JP3648560B2

JP3648560B2 - 送信装置及び受信装置

Info

Publication number: JP3648560B2
Application number: JP2001113123A
Authority: JP
Inventors: 依子宇都宮; 巌笹瀬; 武美有田; 智之宇田川; 宏綱張
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology; Keio University
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology; Keio University
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP2002314512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル通信システムにおいて使用される送信装置、受信装置及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭内における無線ネットワークのインタフェースとして、Ｗ１３９４（Wireless１３９４）に注目が集まっている。Ｗ１３９４とは、家庭内ネットワークの有力インタフェースであるＩＥＥＥ１３９４を無線化したものであり、インターネットや音声データなどの比較的低いビットレートの情報だけでなくビデオ信号のような高いビットレートの情報にまで対応可能であることが期待されている。
【０００３】
Ｗ１３９４は、中央制御局であるハブステーションと複数のステーションとからなる中央制御型のシステムである。ハブステーションは、システム内の全てのステーションを管理しており、その制御情報は、ハブステーションと各ステーションとの間で定期的に通信される。
【０００４】
一方、データは、ステーション同士が直接通信することを原則とし、場合によってはハブステーションや他のステーションが中継を行うこともある。データを通信する場合、Ｗ１３９４には、ベストエフォート型の非同期転送方式であるAsync（Asynchronous）転送と、帯域保証型の転送方式であるＩｓｏ（Isochronous）転送の２つの転送方式がある。
【０００５】
図５は、Ｗ１３９４のフレーム構成を示す図である。Ｗ１３９４のフレームは、Async転送を行う非同期スロットと、Ｉｓｏ転送を行うＩｓｏスロットとから構成されており、リアルタイム性を必要とするデータを送信するステーションは、ハブステーションに対して必要な帯域分のＩｓｏスロットを要求し、ハブステーションがＩｓｏスロットを要求している各ステーションにＩｓｏスロットを割り当てる。Ｉｓｏスロットを割り当てられたステーションは、通信が終了するまで独占的にそのＩｓｏスロットを使用することができる。したがって、動画像データや音声データは、Ｉｓｏスロットで転送することによって、リアルタイム性を確保することができる。
【０００６】
図６は、Ｗ１３９４のＩｓｏ転送における画像通信のシステム構成を示す図である。Ｉｓｏ転送では、リアルタイム性の確保を最優先し、伝送誤りヘの対策としてはＲＳ(Reed-Solomon)(255,239)符号とインタリーブが用いられている。
送信側ステーションにおいて、入力した動画像データ（入力動画像信号）は、動画像符号化部１０１でＭＰＥＧ２等の画像符号化処理された後、ＭＡＣ(Media Access Control)層において、例えば２３９バイト単位に分割される。次いで、動画像符号化されたデータは、誤り訂正符号化部１０２でＲＳ符号化により、例えば２３９バイトのデータに１６バイトのパリティビットを付加し、１符号長２５５バイトとする。
【０００７】
図７は、Ｉｓｏブロックを説明するための図である。この２５５バイトの１単位を符号語と呼ぶ。ＲＳ符号化後、さらに符号語４つ分を束ねる。この１０２０バイトの１単位をＩｓｏブロックと呼ぶ。このＩｓｏブロックをいくつか（例えば本発明の実施の形態では４つ）束ねたものが上述のＩｓｏスロットの１つとなる。Ｉｓｏブロックを形成した後、各Ｉｓｏブロックを２５５バイト×４のバッファに格納し、インタリーブ部１０３でバイト単位でインタリーブをかける。その後、データをＰＨＹ（Physical Layer Protocol）層に渡し、直交振幅変調部１０４で１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等で変調した後に無線チャネル１０５で送信する。
【０００８】
一方、受信側ステーションにおいては、受信したデータをＰＨＹ層の直交振幅復調部１０６で復調し、ＭＡＣ層に受け渡す。受信データは、ＭＡＣ層のデインタリーブ部１０７でデインタリーブされ、誤り訂正復号部１０８においてＲＳ復号で伝送誤りが訂正される。さらに、誤り訂正されたデータは、動画像復号部１０９において、伸長された後に画面に表示される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、Ｗ１３９４においては動画像通信を行う際、帯域保証型転送であるＩｓｏ転送を用い、Ｉｓｏ転送では、誤り対策技術としてＲＳ符号とインタリーブを用いている。
しかしながら、Ｗ１３９４は高速転送方式であり、また家庭内という環境から端末の移動速度が遅いため、フェージングの周期が長く、データに生じる伝送誤りのバースト長は非常に長い。また、リアルタイム動画像の伝送においては、許容遅延時間以内に符号語の受信及び誤り訂正・画像復号を行うために、誤り訂正に必要な計算量を低減する必要があり、情報に付加するＲＳ符号の冗長度を増やすことはできない。
【００１０】
したがって、バースト誤りがＲＳ符号の訂正能力を超えて、無線チャネルにおける伝送誤りを十分に訂正することができないため、動画像の品質が劣化するという問題点がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、誤り訂正に関する計算量を増大させずに伝送誤りを減らし、従来方式よりも通信品質を向上させることができる送信装置、受信装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の送信装置は、元データを所定の符号化レートにて符号化する符号化手段と、上記符号化された元データのコピーデータを作成するコピーデータ作成手段と、伝送路の状態に関する情報を入力し、伝送路の状態が所定の状態より悪い場合に、前記符号化手段に低い符号化レートを指示し、前記コピーデータ作成手段に所定の個数のコピーデータを作成させ、該低い符号化レートによって符号化された元データ及び所定の個数のコピーデータを送信するように制御する制御手段とを備える。
【００１２】
また、前記符号化手段はＮ（自然数）分の１に符号化レートを下げるものであり、前記コピーデータ作成手段はＮ−１個のコピーデータを作成するものであることで、下げた符号化レートに対応する帯域に合うコピーデータを作成することができる。
また、前記制御手段は、前記元データとそのコピーデータとを異なるタイミングで送信するように制御することで、フェージングの影響をより小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明の受信装置は、送信装置から送信された元データ及びそのコピーデータを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている元データ及びそのコピーデータの内で誤りの少ないデータを選択するデータ選択手段とを備える。
また、前記データ選択手段は、誤り訂正符号の復号における誤り検出の結果に基づいてデータを選択することで、特別な検出手段を使用することなく誤りを評価することができる。
【００１４】
また、前記データ選択手段は、誤り訂正が可能であるデータがある場合にその内の任意のデータを選択することで、簡易な判断手続きで正確な復号をすることができる。
また、前記元データ及びそのコピーデータは異なるタイミングで受信することで、フェージングの影響をより小さくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の送信装置及び受信装置では、伝送誤り対策として、符号化レートの制御とコピーデータの送信を用いる。チャネル状態が悪化した場合、符号化レートを１／Ｎ（Ｎ：自然数）に落し、伝送情報としては同一データをＮ個送ることによって、バースト誤りの影響を軽減し、動画像などの通信品質を向上させる。なお、コピーデータは、互いに時間間隔をあけて送信されることが望ましい。このように互いに時間間隔をあけて送信されることにより、元データとコピーデータとが異なるフェージングを受けることになり、元データとコピーデータの両方が大きな伝送誤りを有する確率が小さくなり、通信品質を向上させることができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図である。
送信装置１では、入力動画像信号が、制御部１６で決定された動画像符号化レートに従って、動画像符号化部１１でＭＰＥＧ２等の画像符号化処理された後、誤り訂正符号化部１２でＲＳ符号化される。誤り訂正符号化されたデータは、コピーデータ作成部１３に出力される。コピーデータ作成部１３では、制御部１６で決定されたコピー作成数に従ってコピーデータを作成する。制御部１６は、伝送路モニタ部１５で検出された伝送路状態に基づいて、動画像符号化レート、及び場合によりコピー作成数を決定する。決定された動画像符号化レートは、動画像符号化部１１に出力され、コピー作成数はコピーデータ作成部１３に出力される。
コピーデータが作成された後に、このコピーデータ及び元データは、インタリーブ部１４でインタリーブされる。その後、データをＰＨＹ層に渡し、変調した後に伝送路（無線チャネル）で送信する。
【００１７】
一方、受信装置２においては、受信したデータをＰＨＹ層で直交振幅復調した後、デインタリーブ部２１でデインタリーブし、バッファ２２ａ〜２２ｎに出力する。元データは、バッファ２２ａに格納し、コピーデータはバッファ２２ｂ〜２２ｎに格納される。
誤り訂正復号部２３ａ〜２３ｎにおいて、バッファ２２ａ〜２２ｎに格納されている各データについてそれぞれＲＳ復号で伝送誤りが訂正される。データ選択部２４では、誤り訂正復号部２３ａ〜２３ｎにおける誤り訂正の際に、元データ及びそのコピーデータの内で誤りの少なかったデータを選択する。そして、訂正された誤りの少ないデータは、動画像復号部２５において、伸長された後に画面に出力動画像信号として表示される。
【００１８】
次に、上記構成を有する通信システムの動作について説明する。
まず、送信装置（送信ステーション）について説明する。
Ｗ１３９４では、送信装置１（送信ステーション）と受信装置２（受信ステーション）との間の通信品質を測定するために、フレームの管理エリアにおいて、ハブステーションの指示を受けた複数のステーションが全ステーションに対してステーションＳＹＮＣ信号を送信する。各ステーションは、そのステーションＳＹＮＣ信号を受信し、受信信号の受信電力を測定し、その測定結果をハブステーションに報告する。したがって、各ステーションは、常に他の全ステーションとの通信品質情報（受信電力）を保持している。伝送路モニタ部１５は、この通信品質情報である受信電力を制御部１６に出力する。
【００１９】
制御部１６では、受信電力に基づいて動画像符号化レートを決定する。例えば、送信ステーションからのステーションＳＹＮＣ信号の受信電力が基準値よりも低くなった場合、チャネル状態が悪いと判断し、動画像の符号化レートを１／Ｎに下げる。動画像符号化レートを下げることによって、半分空いたＩｓｏスロットの帯域を利用して、元の動画像データの送信後にＮ−１個のコピーデータを送信する。すなわち、Ｎ個の同一データを送信する。ここで、コピーデータとは、送信データを複製した、送信データと同一のデータをいう。
【００２０】
図２は、例としてＮ＝２（１個のコピーデータ）とした場合のコピーデータの送信間隔を示す図である。ここで、コピーデータの送信間隔をＤとする。コピーデータは、ＭＡＣ層において１０２０バイトの１Ｉｓｏブロック単位で作成し、送信間隔Ｄで送信する。図２において、Ｄ＝１では、元の動画像データとコピーデータを１Ｉｓｏブロックずつ交互に送信する。ここで、従来は符号化レートが本実施の形態の２倍であるので、本実施の形態の１つの元Ｉｓｏブロックの動画像データに対して２倍のデータ量であることが示されている。Ｄ＝２の場合は、元の動画像データを２Ｉｓｏブロック続けて送信した後にコピーデータを２Ｉｓｏブロック分送信する。以下、Ｄ＝３，４，…の場合も同様である。
【００２１】
また、インタリーブは、Ｄ＝１の場合は従来方式と同様に１０２０バイトの１Ｉｓｏブロックごとにかけるが、Ｄ＝２の場合には、２Ｉｓｏブロック分をまとめ、２０４０バイトのデータを２５５バイト×８のバッファに格納し、バイト単位でかける。Ｄ＝３では、３Ｉｓｏブロック分のデータをまとめてインタリーブを行い、Ｄ＝４では、４Ｉｓｏブロック分のデータをまとめてインタリーブを行う。
【００２２】
次に、受信装置（受信ステーション）について説明する。
図３は、例としてＮ＝２とした場合の受信装置の構成を示す図である。バッファ２２ａ，２２ｂを用いて、元データとそのコピーデータを別々に格納する。誤り訂正復号部２３ａ〜２３ｎは、元データとコピーデータから２５５バイトの１符号語ずつ取り出し、各符号語に生じた伝送誤りがＲＳ復号によって訂正が可能であるか、不可能であるかを調べる。
【００２３】
ＲＳ符号では、データに生じた伝送誤りが訂正可能であるか不可能であるかを復号時に判定している。したがって、データ選択部２４は、元データの符号語とコピーデータの符号語の復号結果を比較して、両方とも符号語中の伝送誤りをＲＳ復号によって訂正可能である場合は元データの符号語を選択し、片方が訂正可能でもう片方が訂正不可能な場合には、訂正可能な方の符号語を選択する。また、両方の符号語とも伝送誤りを訂正不可能である場合には、元データの符号語を選択する。
【００２４】
元データとコピーデータは、時間がずれて送信されてくるので、フェージングの状態が異なると考えられる。したがって、誤りが生じる割合が異なることになる。このため、元データとコピーデータの両方が誤って訂正が不可能である確率は低いと考えられる。この結果、伝送誤りを減らして動画像品質を向上させることができる。
【００２５】
各符号語ごとに誤り訂正可能な方を選択し、動画像復号に必要なデータ量が集まったら、ＭＰＥＧ復号器（動画像復号部２５）で動画像復号を行い、出力動画像信号として再生する。Ｎ＝３，４…としてＮ個の同一データを送信した場合も同様に、Ｎ個の同一データの符号語の中から誤り訂正可能な符号語を選択して動画像を再生する。
【００２６】
次に、コピーデータ送信による遅延について説明する。
本発明の通信システムにおいて、コピーデータ送信に伴って遅延が発生する。この場合の遅延とは、絶対遅延時間のことであり、従来方式の動画像を入力してから表示するまでにかかる時間をＴｃとし、本発明方式の動画像を入力してから表示するまでにかかる時間をＴｐとすると、ΔＴ＝（Ｔｐ−Ｔｃ）である。ここでは例として、符号化レートを１／２倍（Ｎ＝２）、従来方式における符号化レートを８Ｍｂｐｓとし、本発明方式における符号化レートを４Ｍｂｐｓとした場合について検討する。
【００２７】
図４は、従来方式と本発明方式を用いて伝送した場合のタイムチャートである。まず、従来方式における符号化レート８Ｍｂｐｓの動画像データがどのように伝送されるかについて説明する。
Ｗ１３９４の１フレームは４ｍｓｅｃであるから，１ｓｅｃでは１ｓｅｃ／４ｍｓｅｃ＝２５０フレームとなる。すなわち、８Ｍｂｉｔｓ／２５０フレーム＝３２ｋｂｉｔｓ／フレーム＝４ｋｂｙｔｅｓ／フレームより、１フレームで４ｋｂｙｔｅｓのデータを送信すればよい。ここで、１Ｉｓｏブロックは、１０２０ｂｙｔｅｓであるから、結局８Ｍｂｐｓの動画像データを送信するために、１フレームに４Ｉｓｏブロックのデータを送信することになる。
【００２８】
一方、本発明方式Ｄ＝１における伝送は次のようになる。本発明方式の符号化レートは４Ｍｂｐｓであるため、従来方式における１フレーム分のデータである４Ｉｓｏブロックのデータは、２Ｉｓｏブロックのデータ量になる。しかしながら、同時にコピーデータを送信するため、結局は４Ｉｓｏブロックのデータ量になり、同じフレームで元ＩｓｏブロックとそのコピーＩｓｏブロックを送信することになるので、従来方式と同じ時刻に動画像の復号を開始することができる。Ｄ＝２の場合は、Ｄ＝１の場合と元ＩｓｏブロックとコピーＩｓｏブロックの送信順序が変わるだけであり、やはり同じフレームで元ＩｓｏブロックとそのコピーＩｓｏブロックを送信することになるので、従来方式と比べて遅延は生じない。
【００２９】
次に、Ｄ＝３の場合は、上述のようにインタリーブを３Ｉｓｏブロックまとめてかけているため、３Ｉｓｏブロックのコピーデータが到着するまで復号を開始することができない。したがって、２フレーム目の伝送が完了するまで待たなければならず、従来方式と比べて１フレーム分の遅延が生じる。
【００３０】
このように、コピー送信間隔Ｄ＝２，４，…，２ｎ（ｎ：自然数）の場合には、本発明方式は従来方式よりも（Ｄ／２−１）フレーム、Ｄ＝１，３，…，２ｎ−１（ｎ：自然数）の場合には、（（Ｄ＋１）／２−１）フレームの遅延が生じる。遅延フレーム数をＦとすると、遅延時間ΔＴは（４×Ｆ）ｍｓｅｃである。ここで、仮にＤ＝１０とした場合、Ｆ＝４より４ｍｓｅｃ×４＝１６ｍｓｅｃ遅延が生じることになる。
【００３１】
一方、動画像における１フレーム（ここではＮＴＳＣにおけるもの）の表示時間は３３（≒１０００／３０）ｍｓｅｃであり、一般に３３ｍｓｅｃ以下の遅延であれば動画像通信の品質に影響しない。したがって、本発明における遅延は、Ｄを適切に設定することにより許容範囲内に収めることができ、リアルタイム動画像通信の品質に影響を与えるものではないといえる。したがって、本発明では、コピーデータを送信することによって、リアルタイム性を損なうことなく、動画像品質の向上を実現することができる。
【００３２】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において記載したデータ長さ（スロット長やフレーム長）については特に限定されず適宜変更して実施することが可能である。
また、上記実施の形態では、動画像データについて説明しているが、本発明は動画像データに限定されず、静止画像データや音声データにも適用することが可能である。
【００３３】
さらに、本発明の送信装置及び受信装置は、コンピュータを本送信装置又は受信装置として機能させるためのプログラムでも実現される。このプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。
このプログラムを記録した記録媒体は、図１に示される送信装置又は受信装置に装填されているＲＯＭそのものであってもよいし、また、外部記憶装置としてＣＤ−ＲＯＭドライブ等のプログラム読取装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等であってもよい。
また、上記記録媒体は、磁気テープ、カセットテープ、フロッピーディスク、ハードディスク、ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等、又は半導体メモリであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の送信装置、受信装置及びプログラムは、リアルタイム性を損なうことなく、動画像品質を向上させることができる。すなわち、このシステムによれば、誤り訂正に関する計算量を増大させずに例えばＷ１３９４のＩｓｏ転送における伝送誤りを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】例としてＮ＝２とした場合のコピーデータの送信間隔を示す図である。
【図３】例としてＮ＝２とした場合の受信装置の構成を示す図である。
【図４】従来方式と本発明方式を用いて伝送した場合のタイムチャートである。
【図５】Ｗ１３９４のフレーム構成を示す図である。
【図６】Ｗ１３９４のＩｓｏ転送における画像通信のシステム構成を示す図である。
【図７】Ｉｓｏブロックを説明するための図である。
【符号の説明】
１送信装置
２受信装置
１１動画像符号化部
１２誤り訂正符号化部
１３コピーデータ作成部
１４インタリーブ部
１５伝送路モニタ部
１６制御部
２１デインタリーブ部
２２ａ〜２２ｎバッファ
２３ａ〜２３ｎ誤り訂正復号部
２４データ選択部
２５動画像復号部

Claims

元データを所定の符号化レートにて符号化する符号化手段と、上記符号化された元データのコピーデータを作成するコピーデータ作成手段と、伝送路の状態に関する情報を入力し、伝送路の状態が所定の状態より悪い場合に、前記符号化手段に低い符号化レートを指示し、前記コピーデータ作成手段に所定の個数のコピーデータを作成させ、該低い符号化レートによって符号化された元データ及び所定の個数のコピーデータを送信するように制御する制御手段とを備えることを特徴とする送信装置。
前記符号化手段はＮ（自然数）分の１に符号化レートを下げるものであり、前記コピーデータ作成手段はＮ−１個のコピーデータを作成するものであることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
前記制御手段は、前記元データとそのコピーデータとを異なるタイミングで送信するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の送信装置。
伝送路の状態が所定の状態より悪い場合に、送信装置から送信された低い符号化レートによって符号化された元データ及び所定の個数のそのコピーデータを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている元データ及びそのコピーデータの内で誤りの少ないデータを選択するデータ選択手段とを備えることを特徴とする受信装置。
前記データ選択手段は、誤り訂正符号の復号における誤り検出の結果に基づいてデータを選択することを特徴とする請求項４記載の受信装置。
前記データ選択手段は、誤り訂正が可能であるデータがある場合にその内の任意のデータを選択することを特徴とする請求項４記載の受信装置。
前記元データ及びそのコピーデータは異なるタイミングで受信されたことを特徴とする請求項４〜６いずれかに記載の受信装置。