JP3795183B2 - デジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を伝送することに使用するデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置に係り、特にデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送することに使用するデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を階層伝送する際、１つ以上の系統に分割して伝送することに使用するデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置に関するものであり、ヌルパケット（パケットと同一長の無効データ）を適切な数、適切な位置に挿入することにより、各系統に対するデジタル信号の分配割合や各系統が持つ伝送パラメータの違いなどにより生ずる信号全体の伝送レートの変動を吸収して、デジタル信号の伝送レートを一定にし、これによって複数の伝送クロックの発生を不要にするものである。
【０００３】
【従来の技術】
固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送するときには、各系統の伝送パラメータ、例えば伝送容量などが異なることから、各系統へのデジタル信号の分配割合が変わると、デジタル信号全体の伝送レートが変わる。すなわち、１つ以上の系統に分割して伝送する場合の具体例として、例えば、１系統の場合であっても、伝送パラメータが時間的に変わることで、デジタル信号の伝送レートが変わる。また、２つ以上の系統の場合には、各系統の伝送パラメータや、各系統へのデジタル信号の分配割合が時間的に変わることで、デジタル信号の伝送レートが変わる。
【０００４】
このため、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送するときには、それぞれの伝送レートと一致したクロック信号を発生して、デジタル信号を処理するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のデジタル信号伝送方法においては、伝送レートの種類が少ない場合であれば、それぞれの伝送レートに応じたクロック信号を発生することができるものの、各系統の伝送パラメータや各系統へのデジタル信号の分配割合を柔軟に変更する場合には、全ての伝送レートに対応するクロック信号を発生しなければならない分、装置側の負担が大きくなってしまい、放送受信機のように低廉化が要求されるものでは、視聴者側の負担が大きくなり過ぎるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑み、階層伝送などのように１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートが変化しないようにすることができ、これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして、受信機側の低廉化を達成することができるデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割してＯＦＤＭ伝送するデジタル信号伝送方法において、送信側においては、１フレーム時間に含まれるパケット数を、各系統に各パケットを分配する全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とすることで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統にデジタル信号を分配する割合と各系統の伝送パラメータとの組み合わせで決まる実際のパケット数と、前記整数パケット数との差分を、実際には受信側に伝送されないヌルパケットにするアルゴリズムを用いてデジタル信号の伝送レートを一定とし、受信側では前記送信側で用いたアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いることで送信側と同じ位置にヌルパケットを挿入して受信信号を再生することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２では、請求項１に記載のデジタル信号伝送方法に用いられ、固定長のパケット形式で時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割してＯＦＤＭ送信するデジタル信号送信装置であって、１フレーム時間に含まれるパケット数を、各系統に各パケットを分配する全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とすることで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統にデジタル信号を分配する割合と各系統の伝送パラメータとの組み合わせで決まる実際のパケット数と、前記整数パケット数との差分を、実際には受信側に伝送されないヌルパケットにするアルゴリズムを用いたヌルパケット挿入部を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３では、請求項１に記載のデジタル信号伝送方法に用いられ、固定長のパケット形式で時分割多重されたデジタル信号が１つ以上の系統に分割されて送信されたＯＦＤＭ信号を受信するデジタル信号受信装置であって、１フレーム時間に含まれるパケット数が、各系統に各パケットを分配した全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とされたことで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統で生成される実際のパケット数と前記整数パケット数との差分をヌルパケットにし、このヌルパケットを送信側と同じ位置に挿入して受信信号を再生させる送信側で用いたアルゴリズムと同じアルゴリズムのヌルパケット挿入部を備えたことを特徴としている。
【００１５】
上記各請求項の構成によれば、ＯＦＤＭ伝送において、１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートが変化しないようにすることができる。これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして受信機側の低廉化を達成することができる。
【００１６】
《発明の原理説明》
まず、本発明によるデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置の詳細な説明に先だって、本発明の基本原理について説明する。
【００１７】
固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号として、国際規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１）のＭＰＥＧ−２トランスポートストリーム（ＴＳ）を考える。
【００１８】
このトランスポートストリームは、図３に示すように、１８８バイトのパケット長を持つトランスポートストリームパケット（ＴＳＰ）を基本としているが、このトランスポートストリームパケットの誤り訂正符号となる（２０４、１８８）のリードソロモン符号、または他のブロック符号などの検査符号（Ｃ）を付加し、（２０４、１８８）のリードソロモン符号の場合であれば全体として２０４バイト、他のブロック符号の場合は（１８８＋Ｃ）バイトをトランスポートストリームパケットのパケット長として扱うこともある。
【００１９】
このようなデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送するデジタル伝送方式として、種々の方法、例えばある一定時間（フレーム時間）を周期の単位として、時間的に変調方式、誤り訂正方式などを切り換える時分割多重方式などがある。また、ＯＦＤＭのように複数のキャリアによってデジタル信号を送信する周波数分割多重方式では、キャリア毎に変調方式、誤り訂正方式を変える方法などがある。
【００２０】
ここでは、これらの各デジタル信号伝送方法のうち、ＯＦＤＭ方式を例にして、本発明の基本原理を説明する。
【００２１】
まず、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの全ての組み合わせにおいて、ある一定の時間（フレーム時間）に、全ての系統で伝送されるデジタル信号の量として、パケットの整数個分だけ、伝送し得るものとして、図４に示すように、１００ｋＨｚの帯域幅を持つ整数個のＯＦＤＭブロックを周波数軸方向に対し、連続的に並べて、ＯＦＤＭ信号を構成する場合を考える。
【００２２】
この場合、各ＯＦＤＭブロックは、２４本のキャリアを持ち、キャリア変調方式として、ＱＰＳＫ変調方式、１６ＱＡＭ変調方式、６４ＱＡＭ変調方式の３つの変調方式のいずれかを使用し、また誤り訂正方式として、（２０４、１８８）のリードソロモン符号と、畳み込み符号とを組み合わせる方式を使用するものとする。そして、畳み込み符号の符号化レートとして、１つのデジタル信号を畳み込んで２つのデジタル信号にする１／２畳み込み符号方式、３つのデジタル信号を畳み込んで４つのデジタル信号にする３／４畳み込み符号方式、７つのデジタル信号を畳み込んで８つのデジタル信号にする７／８畳み込み符号方式の３種類のいずれかを使用するものとし、さらにＯＦＤＭブロック単位で、これらのキャリア変調方式と、誤り訂正方式とを設定できるものとする。
【００２３】
ここで、ＯＦＤＭフレームの有効シンボル数を２７２とすると、各系統の伝送パラメータに応じて、１つのＯＦＤＭブロックのＯＦＤＭフレームに含まれるトランスポートストリームパケットの数が図５に示すように変化する。
【００２４】
そして、任意の数のＯＦＤＭブロックを連続して伝送するシステム、例えば５６個のＯＦＤＭブロックからなる５．６ＭＨｚの帯域幅を持つ伝送システムでは、各ＯＦＤＭブロックが図５のどの伝送パラメータを使用していても、ＯＦＤＭフレーム時間に、整数個のトランスポートストリームパケットを伝送する。
【００２５】
このとき、同じ５．６ＭＨｚの帯域幅を持つＯＦＤＭ波でも、同じＯＦＤＭフレーム長の時間内に伝送されるトランスポートストリームパケットの数に着目すると、キャリア変調方式をＱＰＳＫ変調方式、畳み込み符号化レートを１／２にすれば、４×５６個のトランスポートストリームパケットを送信することができ、またキャリア変調方式を６４ＱＡＭ変調方式、畳み込み符号化レートを７／８にすれば、２１×５６個のトランスポートストリームパケットを送信することができることから、キャリア変調方式、畳み込み符号化レートに応じて、送信し得るトランスポートストリームパケットの数が４×５６から２１×５６までの範囲で、いろいろな値に変化する。
【００２６】
このため、送信機側のトランスポートストリームエンコード処理や受信機側のトランスポートストリームデコード処理のために、トランスポートストリームパケット数の変化に応じた、多種類のクロック信号を発生する必要がある。このため、低廉化が要求される受信機では、これが大きな問題になっていた。
【００２７】
そこで、本発明によるデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置では、図６に示すように、送信機側のトランスポートストリームエンコード処理や、受信機側のトランスポートストリームデコード処理されるトランスポートストリームとしては、１フレーム時間に含まれるトランスポートストリームパケットの数を、全ての伝送パラメータ、各系統への分配割合との組み合わせの中で最大となるトランスポートストリームパケット数以上で、且つ整数となるトランスポートストリームパケット数にするとともに、この整数となるトランスポートストリームパケット数と、実際に送信するトランスポートストリームパケット数との差分をヌルパケットにすることで、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの組み合わせにより、伝送容量が変動しても、デジタル信号の伝送レートを一定にしている。
【００２８】
すなわち、図５の場合で考えると、５．６ＭＨｚの帯域幅を持つ伝送システムの場合、６４ＱＡＭ変調方式と、７／８の畳み込み符号化レートとを組み合わせると、全ての組み合わせの中で、フレーム時間に含まれるトランスポートストリームパケット数を最大の２１×５６＝１１７６にすることができる。そこで、トランスポートストリームの伝送クロック信号の周波数Ｃを、
Ｃ≧（２１×５６）／（フレーム時間） …（１）
に選び、これを一定に保持させる。
【００２９】
なお、ここでは、トランスポートストリームの伝送クロック信号の周波数Ｃを最小にする意味では、Ｃ＝（２１×５６）／（フレーム時間）であるが、例えば、ＯＦＤＭ信号のサンプルクロック信号などのように、受信機側の別部分で生成されるクロック信号に対し、簡単な整数比となるクロック信号が選択し得るようにし、できるだけ受信機側のクロック信号発生回路をシンプルにできるように、前記（１）式を不等式にし、選択の幅を残した。
【００３０】
そして、トランスポートストリームの伝送クロック信号が前記（１）式の条件を満足すると、実際に伝送されるトランスポートストリームパケット数で必要な周波数以上のクロック信号になるため、トランスポートストリームパケットと、トランスポートストリームパケットとの間に、補間のためのヌルデータ（無効データ）を挿入する。しかし、受信機側で考えた場合、挿入されたヌルデータにより、トランスポートストリームデコーダに入力されるトランスポートストリームパケットの間隔が不規則な間隔となると、処理が煩雑となる。
【００３１】
このため、次式に示すように、１フレーム時間で整数個のトランスポートストリームパケットが伝送できるように、クロック信号の周波数Ｃを選ぶとともに、ヌルデータの長さがトランスポートストリームパケットの長さになるようにして、トランスポートストリームデコーダ側の処理を容易にする。これにより、整数Ｎを適切に選ぶことで、受信機側の別部分で生成されるクロック信号との整合性をとっている。
【００３２】
Ｃ＝（２１×５６＋Ｎ）／（フレーム時間） …（２）
但し、Ｎは整数
これにより、キャリア変調方式と、畳み込み符号とが６４ＱＡＭと、７／８との組み合わせ以外の組み合わせである場合、例えば、２．０ＭＨｚ（２０個のＯＦＤＭブロック）の部分をＱＰＳＫ変調方式と、１／２の畳み込み符号化レートとの組み合わせにし、２．６ＭＨｚ（２６個のＯＦＤＭブロック）の部分を６４ＱＡＭ変調方式と、３／４の畳み込み符号化レートとの組み合わせにして、階層伝送する場合、フレーム時間に含まれるトランスポートストリームパケット数が４×２０＋１８×２６＝５４８となる。この際、トランスポートストリームの伝送クロック信号の周波数Ｃを前記（２）式の条件を満たすように選ぶと、トランスポートストリーム処理のために、１１７６＋Ｎ−５４８＝６２８＋Ｎ個分のヌルパケットが挿入されることになる。
【００３３】
また、トランスポートストリームは、ＰＣＲ（Program Clock Reference）という標準時刻の校正情報を伝送し、受信機に時刻情報を送ることから、図７に示すように、ＰＣＲ−０のトランスポートストリームパケットと、ＰＣＲ−１のトランスポートストリームパケットとの間に、ヌルパケットが挿入されると、このＰＣＲ−１のトランスポートストリームパケットの位置がずれて、時刻情報を正確に伝送できなくなる。
【００３４】
そこで、このような不都合を防止するために、ヌルパケットを挿入した状態で、各トランスポートストリームパケットの時刻情報が正しくなるように、ＰＣＲを付ける。ただし、ヌルパケットは実際には伝送されないため、ヌルパケットを含んだ形で正しくつけられたＰＣＲを受信機で正確に再生されるためには、送信側と同じ位置に、ヌルパケットを挿入する必要がある。そのための例を３つ示す。
【００３５】
＜第１の方法＞
第１の方法は、トランスポートストリームパケットとは別の信号として、ヌルパケットの挿入位置を伝送する。例えば、１フレームに含まれるヌルパケットを含む全てのパケットに順番を示す番号を付け、ヌルパケットの位置の番号もしくは情報を含むパケット番号を別の信号として伝送する。
【００３６】
＜第２の方法＞
また、第２の方法は、トランスポートストリームパケットのヘッダ部で、ヌルパケットの挿入位置を示す。例えば１フレームに含まれる、ヌルパケットを含む全てのパケットのヘッダ部に順番を示す番号を付ける。これにより、ヌルパケットの番号が伝送されずに、欠番となるため、ヌルパケットの位置の番号が分かる。 ＜第３の方法＞
また、第３の方法は、送信側、受信側とも、同じアルゴリズムで、同じ位置にヌルパケットを挿入する。
【００３７】
《実施の形態の説明》
図１は本発明によるデジタル信号伝送方法、およびデジタル信号伝送装置の実施の形態を示すデジタル信号伝送装置のブロック図である。
【００３８】
この図に示すデジタル信号伝送装置１は、伝送対象となるデジタル信号として階層構成に適した形にヌルパケットを挿入したトランスポートストリームを生成するとともに、このトランスポートストリームをＯＦＤＭ信号に変換した後、これを伝送路３上に送出するデジタル送信機２と、伝送路３上に送出されたＯＦＤＭ信号を受信するとともに、これをＦＦＴ処理して、各階層毎のトランスポートストリームパケットを再生した後、各階層別のトランスポートストリームパケットとヌルパケットとを合成して、伝送されたデジタル信号を再生するデジタル受信機４とを備えている。
【００３９】
そして、デジタル送信機２側では、伝送対象となるデジタル信号として、予め設定されているアルゴリズムを使用して必要な数だけヌルパケットを挿入し、階層構成に適したトランスポートストリームを生成するとともに、この信号をトランスポートストリームパケット毎に階層に分割・処理した後、ＯＦＤＭ信号を生成し、これを伝送路３上に送出する。デジタル受信機４側では、伝送路３上に送出されたＯＦＤＭ信号を受信するとともに、これをＦＦＴ処理して、各階層毎のトランスポートストリームパケットを再生した後、デジタル送信機２側と同じアルゴリズムを使用して、各階層のトランスポートストリームパケットとヌルパケットとを合成し、伝送されたトランスポートストリームを再生する。
【００４０】
この際、デジタル受信機４側に設けられているヌルパケット挿入部６は、図２に示すように、例えば３つの系統に分けられて伝送路３上に送出されたＯＦＤＭ信号を取り込んで、ＦＦＴ処理し、所定の順番、例えば周波数軸上で低いシンボルから高いシンボル順に並んだシリアル信号が入力され、この信号を各階層に振り分ける階層分割回路７と、この階層分割回路７から出力される各階層別のシリアル信号を階層別に、同じ処理時間で、復調処理、畳み込み符号を使用した誤り訂正処理やデ・インタリーブ処理などを行う３つの階層別処理回路８ａ〜８ｃと、これらの各階層別処理回路８ａ〜８ｃで得られたデジタル信号をバッファリングして、処理時間差を吸収するとともに、階層合成用に一時記憶する３つのバッファ回路９ａ〜９ｃと、ヌルパケットを生成するヌルパケット回路１０と、各バッファ回路９ａ〜９ｃに一時記憶されている各デジタル信号を合成するとともに、抜けている部分に、ヌルパケット回路１０から出力されるヌルパケットを挿入し、デジタル送信機２側から送信されたデジタル信号を再生する階層合成回路１１とを備えている。なお、各バッファ回路９ａ〜９ｃの位置は、実際の回路上の位置とは何ら関係ない。
【００４１】
この際、階層分割回路７に入力されるＯＦＤＭ信号は、シリアル信号であるため、各バッファ回路９ａ〜９ｃに、１パケット分のデータが同時に生成されることはない。
【００４２】
そして、伝送路３を介してＯＦＤＭ信号が入力されたとき、これが階層毎に分割されて、各階層の階層処理回路８ａ〜８ｃで各々、処理された後、階層毎にバッファ回路９ａ〜９ｃに蓄積される。
【００４３】
この後、階層合成回路１１によって、各バッファ回路９ａ〜９ｃがチェックされ、１パケット分のデータが揃ったバッファ回路があれば、このバッファ回路に一時記憶されているパケットが全て読み出され、また１つ以上の階層に１パケット分以上のデータが蓄積されている場合には、先に蓄積されたバッファ回路、後に蓄積されたバッファ回路の順に、これらの各バッファ回路からパケットが読み出されて、これらのデータが合成され、またどのバッファ回路９ａ〜９ｃに１つ以上のブロックが存在しないときには、パケット回路１０から出力されるヌルパケットが使用されて、データが再生される。
【００４４】
また、デジタル送信機２側に設けられているヌルパケット挿入部５も、デジタル受信機４側に設けられたヌルパケット挿入部６と同じアルゴリズムで、ヌルパケットを含むトランスポートストリームパケットを生成する。
【００４５】
このように、この実施の形態では、フレーム時間に含まれるパケット数を全ての伝送パラメータ、各系統への分配割合との組み合わせの中で最大となるパケット数以上の整数パケット数分となるようにし、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの組み合わせで、伝送されるパケットとの差分をヌルパケットにすることで、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの組み合わせにより、伝送容量が変動しても、デジタル信号の伝送レートを一定にしているので、階層伝送などのように１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートは変化しないようにすることができ、これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして、受信機側の低廉化を達成することができる。
【００４６】
さらに、この実施の形態では、デジタル送信機２側のヌルパケット挿入アルゴリズムと、デジタル受信機４側のヌルパケット挿入アルゴリズムととして、同じアルゴリズムを使用するようにしているので、デジタル受信機４側において、トランスポートストリームパケットに含まれるタイムスタンプ等の時刻情報を正確に再生することができるともとに、固定したレートでデジタル信号をそのままデコードすることができる。
【００４７】
また、この実施の形態では、ヌルパケットを含んだ形で正しくつけられたＰＣＲを受信機で正確に再生されるために、第３の方法を使用するようにしているが、第１の方法、または第２の方法を使用するようにしても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明しように本発明によれば、ＯＦＤＭ伝送において、１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートが変化しないようにすることができ、これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして受信機側の低廉化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデジタル信号伝送方法、およびデジタル信号伝送装置の実施の形態を示すデジタル信号伝送装置のブロック図である。
【図２】図１に示すデジタル受信機側に設けられているヌルパケット挿入部の詳細な回路構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の基本原理を説明する際に使用したトランスポートストリームの一例を示す模式図である。
【図４】本発明の基本原理を説明する際に使用したＯＦＤＭ信号の一例を示す模式図である。
【図５】伝送パラメータとＯＦＤＭブロック１ＯＦＤＭフレーム当たりのＴＳＰ数を示す説明図である。
【図６】本発明によるデジタル信号伝送方法、およびデジタル信号伝送装置で使用される伝送信号の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の基本原理を説明する際に使用したトランスポートストリームの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ デジタル信号伝送装置
２ デジタル送信機
３ 伝送路
４ デジタル受信機
５、６ ヌルパケット挿入部
７ 階層分割回路
８ａ〜８ｃ 階層別処理回路
９ａ〜９ｃ バッファ回路
１０ ヌルパケット回路
１１ 階層合成回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を伝送することに使用するデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置に係り、特にデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送することに使用するデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を階層伝送する際、１つ以上の系統に分割して伝送することに使用するデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置に関するものであり、ヌルパケット（パケットと同一長の無効データ）を適切な数、適切な位置に挿入することにより、各系統に対するデジタル信号の分配割合や各系統が持つ伝送パラメータの違いなどにより生ずる信号全体の伝送レートの変動を吸収して、デジタル信号の伝送レートを一定にし、これによって複数の伝送クロックの発生を不要にするものである。
【０００３】
【従来の技術】
固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送するときには、各系統の伝送パラメータ、例えば伝送容量などが異なることから、各系統へのデジタル信号の分配割合が変わると、デジタル信号全体の伝送レートが変わる。すなわち、１つ以上の系統に分割して伝送する場合の具体例として、例えば、１系統の場合であっても、伝送パラメータが時間的に変わることで、デジタル信号の伝送レートが変わる。また、２つ以上の系統の場合には、各系統の伝送パラメータや、各系統へのデジタル信号の分配割合が時間的に変わることで、デジタル信号の伝送レートが変わる。
【０００４】
このため、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送するときには、それぞれの伝送レートと一致したクロック信号を発生して、デジタル信号を処理するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のデジタル信号伝送方法においては、伝送レートの種類が少ない場合であれば、それぞれの伝送レートに応じたクロック信号を発生することができるものの、各系統の伝送パラメータや各系統へのデジタル信号の分配割合を柔軟に変更する場合には、全ての伝送レートに対応するクロック信号を発生しなければならない分、装置側の負担が大きくなってしまい、放送受信機のように低廉化が要求されるものでは、視聴者側の負担が大きくなり過ぎるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑み、階層伝送などのように１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートが変化しないようにすることができ、これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして、受信機側の低廉化を達成することができるデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割してＯＦＤＭ伝送するデジタル信号伝送方法において、送信側においては、１フレーム時間に含まれるパケット数を、各系統に各パケットを分配する全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とすることで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統にデジタル信号を分配する割合と各系統の伝送パラメータとの組み合わせで決まる実際のパケット数と、前記整数パケット数との差分を、実際には受信側に伝送されないヌルパケットにするアルゴリズムを用いてデジタル信号の伝送レートを一定とし、受信側では前記送信側で用いたアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いることで送信側と同じ位置にヌルパケットを挿入して受信信号を再生することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２では、請求項１に記載のデジタル信号伝送方法に用いられ、固定長のパケット形式で時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割してＯＦＤＭ送信するデジタル信号送信装置であって、１フレーム時間に含まれるパケット数を、各系統に各パケットを分配する全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とすることで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統にデジタル信号を分配する割合と各系統の伝送パラメータとの組み合わせで決まる実際のパケット数と、前記整数パケット数との差分を、実際には受信側に伝送されないヌルパケットにするアルゴリズムを用いたヌルパケット挿入部を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３では、請求項１に記載のデジタル信号伝送方法に用いられ、固定長のパケット形式で時分割多重されたデジタル信号が１つ以上の系統に分割されて送信されたＯＦＤＭ信号を受信するデジタル信号受信装置であって、１フレーム時間に含まれるパケット数が、各系統に各パケットを分配した全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とされたことで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統で生成される実際のパケット数と前記整数パケット数との差分をヌルパケットにし、このヌルパケットを送信側と同じ位置に挿入して受信信号を再生させる送信側で用いたアルゴリズムと同じアルゴリズムのヌルパケット挿入部を備えたことを特徴としている。
【００１５】
上記各請求項の構成によれば、ＯＦＤＭ伝送において、１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートが変化しないようにすることができる。これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして受信機側の低廉化を達成することができる。
【００１６】
《発明の原理説明》
まず、本発明によるデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置の詳細な説明に先だって、本発明の基本原理について説明する。
【００１７】
固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号として、国際規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１）のＭＰＥＧ−２トランスポートストリーム（ＴＳ）を考える。
【００１８】
このトランスポートストリームは、図３に示すように、１８８バイトのパケット長を持つトランスポートストリームパケット（ＴＳＰ）を基本としているが、このトランスポートストリームパケットの誤り訂正符号となる（２０４、１８８）のリードソロモン符号、または他のブロック符号などの検査符号（Ｃ）を付加し、（２０４、１８８）のリードソロモン符号の場合であれば全体として２０４バイト、他のブロック符号の場合は（１８８＋Ｃ）バイトをトランスポートストリームパケットのパケット長として扱うこともある。
【００１９】
このようなデジタル信号を１つ以上の系統に分割して伝送するデジタル伝送方式として、種々の方法、例えばある一定時間（フレーム時間）を周期の単位として、時間的に変調方式、誤り訂正方式などを切り換える時分割多重方式などがある。また、ＯＦＤＭのように複数のキャリアによってデジタル信号を送信する周波数分割多重方式では、キャリア毎に変調方式、誤り訂正方式を変える方法などがある。
【００２０】
ここでは、これらの各デジタル信号伝送方法のうち、ＯＦＤＭ方式を例にして、本発明の基本原理を説明する。
【００２１】
まず、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの全ての組み合わせにおいて、ある一定の時間（フレーム時間）に、全ての系統で伝送されるデジタル信号の量として、パケットの整数個分だけ、伝送し得るものとして、図４に示すように、１００ｋＨｚの帯域幅を持つ整数個のＯＦＤＭブロックを周波数軸方向に対し、連続的に並べて、ＯＦＤＭ信号を構成する場合を考える。
【００２２】
この場合、各ＯＦＤＭブロックは、２４本のキャリアを持ち、キャリア変調方式として、ＱＰＳＫ変調方式、１６ＱＡＭ変調方式、６４ＱＡＭ変調方式の３つの変調方式のいずれかを使用し、また誤り訂正方式として、（２０４、１８８）のリードソロモン符号と、畳み込み符号とを組み合わせる方式を使用するものとする。そして、畳み込み符号の符号化レートとして、１つのデジタル信号を畳み込んで２つのデジタル信号にする１／２畳み込み符号方式、３つのデジタル信号を畳み込んで４つのデジタル信号にする３／４畳み込み符号方式、７つのデジタル信号を畳み込んで８つのデジタル信号にする７／８畳み込み符号方式の３種類のいずれかを使用するものとし、さらにＯＦＤＭブロック単位で、これらのキャリア変調方式と、誤り訂正方式とを設定できるものとする。
【００２３】
ここで、ＯＦＤＭフレームの有効シンボル数を２７２とすると、各系統の伝送パラメータに応じて、１つのＯＦＤＭブロックのＯＦＤＭフレームに含まれるトランスポートストリームパケットの数が図５に示すように変化する。
【００２４】
そして、任意の数のＯＦＤＭブロックを連続して伝送するシステム、例えば５６個のＯＦＤＭブロックからなる５．６ＭＨｚの帯域幅を持つ伝送システムでは、各ＯＦＤＭブロックが図５のどの伝送パラメータを使用していても、ＯＦＤＭフレーム時間に、整数個のトランスポートストリームパケットを伝送する。
【００２５】
このとき、同じ５．６ＭＨｚの帯域幅を持つＯＦＤＭ波でも、同じＯＦＤＭフレーム長の時間内に伝送されるトランスポートストリームパケットの数に着目すると、キャリア変調方式をＱＰＳＫ変調方式、畳み込み符号化レートを１／２にすれば、４×５６個のトランスポートストリームパケットを送信することができ、またキャリア変調方式を６４ＱＡＭ変調方式、畳み込み符号化レートを７／８にすれば、２１×５６個のトランスポートストリームパケットを送信することができることから、キャリア変調方式、畳み込み符号化レートに応じて、送信し得るトランスポートストリームパケットの数が４×５６から２１×５６までの範囲で、いろいろな値に変化する。
【００２６】
このため、送信機側のトランスポートストリームエンコード処理や受信機側のトランスポートストリームデコード処理のために、トランスポートストリームパケット数の変化に応じた、多種類のクロック信号を発生する必要がある。このため、低廉化が要求される受信機では、これが大きな問題になっていた。
【００２７】
そこで、本発明によるデジタル信号伝送方法、デジタル信号送信装置およびデジタル信号受信装置では、図６に示すように、送信機側のトランスポートストリームエンコード処理や、受信機側のトランスポートストリームデコード処理されるトランスポートストリームとしては、１フレーム時間に含まれるトランスポートストリームパケットの数を、全ての伝送パラメータ、各系統への分配割合との組み合わせの中で最大となるトランスポートストリームパケット数以上で、且つ整数となるトランスポートストリームパケット数にするとともに、この整数となるトランスポートストリームパケット数と、実際に送信するトランスポートストリームパケット数との差分をヌルパケットにすることで、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの組み合わせにより、伝送容量が変動しても、デジタル信号の伝送レートを一定にしている。
【００２８】
すなわち、図５の場合で考えると、５．６ＭＨｚの帯域幅を持つ伝送システムの場合、６４ＱＡＭ変調方式と、７／８の畳み込み符号化レートとを組み合わせると、全ての組み合わせの中で、フレーム時間に含まれるトランスポートストリームパケット数を最大の２１×５６＝１１７６にすることができる。そこで、トランスポートストリームの伝送クロック信号の周波数Ｃを、
Ｃ≧（２１×５６）／（フレーム時間） …（１）
に選び、これを一定に保持させる。
【００２９】
なお、ここでは、トランスポートストリームの伝送クロック信号の周波数Ｃを最小にする意味では、Ｃ＝（２１×５６）／（フレーム時間）であるが、例えば、ＯＦＤＭ信号のサンプルクロック信号などのように、受信機側の別部分で生成されるクロック信号に対し、簡単な整数比となるクロック信号が選択し得るようにし、できるだけ受信機側のクロック信号発生回路をシンプルにできるように、前記（１）式を不等式にし、選択の幅を残した。
【００３０】
そして、トランスポートストリームの伝送クロック信号が前記（１）式の条件を満足すると、実際に伝送されるトランスポートストリームパケット数で必要な周波数以上のクロック信号になるため、トランスポートストリームパケットと、トランスポートストリームパケットとの間に、補間のためのヌルデータ（無効データ）を挿入する。しかし、受信機側で考えた場合、挿入されたヌルデータにより、トランスポートストリームデコーダに入力されるトランスポートストリームパケットの間隔が不規則な間隔となると、処理が煩雑となる。
【００３１】
このため、次式に示すように、１フレーム時間で整数個のトランスポートストリームパケットが伝送できるように、クロック信号の周波数Ｃを選ぶとともに、ヌルデータの長さがトランスポートストリームパケットの長さになるようにして、トランスポートストリームデコーダ側の処理を容易にする。これにより、整数Ｎを適切に選ぶことで、受信機側の別部分で生成されるクロック信号との整合性をとっている。
【００３２】
Ｃ＝（２１×５６＋Ｎ）／（フレーム時間） …（２）
但し、Ｎは整数
これにより、キャリア変調方式と、畳み込み符号とが６４ＱＡＭと、７／８との組み合わせ以外の組み合わせである場合、例えば、２．０ＭＨｚ（２０個のＯＦＤＭブロック）の部分をＱＰＳＫ変調方式と、１／２の畳み込み符号化レートとの組み合わせにし、２．６ＭＨｚ（２６個のＯＦＤＭブロック）の部分を６４ＱＡＭ変調方式と、３／４の畳み込み符号化レートとの組み合わせにして、階層伝送する場合、フレーム時間に含まれるトランスポートストリームパケット数が４×２０＋１８×２６＝５４８となる。この際、トランスポートストリームの伝送クロック信号の周波数Ｃを前記（２）式の条件を満たすように選ぶと、トランスポートストリーム処理のために、１１７６＋Ｎ−５４８＝６２８＋Ｎ個分のヌルパケットが挿入されることになる。
【００３３】
また、トランスポートストリームは、ＰＣＲ（Program Clock Reference）という標準時刻の校正情報を伝送し、受信機に時刻情報を送ることから、図７に示すように、ＰＣＲ−０のトランスポートストリームパケットと、ＰＣＲ−１のトランスポートストリームパケットとの間に、ヌルパケットが挿入されると、このＰＣＲ−１のトランスポートストリームパケットの位置がずれて、時刻情報を正確に伝送できなくなる。
【００３４】
そこで、このような不都合を防止するために、ヌルパケットを挿入した状態で、各トランスポートストリームパケットの時刻情報が正しくなるように、ＰＣＲを付ける。ただし、ヌルパケットは実際には伝送されないため、ヌルパケットを含んだ形で正しくつけられたＰＣＲを受信機で正確に再生されるためには、送信側と同じ位置に、ヌルパケットを挿入する必要がある。そのための例を３つ示す。
【００３５】
＜第１の方法＞
第１の方法は、トランスポートストリームパケットとは別の信号として、ヌルパケットの挿入位置を伝送する。例えば、１フレームに含まれるヌルパケットを含む全てのパケットに順番を示す番号を付け、ヌルパケットの位置の番号もしくは情報を含むパケット番号を別の信号として伝送する。
【００３６】
＜第２の方法＞
また、第２の方法は、トランスポートストリームパケットのヘッダ部で、ヌルパケットの挿入位置を示す。例えば１フレームに含まれる、ヌルパケットを含む全てのパケットのヘッダ部に順番を示す番号を付ける。これにより、ヌルパケットの番号が伝送されずに、欠番となるため、ヌルパケットの位置の番号が分かる。 ＜第３の方法＞
また、第３の方法は、送信側、受信側とも、同じアルゴリズムで、同じ位置にヌルパケットを挿入する。
【００３７】
《実施の形態の説明》
図１は本発明によるデジタル信号伝送方法、およびデジタル信号伝送装置の実施の形態を示すデジタル信号伝送装置のブロック図である。
【００３８】
この図に示すデジタル信号伝送装置１は、伝送対象となるデジタル信号として階層構成に適した形にヌルパケットを挿入したトランスポートストリームを生成するとともに、このトランスポートストリームをＯＦＤＭ信号に変換した後、これを伝送路３上に送出するデジタル送信機２と、伝送路３上に送出されたＯＦＤＭ信号を受信するとともに、これをＦＦＴ処理して、各階層毎のトランスポートストリームパケットを再生した後、各階層別のトランスポートストリームパケットとヌルパケットとを合成して、伝送されたデジタル信号を再生するデジタル受信機４とを備えている。
【００３９】
そして、デジタル送信機２側では、伝送対象となるデジタル信号として、予め設定されているアルゴリズムを使用して必要な数だけヌルパケットを挿入し、階層構成に適したトランスポートストリームを生成するとともに、この信号をトランスポートストリームパケット毎に階層に分割・処理した後、ＯＦＤＭ信号を生成し、これを伝送路３上に送出する。デジタル受信機４側では、伝送路３上に送出されたＯＦＤＭ信号を受信するとともに、これをＦＦＴ処理して、各階層毎のトランスポートストリームパケットを再生した後、デジタル送信機２側と同じアルゴリズムを使用して、各階層のトランスポートストリームパケットとヌルパケットとを合成し、伝送されたトランスポートストリームを再生する。
【００４０】
この際、デジタル受信機４側に設けられているヌルパケット挿入部６は、図２に示すように、例えば３つの系統に分けられて伝送路３上に送出されたＯＦＤＭ信号を取り込んで、ＦＦＴ処理し、所定の順番、例えば周波数軸上で低いシンボルから高いシンボル順に並んだシリアル信号が入力され、この信号を各階層に振り分ける階層分割回路７と、この階層分割回路７から出力される各階層別のシリアル信号を階層別に、同じ処理時間で、復調処理、畳み込み符号を使用した誤り訂正処理やデ・インタリーブ処理などを行う３つの階層別処理回路８ａ〜８ｃと、これらの各階層別処理回路８ａ〜８ｃで得られたデジタル信号をバッファリングして、処理時間差を吸収するとともに、階層合成用に一時記憶する３つのバッファ回路９ａ〜９ｃと、ヌルパケットを生成するヌルパケット回路１０と、各バッファ回路９ａ〜９ｃに一時記憶されている各デジタル信号を合成するとともに、抜けている部分に、ヌルパケット回路１０から出力されるヌルパケットを挿入し、デジタル送信機２側から送信されたデジタル信号を再生する階層合成回路１１とを備えている。なお、各バッファ回路９ａ〜９ｃの位置は、実際の回路上の位置とは何ら関係ない。
【００４１】
この際、階層分割回路７に入力されるＯＦＤＭ信号は、シリアル信号であるため、各バッファ回路９ａ〜９ｃに、１パケット分のデータが同時に生成されることはない。
【００４２】
そして、伝送路３を介してＯＦＤＭ信号が入力されたとき、これが階層毎に分割されて、各階層の階層処理回路８ａ〜８ｃで各々、処理された後、階層毎にバッファ回路９ａ〜９ｃに蓄積される。
【００４３】
この後、階層合成回路１１によって、各バッファ回路９ａ〜９ｃがチェックされ、１パケット分のデータが揃ったバッファ回路があれば、このバッファ回路に一時記憶されているパケットが全て読み出され、また１つ以上の階層に１パケット分以上のデータが蓄積されている場合には、先に蓄積されたバッファ回路、後に蓄積されたバッファ回路の順に、これらの各バッファ回路からパケットが読み出されて、これらのデータが合成され、またどのバッファ回路９ａ〜９ｃに１つ以上のブロックが存在しないときには、パケット回路１０から出力されるヌルパケットが使用されて、データが再生される。
【００４４】
また、デジタル送信機２側に設けられているヌルパケット挿入部５も、デジタル受信機４側に設けられたヌルパケット挿入部６と同じアルゴリズムで、ヌルパケットを含むトランスポートストリームパケットを生成する。
【００４５】
このように、この実施の形態では、フレーム時間に含まれるパケット数を全ての伝送パラメータ、各系統への分配割合との組み合わせの中で最大となるパケット数以上の整数パケット数分となるようにし、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの組み合わせで、伝送されるパケットとの差分をヌルパケットにすることで、各系統へのデジタル信号の分配割合と、各系統の伝送パラメータとの組み合わせにより、伝送容量が変動しても、デジタル信号の伝送レートを一定にしているので、階層伝送などのように１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートは変化しないようにすることができ、これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして、受信機側の低廉化を達成することができる。
【００４６】
さらに、この実施の形態では、デジタル送信機２側のヌルパケット挿入アルゴリズムと、デジタル受信機４側のヌルパケット挿入アルゴリズムととして、同じアルゴリズムを使用するようにしているので、デジタル受信機４側において、トランスポートストリームパケットに含まれるタイムスタンプ等の時刻情報を正確に再生することができるともとに、固定したレートでデジタル信号をそのままデコードすることができる。
【００４７】
また、この実施の形態では、ヌルパケットを含んだ形で正しくつけられたＰＣＲを受信機で正確に再生されるために、第３の方法を使用するようにしているが、第１の方法、または第２の方法を使用するようにしても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明しように本発明によれば、ＯＦＤＭ伝送において、１つ以上の系統に分割してデジタル信号を伝送するとき、各系統の伝送パラメータや各系統への信号の分配割合を柔軟に設定しても、信号全体の伝送レートが変化しないようにすることができ、これによって送受信機のクロック発生部を簡単にして受信機側の低廉化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデジタル信号伝送方法、およびデジタル信号伝送装置の実施の形態を示すデジタル信号伝送装置のブロック図である。
【図２】図１に示すデジタル受信機側に設けられているヌルパケット挿入部の詳細な回路構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の基本原理を説明する際に使用したトランスポートストリームの一例を示す模式図である。
【図４】本発明の基本原理を説明する際に使用したＯＦＤＭ信号の一例を示す模式図である。
【図５】伝送パラメータとＯＦＤＭブロック１ＯＦＤＭフレーム当たりのＴＳＰ数を示す説明図である。
【図６】本発明によるデジタル信号伝送方法、およびデジタル信号伝送装置で使用される伝送信号の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の基本原理を説明する際に使用したトランスポートストリームの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ デジタル信号伝送装置
２ デジタル送信機
３ 伝送路
４ デジタル受信機
５、６ ヌルパケット挿入部
７ 階層分割回路
８ａ〜８ｃ 階層別処理回路
９ａ〜９ｃ バッファ回路
１０ ヌルパケット回路
１１ 階層合成回路
Claims (3)
- 固定長のパケット形式で、時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割してＯＦＤＭ伝送するデジタル信号伝送方法において、
送信側においては、１フレーム時間に含まれるパケット数を、各系統に各パケットを分配する全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とすることで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統にデジタル信号を分配する割合と各系統の伝送パラメータとの組み合わせで決まる実際のパケット数と、前記整数パケット数との差分を、実際には受信側に伝送されないヌルパケットにするアルゴリズムを用いてデジタル信号の伝送レートを一定とし、
受信側では前記送信側で用いたアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いることで送信側と同じ位置にヌルパケットを挿入して受信信号を再生する
ことを特徴とするデジタル信号伝送方法。 - 請求項１に記載のデジタル信号伝送方法に用いられ、固定長のパケット形式で時分割多重されたデジタル信号を１つ以上の系統に分割してＯＦＤＭ送信するデジタル信号送信装置であって、
１フレーム時間に含まれるパケット数を、各系統に各パケットを分配する全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とすることで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統にデジタル信号を分配する割合と各系統の伝送パラメータとの組み合わせで決まる実際のパケット数と、前記整数パケット数との差分を、実際には受信側に伝送されないヌルパケットにするアルゴリズムを用いたヌルパケット挿入部を備えたことを特徴とするデジタル信号送信装置。 - 請求項１に記載のデジタル信号伝送方法に用いられ、固定長のパケット形式で時分割多重されたデジタル信号が１つ以上の系統に分割されて送信されたＯＦＤＭ信号を受信するデジタル信号受信装置であって、
１フレーム時間に含まれるパケット数が、各系統に各パケットを分配した全ての組み合わせの中で最大のパケット数以上の整数パケット数分とされたことで定まる伝送クロック信号を使用し、各系統で生成される実際のパケット数と前記整数パケット数との差分をヌルパケットにし、このヌルパケットを送信側と同じ位置に挿入して受信信号を再生させる送信側で用いたアルゴリズムと同じアルゴリズムのヌルパケット挿入部を備えたことを特徴とするデジタル信号受信装置。
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