JP3712422B2 - デジタルデータの符号化、伝送、復号化のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、データセグメントが可変長でグループ化されるデジタルデータの符号化、伝送、復号化のための方法および装置に関する。
デジタルデータの伝送、いわゆるパケット配列されたデータ伝送の際には、データがデータセグメントにグループ化される。これは、固定的な所定のセグメント長もしくは可変のセグメント長を有している。これらのデータセグメントは、チャネル符号化されて伝送される。
デジタルデータには、例えばＡＳＣＩＩフォーマットのビデオデータ、デジタルオーディオデータ、あるいはデジタルテキスト情報等がある。
データセグメントに対して可変のセグメント長が許容されるならば、受信局に対して次のような問題が生じる。すなわちデータセグメントに間する、受信したシーケンシャルビットストリームへの正確な同期化の問題、すなわちそれぞれのデータセグメントの開始を正確に探し出さなければならない問題が生じる。この問題は通常は、多重化によって解決されている。
国際電気通信連合ＩＴＵ（International Telecommunications Union, Multiplex Protocol for low bitrate multimedia communication, 1996)の標準仕様においては、テレビ電話用標準仕様ＩＴＵ−Ｈ．３２４の多重化プロトコルＩＴＵ−Ｈ．２２３が記載されている。このＩＴＵ−Ｈ．２２３準拠の多重化プロトコルでは、可変のセグメント長が用いられている。個々のデータセグメントは、いわゆる同期語（HDLC-Flags, High Level Data Link Control-Flags)によって相互に分離されている。このＨＤＬＣフラグは、ビットシーケンス“01111110”からなっている。データセグメント内に現われる同じビットシーケンスの同期語としての誤った分類（エミュレーション）を回避するために、符号化の際に、ビットシーケンス“11111”（値“１”を有する５つの順次連続したビット）の後の各データセグメントが検査される。そのようなビットシーケンスが検出されたならば、自動的に値“０”の１つのビットが挿入される。この手法は、ビットスタッフィングとも称される。
しかしながらこの方法は、エラーの生じた伝送チャネル、例えばＧＳＭ方式またはＤＥＣＴ方式による伝送チャネルのもとでは劣悪な特性を示す。伝送時に同期語内部でエラーが発生した場合には、エラーを生じた伝送チャネルによって同期語がしばしば見失われる。またデータセグメント内の伝送エラーも同期語がエミュレートされることに結び付く可能性がある。このことは伝送されたデータセグメントの受信の際に誤った同期を引き起こす。
ヨーロッパ特許出願EP-A-0 690 630明細書からはデジタルデータの伝送のための方法および装置が公知である。この明細書に記載の方法では、“シリアルデジタルデータインターフェース（ＳＤＤＩ）”フォーマットによるデジタルデータが符号化され伝送され復号化されている。この符号化、伝送、復号化に対しては、ＳＤＤＩフォーマットに応じて調整された装置が用いられている。
欧州特許出願EP-A-0 666 652明細書からは、可変長のデジタル信号の復号化のための方法が公知である。この明細書に記載の手法では、受信したデジタル信号の本来の復号化の前に、それぞれ受信した信号の長さが次のように処理されている。すなわち処理されたデジタル信号が所定の最大長を有するように処理されている。
本発明の課題は、データセグメントに対して確実な同期を達成することのできる方法と装置を提供することである。
この課題は、請求項１，３，４，５，６，７に記載された本発明による方法および請求項１３，１５，１６，１７，１８，１９に記載された本発明による装置によって解決される。
請求項１に記載の方法によれば、デジタルデータが少なくとも１つのデータセグメントにグループ化される。このデータセグメントは符号化され、この場合データセグメントの長さ情報が符号化の際にデータセグメントの制御情報にプロットされる。
請求項３に記載の方法によれば、データセグメントの長さ情報を有する制御情報を含んだデータセグメントがデータセグメントの長さ情報に依存して復号化される。
請求項４に記載の方法によれば、それぞれのデータセグメントの長さ情報を有する制御情報を含んだデータセグメントが少なくとも別の１つのデータセグメントの長さ情報に依存して復号化される。
デジタルデータの符号化のための装置は、プロセッサユニットを有しており、これは符号化のための方法の方法ステップを実施するように構成されている。
またデジタルデータの復号化のための装置は、プロセッサユニットを有しており、これは復号化のための方法の方法ステップを実施するように構成されている。
これらの装置は、プログラミング可能なマイクロプロセッサ、プロセッサユニットを有する汎用コンピュータであってもよい。デジタル化された画像の符号化ないし復号化はこの場合、コンピュータプログラムの適用下で行われ、これは次のようにプログラミングされている。すなわち相応の方法ステップがコンピュータによって実施されるようにプログラミングされている。
またこれらの装置は、ハードウエア構成ユニット、例えば符号化ないし復号化のための特殊なコンピュータカードであってもよい。
本発明は、具体的には、それぞれのデータセグメントの長さ情報がデータセグメントの制御情報に含まれており、これによって確かな同期化と共にエラーに対する耐性の向上が認められる。
本発明の別の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
エラーに対する耐性の向上はさらに次のような改善例によってさらに向上される。すなわちセグメント長の情報に対して付加的に同期化語も利用し、場合によってはさらにビットスタッフィング技法も利用する。
さらにエラーに対する耐性の向上を高める別の改善例によれば有利には、セグメント長の情報および/またはデータセグメント内に含まれるデータの形式に関する情報がエラー識別情報および/またはエラー補正情報によって保証される。
図には本発明の有利な実施例が示されており、これはさらに以下の明細書で詳細に説明する。
この場合図１は、制御情報と有効データ情報を有するデータセグメントの構造を概略的に示した図であり、
図２は、２つの計算機と、デジタルデータの符号化、伝送および復号化のための伝送媒体を備えた計算装置の概略図であり、
図３は、本発明による方法の方法ステップを示したフローチャートである。
図２にはカメラＫが示されており、このカメラＫによって一連の画像シーケンスＢが記録され、デジタルビデオデータＶＤとして第１の計算機Ｒ１に接続線Ｖを介して供給され記憶される。マイクＭＩＫを介して音声信号ＳＳが録音され、デジタルオーディオデータＡＤとして第１の計算機Ｒ１に供給され記憶される。テキスト情報ＴＤの入力は、キーボードＴＡを介しておよび/またはマウスＭＡを介して行われる。第１の計算機Ｒ１は、さらに任意の情報を表示するためのディスプレイＢＳを有している。
この第１の計算機Ｒ１は、伝送媒体ＵＭ、例えばケーブルまたは無線伝送区間を介して、第２の計算機Ｒ２に接続されている。この伝送媒体ＵＭを介すことにより、第１の計算機Ｒ１によって符号化されたデジタルデータは、第２の計算機Ｒ２に伝送されそこで復号化される。
第１の計算機Ｒ１と第２の計算機Ｒ２は、それぞれ１つのメモリＳＰとプロセッサユニットＰを有しており、これらはバスＢＵを介して相互に接続されている。第１の計算機Ｒ１のプロセッサユニットＰは、以下で説明するデジタルデータの符号化のための方法ステップを実施するように構成されている。第２の計算機Ｒ２のプロセッサユニットは、受信した符号化データを以下で説明する方法に相応して復号化するように構成されている。この第２の計算機Ｒ２も同じように、任意の情報を表示するためのディスプレイＢＳと、キーボードＴＡおよび/またはマウスＭＡ、カメラＫ、マイクＭＩＫを有している。
デジタルデータ、ビデオデータＶＤ、オーディオデータＡＤ、および/またはテキストデータＴＤは、第１の計算機Ｒ１において少なくとも１つのデータセグメントＤｓｉ（ｉ＝１………ｎ）にグループ化される（ステップ１０１）（図１参照）。
このデータセグメントＤｓｉは、制御情報Ｋｉと有効データ情報ＮＤｉを含んでおり、これらが本来の伝送すべきデジタルデータである。
このデータセグメントＤｓｉの構造は図２に示されている。
このデータセグメントＤｓｉは同期語Ｓ（ＨＤＬＣフラグ）を有しており、これはビット列“0111 1110”からなっている。
制御情報Ｋｉは伝送に必要な情報を含んでいる。４ビット長の多重化コードフィールドＭＣにおいては、データのどの方式がどのような順序で有効データ情報ＮＤｉに含まれているかが示されている。
セグメント長フィールドによっては、データセグメントＤＳｉの長さも含めて有効データ情報ＮＤｉの長さが示される。なぜなら前記制御情報Ｋｉと同期語Ｓは、固定的に設定された長さを有しているからである。
セグメント長フィールドＭＰＬは、７ビットの長さを有しており、これにより最大長１２６バイトの有効データ情報ＮＤｉの書込みが可能である。値１２７は、有効データ情報ＮＤｉが１２６バイトよりも長い場合のリザーブである。
ＢＣＨフィールドＢＣＨは、制御情報Ｋｉに含まれているデータに対するエラー識別情報および/またはエラー補正情報を含んでいる。このＢＣＨフィールドは４ビットの長さを有している。このＢＣＨフィー府℃ＢＣＨは、制御情報Ｋｉを介して形成されたＢＣＨコード（１５，１１）を含んでおり、これは３つのフリー間隔を有している。このＢＣＨコード（１５，１１）を用いてエラーが補正可能であり、さらなるエラーも識別できる。
有効データ情報ＮＤｉは、ビデオデータＶＤ、オーディオデータＡＤ、および/またはテキストデータＴＤを含んでいる。
このデータセグメントＤＳｉないしこれらのデータセグメントＤＳｉは、符号化される。この場合セグメント長フィールドＭＰＬには第１の計算機Ｒ１によって有効データ情報ＮＤｉがプロットされる（ステップ１０２）。
符号化されたこのデータセグメントＤＳｉないしこれらのデータセグメントＤＳｉは、第１の計算機Ｒ１によって第２の計算機Ｒ２に伝送される（ステップ１０３）。
第２の計算機Ｒ２において受信されたデータセグメントＤＳｉは、データセグメントＤＳｉのセグメント長フィールドＭＰＬ内の長さ情報に依存して、および/または他のデータセグメントＤＳｊ（ｊ≠ｉ）のセグメント長フィールドＭＰＬ内の長さ情報に依存して復号化される（ステップ１０４）。
このことは次のようにして行われる。すなわちビットストリームの受信の際に、まず同期語Ｓが求められることによって行われる。これはデータセグメントＤＳ１の開始を見つけるためである。
この同期語Ｓのエラーに対する耐性を高めるために、多数のビット示す相関閾値が利用される。これは同期語Ｓとして分類され得るために同期語Ｓと同じデータ語を有していなければならない。この相関閾値が過度に高く選定された場合には、識別されない同期語Ｓの数が増加する。なぜなら伝送エラーは同期語Ｓのエラーを引き起こすからである。
過度に低く選定された相関閾値のもとでは、より多くの同期語Ｓが識別される。但し誤って分類された同期語Ｓの数も増加する。
３２ビットの長さの同期語Ｓのもとでは、２７ビットの相関閾値で十分であることがわかっている。
同期語Ｓが正確に求められ、制御情報Ｋｉも正確に復号化されたならば、セグメント長フィールドＭＰＬの適用のもとで、後続するデータセグメントＤＳｉ＋１の同期語Ｓの位置が求められる。
それにより先見的な見地に基づいて、検出された位置に対する補正閾値を、エラーに対する耐性向上のために低減することも可能である。この場合には、２３ビットの相関閾値で十分であることが明らかである。
エラーを含んだ復号化を避けるためにさらに、同期語Ｓの後の有効データ情報においてもサーチが行われる。この場合はいずれにせよ誤った同期語Ｓの検出を避けるために相関閾値が高めに選定される。この場合は３０ビットの相関閾値で十分であることが明らかである。
さらに先験的な見地に基づいて復号化の際に、先行するデータセグメントＤＳｉ−１が用いられ、データセグメントＤＳｉの同期語Ｓの位置とデータセグメントＤＳｉ内の制御情報Ｋｉの位置が求められる。ここにおいてデータセグメントＤＳｉ内の制御情報Ｋｉの復号化がもはやエラーなしであるならば、相関付けの結果に依存することなく、データセグメントＤＳｉは正確に識別されたものとみなすことができる。
データセグメントＤＳｉ内の制御情報Ｋｉが正確に復号化されなかった場合には、セグメント長フィールドＭＰＬは利用することができない。このような場合には、後続のデータセグメントＤＳｉ＋１の同期語Ｓが求められる。それにより、順次連続する同期語Ｓ間のビットの数がわかる。この情報から有効データ情報ＮＤｉの長さとセグメント長フィールドＭＰＬの値が算出される（制御情報Ｋｉおよび同期語Ｓは固定長を有する）。それにより、セグメント長フィールドＭＰＬをこの計算に基づいて補正することが可能となる。それに伴って制御情報Ｋｉの正確な復号化の確率も高まる。
以下の明細書では、前述した実施例の幾つかの変化例を説明する。
なお制御情報Ｋｉ内の前述したフィールドにおけるビットの数は自由に設定できるものであって、これは本発明にとっては特に重要なものではない。
同期語の利用は必ずしも必要ではないが、但しデータ伝送の際のエラーに対する耐性を高めるものである。同期語の長さが長ければ長いほど、エラーに対する耐性も高まる。
ＢＣＨフィールドＢＣＨに含まれているエラー識別情報および/またはエラー補正情報は、エラー識別および/またはエラー補正のためのコードの適用のもとに任意の形式で形成されてもよい。このＢＣＨフィールドＢＣＨの適用は、本発明の枠内では任意のものである。
これらの関係を踏まえた上で、前述した計算機とは、前述したような方法ステップを実施することのできるプロセッサユニットを備えた装置と理解されたい。例えば集積化されたマイクロプロセッサを備えたテレビ電話などである。
本発明によれば、それぞれのデータセグメントの長さ情報がデータセグメントの制御情報内に含まれており、これによって確かな同期化とエラーに対する耐性の向上が達成される。

Claims (10)

1. ビットストリーム内の受信された複数のデータセグメント（ＤＳ）の復号化方法において、
   前記複数のデータセグメント（ＤＳ）はそれぞれ、各データセグメント（ＤＳｉ）の長さ情報（ＭＰＬｉ）を有する制御情報と同期情報（Ｓｉ）とを含んでおり、
   この場合前記データセグメント（ＤＳｉ）は、後続するデータセグメント（ＤＳｉ＋１）のそのつどの同期情報（Ｓｉ＋１）が相関閾値を用いて求められるように復号化され、
   この場合そのつどの相関閾値は、現下のデータセグメント（ＤＳｉ）の長さ情報（ＭＰＬｉ）と同期情報（Ｓｉ）に依存して適応化されるようにしたことを特徴とする方法。
2. デジタルデータの符号化、伝送、復号化のための方法において、
   （ａ）複数のデジタルデータを、複数のデータセグメント（ＤＳ）にグループ化する（Ｓ１０１）ステップと、
   （ｂ）前記複数のデータセグメント（ＤＳ）の符号化を行う（Ｓ１０２）ステップと、；この場合データセグメント（ＤＳｉ）のそれぞれの長さ情報（ＭＰＬｉ）が符号化の際にデータセグメント（ＤＳｉ）の制御情報（Ｋｉ）内にプロットされ、当該データセグメント（ＤＳｉ）には符号化の際にそれぞれ１つの同期化情報が割当てられ、
   （ｃ）前記データセグメント（ＤＳｉ）をビットストリームとして伝送する（Ｓ１０３）ステップと、
   （ｄ）ビットストリーム内のデータセグメント（ＤＳｉ）を受信するステップと、
   （ｅ）受信したデータセグメント（ＤＳｉ）を、受信したデータセグメント（ＤＳｉ）のそのつどの同期情報（Ｓｉ）が相関閾値を用いて求められるように復号化する（Ｓ１０４）ステップとを有し、
   この場合そのつどの相関閾値は、先行の受信されたデータセグメント（ＤＳｉ−１）の長さ情報（ＭＰＬｉ−１）と同期情報（Ｓｉ−１）に依存して適応化されるようにしたことを特徴とする方法。
3. 前記受信したデータセグメント（ＤＳｉ）の復号化を、データセグメント（ＤＳｉ）の長さ情報（ＭＰＬｉ）と、データセグメント（ＤＳｉ）の同期情報（Ｋｉ）に依存して行う、請求項２記載の方法。
4. 前記制御情報（Ｋｉ）は、データセグメント（ＤＳｉ）内部で一義的なビットシーケンスの形態の少なくとも１つの同期情報（Ｓｉ）を含んでいる、請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
5. 前記制御情報（Ｋｉ）は、当該デジタルデータがどのような形式でデータセグメント（ＤＳｉ）内に含まれているのかに関する情報（ＭＣ）を含んでいる、請求項１〜４いずれか１項記載の方法。
6. 含まれているデータの形式に関する情報（ＭＣ）が４ビットの長さを有している、請求項５記載の方法。
7. 長さ情報（ＭＰＬ）が７ビットの長さを有している、請求項１〜６いずれか１項記載の方法。
8. 長さ情報（ＭＰＬ）および/またはデータセグメント（ＤＳｉ）内に含まれているデータの形式に関する情報（ＭＣ）が、エラー識別情報（ＢＣＨ）および/またはエラー補正情報によって保証されている、請求項１〜７いずれか１項記載の方法。
9. ビットストリーム内の複数の受信データセグメントの復号化のための装置において、
   データセグメント（ＤＳ）の受信のための受信ユニット有し、該受信ユニットはプロセッサユニット（Ｐ）を有しており、
   受信された複数のデータセグメントは、それぞれのデータセグメント（ＤＳｉ）の長さ情報（ＭＰＬｉ）を有する制御情報（Ｋｉ）と同期情報（Ｓｉ）を含み、
   受信されたデータセグメント（ＤＳｉ）は、受信されたデータセグメント（ＤＳｉ）のそのつどの同期情報（Ｓｉ＋１）が相関閾値を用いて求められるように復号化され、
   この場合そのつどの相関閾値は、先行する受信データセグメント（ＤＳｉ−１）の長さ情報（ＭＰＬｉ−１）と同期情報（Ｓｉ−１）に依存して適応化されるように構成されていることを特徴とする装置。
10. デジタルデータの符号化、伝送、復号化のための装置において、
    （ａ）第１のプロセッサユニット（Ｐ１）を備えた第１の装置を有し、この場合複数のデジタルデータが少なくとも１つのデータセグメント（ＤＳ）にグループ化され、該データセグメント（ＤＳ）は符号化され、この場合データセグメント（ＤＳ）の長さ情報（ＭＰＬ）が符号化の際にデータセグメント（ＤＳｉ）の制御情報（Ｋｉ）内にプロットされ、さらに当該データセグメント（ＤＳｉ）には同期化情報（Ｓｉ）が割当てられており、
    （ｂ）データセグメント（ＤＳｉ）を伝送する手段（ＵＭ）を有し、
    （ｃ）データセグメント（ＤＳ）の受信のための受信ユニットと第２のプロセッサユニット（Ｐ２）を備えた第２の装置を有し、この場合受信されたデータセグメント（ＤＳｉ）は、受信されたデータセグメント（ＤＳｉ）のそのつどの同期情報（Ｓｉ＋１）が相関閾値を用いて求められるように復号化され、
    この場合そのつどの相関閾値は、先行する受信データセグメント（ＤＳｉ−１）の長さ情報（ＭＰＬｉ−１）と同期情報（Ｓｉ−１）に依存して適応化されるように構成されていることを特徴とする装置。

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