するエントリーポイントデータ内で見つけられるエントリーポイント成分を示している。フレーム形式（タイプ）、スライス、およびマクロブロック識別子は、ビデオプロセッサにより供給され、一方エントリーポイントとフレーム番号は転送プロセッサにより供給される。エントリーポイントは転送ブロック内のエントリーポイント位置へのバイトオフセットである。フレーム形式は、データがフレーム内符号化フレームを参照するのか、フレーム間符号化フレームを参照するのか、あるいはＧＯＰの最初のセルを参照するのかを示す。フレーム番号（ｎｕｍｂｅｒ）は、フレームの連続性カウンタとして使用され、フレーム毎に一度インクリメントされる。フレーム形式とフレーム番号の両方が、２階層データストリームのデコーダ同期を助ける。スライスとマクロブロック識別子（ＩＤ）とは、フレームに渡ってユニーク（ｕｎｉｑｕｅ）であり、ＭＰＥＧデータストリームをデコードすることなく、エントリーポイント値を特定する。セル当たり１つのエントリーポイントを持つことが設計目的であるが、優先度チャンネルとフレーム形式に依存してスライス当たり広範囲のデータが存在する。エントリーポイントプロセスに関する更なる情報のためには、米国特許番号（ＲＣＡ８６，３１７Ａ許可済み）を参照。
【００１４】
転送ブロック内に冗長ＭＰＥＧデータを運ぶ２つの方法が使用可能である。１つの方法は、特定補助パケットを使用して（多数のパケットに広げることができるであろう）ＭＰＥＧシーケンスヘッダのコピーを運ぶことである。第二の方法は基本サービス転送ブロックの変更例を使用してＭＰＥＧ画像グループ（ＧＯＰ）ヘッダと画像ヘッダとのコピーを運ぶことである。
【００１５】
ビデオサービス層に含まれる全ての情報は、ビデオエンコーダ（と２階層システムにおいては優先度プロセッサ）によって供給される。２階層システムの詳細な説明のためには米国特許番号（ＲＣＡ８６，３１７Ａ許可済み）を参照。
【００１６】
特定フォーマット規則は、ビデオ転送ブロックを符号化するとき必要とされ、以下に概略を示す。
【００１７】
・ＨＤ形式１、２、３では、ＨＤ ＩＤビット１がＧＯＰの最初のシーケンスヘッダ、Ｂ−フレームのスタート、およびＰ−フレームのスタート時にトグルされる。
【００１８】
・新しいセルは、（Ｉ−フレームでＧＯＰが始まると仮定して）ＧＯＰの開始と、各連続フレームの開始で開始される。
【００１９】
・“基本サービス”転送ブロックフォーマットが、ＧＯＰの最初のセルと、各連続フレームの最初のセルで使用される。
【００２０】
・フレームが多数のパケットに広がれば、“冗長データ”転送ブロックフォーマットが、“基本サービス”フォーマットに代わって、フレームの２番目のパケットで使用される。
【００２１】
・“冗長データ”フォーマットは、フレーム当たり約４倍から８倍の区間で再び使用される。
【００２２】
・ＭＰＥＧシーケンスヘッダの冗長送信は、毎秒５から３０回の間隔で“補助パケット”として運ばれる。
【００２３】
図６は、本発明による転送エンコーダを含むＭＰＥＧエンコーダ装置のブロックダイアグラムである。転送エンコーダは、ＭＰＥＧデータストリームを受け取り、以下のプロトコルが付随する：
・転送デコーダが、失われた、あるいは妥当ではないデータを、検出することを可能とする、
・クリティカル（ｃｒｉｔｉｃａｌ）データの冗長送信を提供する、および
・ＭＰＥＧデコードを再開するためのデータリエントリー（ｒｅｅｎｔｒｙ）ポイントを示す。
【００２４】
転送エンコーダ１２への入力は、（１階層送信システムでは）ＭＰＥＧエンコーダ１０から、あるいは（２階層送信システムでは）ＭＰＥＧ優先度プロセッサ１１からのいずれかから直接である。２階層システムでは、２つの別個のデータ径路が使用される。一方は高優先度（ＨＰ）であり、他方は低優先度（ＬＰ）である。優先度プロセッサは、レート（ｒａｔｅ）バッファの満たし具合を監視し、優先度のブレークポイントを発生する。そのブレークポイントは、データストリームで、ＭＰＥＧデータの各スライスに対してどこでデータがＨＰデータ径路とＬＰデータ径路間で分けられるかを示す。ＭＰＥＧ符号化データと共に、ブレークポイントデータは転送エンコーダ１２の入力データである。ＭＰＥＧコードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄｓ）は、ワード長インディシアとデータ形式インディシア（例えばヘッダ・データ、動きベクトル、離散コサイン変換係数等）でタグを付けられて、転送エンコーダの入力に達する。転送エンコーダへの他の入力は、システムクロック１３により提供される。このクロックは、デコーダ・レートバッファがオーバーフローあるいはアンダーフローすることがないように、受信機と送信機をゲンロック（ｇｅｎｌｏｃｋ）するように組み込まれている。
【００２５】
転送エンコーダ１２からの出力は、データスクランブル機構１４を介してサービスマルチプレクサおよびレートバッファ１５に送られる。マルチプレクサ１５は異なるサービスソースからのデータをインターリーブする。マルチプレクサ１５からの出力は送信機１６を介して通信チャンネルに供給される。
【００２６】
転送デコーダ２０はサービスデマルチプレクサおよびレートバッファ１８を介して通信チャンネル受信機１７からセルを受信する。デマルチプレクサは、転送セルヘッダのサービス形式フィールドのデータに応じて、異なるサービス形式のデータを分離し、分離されたデータ形式を適切な処理回路に供給する。デマルチプレクサ１８からのビデオ出力データは、デスクランブラ１９に結合され、そのデスクランブラは、要素１４のスクランブル機能と反対のデスクランブル機能を達成する。デスクランブルデータは転送デコーダ２０に供給され、それはサービスデータからヘッダを分離してデコーダ２２にサービスデータを供給する。転送デコーダ２０からの出力は、送信サービスに受信機を同期させるためのシステムクロック（２１）と、ＭＰＥＧデコーダ２２へのデータ径路との両方を提供する。転送デコーダ内でエラーチェックは行われ、セルが失われているか、あるいはエラーを含んでいるかを判定する。たとえば、ＣＣコードが、各転送セルが適当なシーケンスで生じているかを判定するために監視される。エラーが何も検出されない転送セルだけが、ＭＰＥＧデコーダに供給される。転送デコーダは、転送ブロックからエントリーポイントデータを抜き取り、このヘッダをデコードし、適当なフォーマットでＭＰＥＧデコーダへのデータを提供する。セルの不連続性があれば、ビデオ転送デコーダは、以下のように再同期タスクシーケンスを起動するようプログラムされる。
【００２７】
図７は、典型的な転送エンコーダを示すブロックダイアグラムである。１階層送信システムには、構成要素１４５−１７０は含まれていない。２階層送信システムでは、図７の全ての構成要素が含まれている。
１階層システム
符号化ビデオコードワードと、コードワード形式に関連する対応するコードワードとコードワード長の識別インディシアとが、ビデオエンコーダ１００から転送エンコーダに到達する。要素１０５は、識別インディシアに応じて、ヘッダ情報のあるものを捕捉し、メモリ要素１１０内に格納する。要素１１０に格納されたデータは、わずかの情報冗長度を提供するために複数回送信データに含まれる。冗長送信のために選択されるデータは、一般に、シーケンスヘッダ・データ、ＧＯＰヘッダ・データ、および画像ヘッダ（ＰＩＣＴ）データを含んでいる。最小限、冗長データとして選択されるデータは、データシーケンスの始まり以外に入力された、ＭＰＥＧデコーダがデータストリームをデコードし始めるための条件に必要なデータである。
【００２８】
シーケンスは多数のＧＯＰを含んでいる。送信されたＭＰＥＧデータをデコードするには、シーケンスヘッダ・データを使用することが必要である。ユーザがシーケンスヘッダの生起後のデータに同調した（ｔｕｎｅ）ならば、後続データをデコードすることはできないであろう。ここで述べられた転送プロトコルは、それが入力（エンター）された場所にかかわらず、送信されたデータストリームを入力（エンター）したすぐ後にデコードするためのシーケンスと他の必要なヘッダ・データを繰り返し提供する。
【００２９】
要素１０５は、また、ユーザデータを抽出し、このデータをメモリ１１５に供給する。ユーザデータは、タイムスタンプのような多くの異なる形式のものでよい。画像がカラーかそうではないか、オリジナルソース材料はフィルムモードからか、あるいはビデオモードか等である。ＭＰＥＧプロトコルはそれらの形式の情報を含むことをサポートしていない。しかしながら、そのような情報を含むことは、受信機設計者が、特別の信号形式のための特別な処理を組み込み、それにより画像の全体の再生を強化することを可能としている。
【００３０】
要素１０５は、ヘッダ識別インディシアをクロックフォーマッタ１３０に提供する。クロックフォーマッタ１３０は、あるヘッダ・データの生起時にサンプリングして対応するヘッダ・データと関連するタイムスタンプを生成するクロックを含んでいる。これらのタイムスタンプは、受信機装置で使用され、信号同期の対策を提供する。
【００３１】
要素１０５，１１０，１１５、および１３０からのデータは、セルフォーマッタに結合される。フォーマッタ１２０は、要素１０５からデータを受信し、そのようなデータをセル長パッケージにパース（解明）し、図１と図２に示されるプロトコルに従って適切なビデオサービス転送ヘッダに展開し、転送ヘッダとセルデータを連結し、転送セルをセルバッファ１４０に結合する。しかしながら、シーケンスデータの開始時に、データ送信の間周期的にフォーマッタはコントローラ１２５により条件づけられ、他のデータを形成して送信する。この他のデータは、信号同期のためのクロックフォーマッタ１３０からのタイムスタンプのような補助情報と、メモリ要素１１０内に格納された冗長ヘッダ・データとを含んでいる。
【００３２】
補助データセルは、必要に応じて生成され、スペース（ｓｐａｃｅ）が使用可能であるときデータストリーム内に含まれる。すなわち、補助データセルは、Ｉ、Ｐ、およびＢフィールドデータのいずれかのビデオデータとインターリーブされてもよい。他方、冗長データは、ほとんどの部分がＩフィールドビデオデータとだけインターリーブされる。これは、ビデオデータはＩフィールドで始まらなければならないためである。ＭＰＥＧデータの他の全てのフィールドは、Ｉフィールドから予測され、Ｉフィールドに依存している。冗長データセルは、一定の離れた間隔で、あるいはデータ空間が使用可能な場合に、含まれてもよいが、デコーディングを指し示すに十分な情報を提供するための少なくとも最小限のデータを含んで実行される。
【００３３】
セルフォーマッタは、形式にかかわらず、各転送セル内に連続性カウントを含んでいる。連続性カウントＣＣは連続するセル内で１ユニットだけインクリメントされ、モジュロ（ｍｏｄｕｌｏ）Ｎ繰り返す。ここで、Ｎは１６のような都合のよい２進数であってもよい。
２階層システム
２階層システム内の転送エンコーダの動作は、１階層システムのための上記の全ての機能を含み、高優先度すなわちＨＰチャンネルに供給される１階層機能を有する。ブロック１００で提供される符号化ビデオデータに加えて、優先度プロセッサ（図６）は、要素１４５に格納された優先度ブレークポイントデータを提供する。ブレークポイントデータは、ＭＰＥＧデータのスライス（ｓｌｉｃｅ）に渡って一定であり、どのデータ（コードワード）がＨＰチャンネル上におかれ、どのデータがＬＰチャンネル上におかれるかのしきい値を示す。優先度ブレークポイントデータはスイッチ１６５に供給され、それは要素１４５に格納されているブレークポイント情報を要素１００により提供される現在のコードワード識別子（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）とを比較し、データコードワードを、ＨＰあるいはＬＰ転送セルのいずれかを生成するためのセルフォーマッタ１２０か、あるいはセルフォーマッタ１６０のいずれかに供給する。
【００３４】
要素１０５は、機能要素１５０にヘッダ・データを提供し、それはＨＰとＬＰデータの両方のためエントリーポイント定義を展開する。これらのエントリーポイント定義はエントリーポイントデータメモリ１５５に格納される。セルフォーマッタ１２０と１６０は、生成される各セルに対してエントリーポイントデータを生成する。エントリーポイントはデコーダにより使用され、送信エラーによるパケット喪失後の可変長データのデコードを回復する。完全にフォーマットされたパケットはＬＰセルフォーマッタ１６０からセルバッファ１７０に送られ、出力される。
【００３５】
図８のフローチャートを参照して、コントローラ１２５は連続性カウンタ（ＣＣ）とセルカウントをリセットすることによりシステム（８５０）を初期化する。それは、補助データインターラプトをチェックする（８５２）。これらのインターラプトによりユーザは送信時に（望むならば）特別の情報を介在させることができる。補助インターラプトが起きたならば、補助セルが生成され（８５４）、レートバッファに接続され、補助ＣＣがインクリメントされる。使用可能なチャンネル・スペースが現在無ければ、システムはＭＰＥＧデータをアクセスすることになる（８５６）。
【００３６】
ＭＰＥＧデータはシーケンスヘッダの生起のためにチェックされる（８５８）。シーケンスヘッダが使用可能であれば、基本セル形式が、シーケンスヘッダ・データを使用して生成される（８６０）。基本セル連続性カウンタはインクリメントされ（８６２）、セルはレートバッファに出力される（８６４）。シーケンスヘッダ・データでの基本セル形式の生成に続いて、Ｎ個の補助形式セルがシーケンスヘッダ・データを用いて生成される。ここで、Ｎは４のような小さい整数である。Ｎ個の補助形式セルの各々が出力され、補助連続性カウントが各セルの生成につれてインクリメントされる。
【００３７】
他に、シーケンスヘッダ・データが使用可能でないときは、テストがなされ、画像グループ（ＧＯＰ）あるいは画像（ＰＩＣＴ）ヘッダ・データの生起を判定する（８７０）。ＧＯＰ／ＰＩＣＴヘッダ・データが使用可能ならば、セルカウントはリセットされ（８７２）、冗長形式セルがＧＯＰ／ＰＩＣＴヘッダ・データで生成される（８７３）。スペースがセル内で使用可能ならば、ＭＰＥＧデータがさらに含まれる。セルは出力され、冗長セル連続性カウントとセルカウントはインクリメントされる。テスト８５８と８７０に注意すべきであり、シーケンスヘッダ、あるいはＧＯＰあるいはＰＩＣＴヘッダが使用可能ならば、それらは同じデータの冗長セルを形成する際に使用されるようにメモリ要素１１０に格納される。
【００３８】
テスト８７０では、現在のＭＰＥＧデータがＧＯＰ／ＰＩＣＴヘッダ・データでなければ、セルカウントがテストされる。セルカウントが、例えば２、４、あるいは８でなければ、基本形式セルが現在のＭＰＥＧデータで作られる。他に、セルカウントが２、４、あるいは８ならば、冗長形式セルが、最後に生起したＧＯＰ／ＰＩＣＴヘッダ・データで作られる。
【００３９】
第１表は転送セルシーケンスの例を示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
（ビデオデータを除いて）第１表に示される転送セルシーケンスを生成するために必要な情報は、セルフォーマッタ１２０とコントローラ１２５内にプログラムされている。スタートコードに応じて、フォーマッタとコントローラは転送セルのフレーム特定シーケンスを生成するように条件づけられ、生成されるべき転送セルの形式に応じて、適切な転送ヘッダ情報が、たとえば、内部メモリありは連続性カウンタからアクセスされる。また、プログラムされたシーケンスに応じて、コントローラとセルフォーマッタは新たに生起する圧縮されたビデオデータあるいは格納されたヘッダ・データを処理するように条件づけられている。転送セルシーケンスが一旦確立されると、必要な転送セルを形成することは、関連するデータを単に時分割多重化することを含むだけであることに注意すべきである。
【００４２】
図９は、典型的な転送デコーダを示すブロックダイアグラムである。１階層送信システムには構成要素２３５−２７５は含まれない。２階層システムでは、図９の全ての構成要素が含まれる。１階層と２階層のシステムの両方で、セル連続性カウンタＣＣは、セルが送信中に失われたか、間違ったか、の最小の表示を提供する。付加的な喪失表示が、各転送セルの回りのエラー検出ＣＲＣあるいはＦＥＣ符号化／復号化により提供されてもよい。エラーのない転送セルだけがビデオデコーダに配給される。ビデオ転送デコーダは、各転送セルからエントリーポイントデータと転送ヘッダ・データを除き、エントリーと転送ヘッダ・データをデコードし、それらに応じて適切なフォーマットでＭＰＥＧデコーダにデータを提供する。セルの不連続性が存在すれば、ビデオ転送デコーダは、以下に述べるように、再同期タスクシーケンスを起動するように条件づけられている。
１階層システム
転送セルは転送セルバッファ２００を介して転送デコーダに提供される。符号化プロトコルに応答するようにプログラムされて、セル解析器（ｐａｒｓｅｒ）２１０はセルヘッダをデコードし、各サービス形式のデータを分離する。補助ユーザデータはメモリ２１５に向かわされ、格納される。冗長ＭＰＥＧシーケンスヘッダ、ＧＯＰヘッダ、および画像ヘッダは他のメモリ２２０に向かわされ、格納される。通常、（基本サービスセルから）ＭＰＥＧデータを生起するために、出力レジスタ２３０に通され、それからＭＰＥＧデコーダに供給される。冗長データコントローラ２２５は、機能２０５でのセル喪失の表示とメモリ２２０に格納された冗長データとに基づいて、メモリ２１５と２２０からの適切な冗長データが続くエラートークン（ｔｏｋｅｎ）を供給し、デコードを継続し、あるいは再同期を取るようにＭＰＥＧデコーダを条件づける。
２階層システム
２階層システムの転送デコーダの動作は、ＨＰチャンネルに適用される１階層機能と共に、１階層システムで説明された機能の全てを含んでいる。２階層システムでは、低優先度転送セルの２番目のストリームがデスクランブラ１９から使用可能である。これらの低優先度転送セルはセルバッファ２３５を介してセル解析器２４５に適用される。ＬＰセル解析器２４５からのＭＰＥＧデータは解析器２４５から出力レジスタ２７５を介してＭＰＥＧデコーダに結合される。ＨＰとＬＰセル解析器（それぞれ２１０と２４５）は、生起する転送セルからエントリーポイントと転送ヘッダ・データを抽出する。ＨＰとＬＰのエントリーデータは、それぞれメモリ２６５と２７０に格納される。セル喪失がないことが連続性カウントにより示されれば、エントリーデータは後で破棄される。セル喪失が示されれば、エントリーポイントデータが次のデコード可能なデータに各データストリームを再エンターするために使用される。再エントリーは要素２５５（ＬＰ）、２６０（ＨＰ）と再同期ロジック２５０によりなされる。再同期ロジックは、再同期サイクルの間、エントリーポイントまで、各セル解析器がデータをスキップするように／破棄するように、事実上条件づける。その後、レジスタ２７５あるいは２３０に次の連続データを適用する。例えば、ＨＰセル喪失は再同期ロジック２５０が、転送ヘッダにより指定されるそのセルのエントリーポイントに位置決めされるまで、次のよいパケット内のビットをスキップするようセル解析器２１０を条件づけるよう要求するであろう。その後、そのＨＰエントリーポイントのデータは出力レジスタ２３０に提供される。ＬＰセル喪失は、再同期ロジック２５０に以下のことを要求する。すなわち、ＨＰエントリーポイントに等しいか、あるいは先行する次のエントリーポイントにジャンプするようにセル解析器２４５に要求する。このエントリーポイントに続くデータはレジスタ２７５に接続される。
【００４３】
図１０および図１１は、１階層ビデオシステムでの典型的な転送デコーダのアルゴリズムを示す。このアルゴリズムは、初期化シーケンス（３００），（４００で始まる）各パケットを処理する機能を含んでいる。この例は冗長シーケンス層に対する特別の再送信ポリシーと、冗長ＧＯＰ＋ＰＩＣＴヘッダとを仮定している。冗長ＧＯＰ＋ＰＩＣＴヘッダはどんなフレームでも送信され、冗長シーケンス層と冗長ＧＯＰ＋ＰＩＣＴヘッダはＩフレームでだけ送信される。冗長ＧＯＰ＋ＰＩＣＴヘッダがＩフレーム中に送信されるとき、それらは冗長シーケンスヘッダに対して２番目の優先度を有する。
【００４４】
初期化シーケンス３００は、それは転送プロトコル中の冗長ＭＰＥＧデータを待機するよう制御する２つのフラグを“虚偽状態”（ｆａｌｓｅ ｓｔａｔｅ）にセットする（３０１，３０２）。初期化はまた、ＭＰＥＧデコーダに対してエラーコードを生成し（３０３）、ＭＰＥＧデコーダは、デコードが回復するとき、次のスタートコードを待つよう条件づけられている。
【００４５】
初期化の完了時に、システムは、各転送セルの処理を始める（４００）。この例では、各セルのヘッダ指定子（ＨＤ）の状態に依存して３つの可能な処理径路がある。ＨＤ形式０（補助セル）では処理は決定ステージ（５００）で始まり、ＨＤ形式１（基本セル）では処理は決定ステージ（７００）で始まり、ＨＤ形式２（冗長セル）では処理は決定ステージ（８００）で始まる。ＭＰＥＧデータセルの処理がポイント（７００）と（８００）で始まる前に決定ステージ（６００）で喪失セルの連続性がチェックされる。
【００４６】
補助セル処理は決定ステージ（５００）で始まる。ここで、テストは補助ヘッダ指定子識別子（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）についてなされる。識別子が０（テスト５１０）ならば、このセル補助データグループを含み、セルは機能（５１５）で処理される。テスト（５１０）において識別子が０でなければ、テスト（５２０）が採用され、デコーダが冗長シーケンスヘッダ情報を回復させるよう待っているかどうかを判定する。そうでなければ、アルゴリズムは（４００）で次のパケットに進む。シーケンスヘッダが必要とされれば、また、このセルがシーケンスヘッダの開始にインディシアを付ければ（ｍａｒｋｓ）（テスト５３０）、デコーダがこのヘッダの処理を初期化し（５３５）、（全てのシーケンスヘッダ・データが１つのパケット内に含まれる場合では）処理がテスト（５６０）で完了したかどうかを知るためのチェックがなされる。そうならば、待機フラグを虚偽にセットし、ヘッダを出力し（５７０）、他のエラートークンを提供する（５７５）。このエラートークンはＭＰＥＧデコーダが新しいエントリーポイントデータ処理を開始するよう準備されるように条件づける。多数のセル補助シーケンスヘッダの捕捉中はセルの連続性についてのチェックがなされる（５４０）。喪失があれば、シーケンスヘッダの処理はリセットされ（５４５）、他の場合はデータがシーケンスヘッダの処理を継続するよう補助セルから抽出される（５５０）。その後、シーケンスヘッダは再び完全さのためにチェックされる（５６０）。
【００４７】
ＭＰＥＧデータパケットが使用される前に、連続した喪失に備えてチェックがなされる（６００）。喪失しているならば、エラーコードがＭＰＥＧデコーダに提供され（６０５）、新しいフレームをエンターするまでチェックがなされる（６１０）。新しいフレームが喪失の間に開始されると、コントロールフラグは真にセットされ（６１５，６２０）、冗長ＭＰＥＧヘッダを待つ。
【００４８】
パケットが基本セル形式ならば（テスト７００）、デコーダが冗長ＧＯＰ＋ＰＩＣＴヘッダ（７１０）を待つ状態にあるかどうかを判定するチェックがなされる（７１０）。冗長ヘッダを待つのでなければ、ＭＰＥＧデータセルがＭＰＥＧデコーダに送られる（７１５）。デコーダが冗長ヘッダを待っていれば、現在のセルがＭＰＥＧストリーム内に埋め込まれた必要なヘッダを有するかどうかを判定するチェックがなされる（７２０）。全てのフレームの始まりは、整列されたセル（ｃｅｌｌ ａｌｉｇｎｅｄ）を有し、そこでセルの最初の３２ビットがＭＰＥＧスタートコードならば、必要とされるヘッダはＭＰＥＧストリーム内でＭＰＥＧデコーダにとって使用可能である。デコーダが冗長ヘッダを待っていて、それが埋め込まれていなければ、よいパケットがスキップされる（７２５）。デコーダが冗長ヘッダを待っていて、それが埋め込まれていれば、冗長ヘッダを待つコントロールフラグが虚偽にセットされ、パケットがＭＰＥＧデコーダに送られる（７３０）。
【００４９】
セルが冗長セル形式ならば（テスト８００）、かつ転送デコーダが冗長情報を待っていなければ（８１０）、冗長データはスキップされ（８１５）、このセルの残りのデータがＭＰＥＧデコーダに送られる。セルが冗長セル形式であり（テスト８００）、転送デコーダが冗長情報を待っていれば（テスト８１０）、冗長ヘッダを待つコントロールフラグは虚偽にセットされ、このセルから冗長ヘッダ情報がＭＰＥＧデコーダに送られ（８２０）、続いてエラートークンが送られ（８２５）、その結果ＭＰＥＧデコーダはデコードを再開するとき次のスタートコードを探すであろう。最後に、このパケットのＭＰＥＧデータは抽出され、ＭＰＥＧデコーダに送られる（８３０）。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、データの喪失あるいはデータ破壊の生起から受信機が急速に回復することができるように、転送セルに圧縮されたビデオデータをフォーマットすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転送層の転送セル（あるいはパケット）を表す図である。
【図２】転送セルに含まれるビデオサービスのための転送ブロックを表す図である。
【図３】補助データセルのフォーマットの一例を示す図である。
【図４】圧縮データストリーム内への再エントリーのために利用されるエントリーポイントの概念を示す図である。
【図５】２階層送信システムにおいてエントリーポイントデータを示す図である。
【図６】全体のシステムにおける転送エンコーダとデコーダを識別するためのシステムレベルのブロックダイアグラムである。
【図７】典型的な転送エンコーダを示すブロックダイアグラムである。
【図８】転送エンコーダの動作を示すフローチャートである。
【図９】典型的な転送デコーダを示すブロックダイアグラムである。
【図１０】図１１を含めて、１階層ビデオシステムの転送デコーダの動作を示すフローチャートである。
【図１１】１階層ビデオシステムの転送デコーダの動作を示すフローチャートであり、図１０の続きである。
【符号の説明】
ＧＯＰ Ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｃｔｕｒｅ
Ｉ ｉｎｔｒｆｒａｍｅ ｅｎｃｏｄｅｄ
Ｐ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ ｅｎｃｏｄｅｄ
Ｂ ｆｏｒｗａｒｄ／ｂａｃｋｗａｒｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ ｅｎｃｏｄｅｄ
１０ ＭＰＥＧエンコーダ
１１ ＭＰＥＧ優先度プロセッサ
１２ 転送エンコーダ
１３ システムクロック
１４ データスクランブル機構
１５ マルチプレクサおよびレートバッファ
１６ 送信機
１７ 通信チャンネル受信機
１８ サービスデマルチプレクサおよびレートバッファ
１９ デスクランブラ
２０ 転送デコーダ
２１ システムクロック
２２ ビデオデコーダ（ＭＰＥＧデコーダ）
１００ ビデオエンコーダ
１１０ シーケンス、ＧＯＰおよび画像、ヘッダのメモリ
１１５ ユーザデータメモリ
１２０ セルフォーマッタＡ
１２５ セル ジェネレーション コントローラ
１３０ クロックフォーマッタ
１３５ システムクロック
１４０ ＨＰセルバッファ
１４５ 優先度ブレークポイントデータ
１５０ エントリーポイントエンコード
１５５ エントリーポイントデータメモリ
１６０ ＬＰセルフォーマッタＢ
１７０ ＨＰセルバッファ
２００ 転送セルバッファ
２０５ セル喪失ディテクターＡ
２１０ セル解析器（ｐａｒｓｅｒ）Ａ
２１５ ユーザ・データ・メモリ
２２０ シーケンス、ＧＯＰおよび画像ヘッダーメモリ
２３０ データ出力レジスタＡ
２３０ 出力レジスタ
２３５ ＬＰセルバッファ
２４０ セル喪失ディテクター
２４５ セル解析器（ｐａｒｓｅｒ）Ｂ
２５０ 再同期ロジック
２５５ エントリーポイントデコーダＢ
２６０ エントリーポイントデコーダＡ
２６５ エントリーポイントデータＡ（メモリ）
２７０ エントリーポイントデータＢ（メモリ）
２７５ データ出力レジスタＢ

Claims (5)

1. 各層を記述するデータを収容するヘッダを有する階層化データを含むＭＰＥＧ圧縮ビデオ信号を送信するためのデジタルビデオ送信システムにおいて、転送セルに前記圧縮ビデオ信号をセグメント化するための方法であって、
   前記圧縮ビデオ信号を供給するステップと、
   前記圧縮ビデオ信号を、予め決められたビット数より大きくないビット数からなるペイロードで、複数のペイロード中に分割するステップと、
   前記転送セルが適用されることになるサービスを識別する第１のデータフィールド（ＳＣＩＤ）で、２^Ｎが４０００を越えるような整数であるＮビットの第１のデータフィールド（ＳＣＩＤ）を形成するステップと、
   サービスの個々に行われる連続カウントで、類似サービスの連続する転送セルにおいてインクリメントする連続カウントを含む、４ビットの第２のデータフィールド（ＣＣ）を形成するステップと、
   関連付けられたペイロードの優先順位を指示する優先順位フラグを含む、１ビットの第３のデータフィールド（Ｐ）を形成するステップと、
   関連付けられたペイロードが予め決められた信号の境界を含むかどうかを指示するフラグを含む、１ビットの第６のデータフィールド（ＢＢ）を形成するステップと、
   スクランブリング情報を含む、２ビットの第４のデータフィールド（ＣＦ、ＣＳ）を形成するステップと、
   複数の選択的なペイロードフォーマットの１つを指示するペイロードタイプの識別子を含む、２ビットの第５のデータフィールド（ＴＹＰＥ）を形成するステップと、
   前記第１、第２、第３、第４、第５および第６のデータフィールドの連結フィールドおよび前記複数のペイロードのうちの１つを含む転送セルを形成するステップと
   を備える方法。
2. 前記第４データフィールドを形成するステップは、２つのフラグのうち、第１のフラグ（ＣＦ）はデータがスクランブルされているかどうかを指示し、第２のフラグ（ＣＳ）は選択的なスクランブリングキーを指示する、２つのフラグを提供するステップを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記圧縮ビデオ信号の補助データを形成するステップと、
   関連付けられた前記圧縮ビデオデータの前記補助データを識別する情報を含む１６ビット（２バイト）の第７のデータフィールドを形成するステップと、
   前記第７のデータフィールドと前記圧縮ビデオデータの前記補助データを含む補助ペイロードを形成するステップと、
   前記第１、第２、第３、第４、第５および第６のデータフィールドからなる連結フィールドおよび前記補助ペイロードを含む転送セルを形成するステップと
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 前記補助ペイロード中の補助データと異なる補助データを収容する第２の補助ペイロードを形成するステップと、
   前記第１、第２、第３、第４、第５のデータフィールドの連結フィールドと前記補助ペイロードおよび前記第２の補助ペイロードを含む転送セルを形成するステップと
   をさらに含む請求項３に記載の方法。
5. 前記圧縮ビデオ信号の前記ペイロードが圧縮解除のエントリーポイントを収容するかどうかを決定するステップと、
   エントリーポイント情報を含む第７のデータフィールドを形成するステップと、
   前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７のデータフィールドの連結フィールドおよび前記複数のペイロードの１つを含む転送セルを形成するステップと
   を含む請求項１に記載の方法。

Images