JP3887019B2 - 圧縮ビデオ信号受信方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮テレビジョン信号を受信する圧縮テレビジョン信号受信方法に関するものである。また、本発明は、この方法を実施する装置、より詳しくは、ビデオオンデマンドサーバからＭＰＥＧ圧縮音声及びビデオ信号を受信するデジタルセットアップボックスのような装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ−２規格内で規定したようないわゆる「移送ストリーム」及び「プログラムストリーム」は、ＭＰＥＧ圧縮音声及びビデオ（Ａ／Ｖ）情報を伝送し及び記憶するために規格化された機構を規定する。両ストリームは、デコーダのデータバッファが線形プレイバック中オーバーフロー又はアンダーフローしないようにする間搬送された音声及びビデオ情報の復号化及び表示に同期するタイムスタンプを含む。また、これらタイムスタンプは、ストリームそれ自体を正確に搬送するのに用いられる。ＭＰＥＧ移送ストリームは、重大なエラーが生じるおそれがある状況でデジタルデータの一つ以上のプログラムを伝送し又は記憶するのに適している。このような状況としては、例えば、地上放送チャネル、衛星放送チャネル、ケーブルチャネル、及び他の遠隔通信ネットワークがある。ＭＰＥＧプログラムストリームは、エラーがまれであり、かつ、システム符号化のソフトウェア処理に重点が置かれている状況でデジタルデータの一つ以上のプログラムを伝送し又は記憶するのに適している。このような状況としては、例えば、光学的及び磁気的な記憶媒体を有するＰＣがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここ数年の間、プログラムストリーム及び移送ストレスの線形的なプレイバック及び伝送を伴う用途に対して大きな労力が捧げられてきた。例えば、ＭＰＥＧ符号化プログラムの放送は、有限長の移送ストリームの分配を伴う。しかしながら、ビデオサーバからのＭＰＥＧ移送ストリーム及びプログラムストリームの非線形プレイバックは、同一レベルのアテンションで受信されない。非線形プレイバックは、ストリームの中断及び継続を意味し、基本的には全ての種類のトリックモードに必要である。トリックモードは、ストリームの正確な制御を必要とする。ローカルディスクベースシステムに対しては、休止、スローモーション及び早送りのようなトリックモードをサポートする解決が知られている。しかしながら、このような既知の解決をネットワークの状況に適用することができない。その理由は、二つの点でローカルシステムと相違するからである。
【０００４】
第１の点は、デコーダーネットワークーサーバーネットワークーデコーダ間の遅延である。ネットワークレイテンシーとも称するこの遅延は、一定でなく、１秒までの大きさを有するおそれがある。ネットワークレイテンシーの結果、エンドユーザが休止を要求した（その結果、復号化及び表示プロセスが中断され、休止コマンドがサーバに送られる。）後、ネットワークは、所定の期間デコーダにビット信号を発生し続ける。ストリームの順次の継続も、ネットワークレイテンシーによって複雑になる。すなわち、ネットワークレイテンシーが原因で、サーバに対する「再開」コマンドの送信とデコーダで要求されるビット信号の到達との間に著しい遅延がある。休止コマンド後に発生したビット信号及び再開コマンド後のビット信号の一時的な欠落を、デコーダがその復号化及び表示プロセスを完全に再開するようにデコーダを取り扱う必要がある。
【０００５】
第２の点は、ネットワーク中のＭＰＥＧ−２リマルチプレクサが存在するおそれがある点である。リマルチプレクサが存在することにより、トリックモードのサポートが複雑になる。その理由は、リマルチプレクサにより、移送ストリームに相違するＰＩＤを有するパケットをリオーダするおそれがあるからである。ＰＩＤを、ＭＰＥＧ−２規格で規定されたようなパケット識別子とする。実際には、これは、パケットがサーバから送られる際にパケットが同一順序でデコーダに入力しないことを意味する。リマルチプレクサの存在によって一つのＰＩＤのみを有する移送ストリーム、例えばビデオに対するトリックモードサポートを複雑にしない。その理由は、リマルチプレクサは、一つのＰＩＤ内でパケットをリオーダするのを許容しないからである。
【０００６】
本発明の目的は、ネットワーク環境でＭＰＥＧ−２移送ストリーム及びプログラムストリームに対するトリックモードサポートを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明は、送信機から圧縮テレビジョン信号を受信する再生装置用受信機の操作方法であって、
前記信号を復号化し及び再生する前に、受信した信号をレイテンシーバッファに格納するステップと、
前記再生装置による前記信号の再生を、ユーザからの休止コマンドに応じて中断するステップと、
前記休止コマンドの後、前記レイテンシーバッファの予め設定された第１占有量に到達すると、前記信号の送信を中断するように、前記送信機に要求を送るステップと、
前記再生装置による前記信号の再生を、ユーザからの再開コマンドに応じて再開するステップと、
前記再開コマンドの後、前記レイテンシーバッファの予め設定された第２占有量に到達すると、前記信号の送信を再開するように、前記送信機に要求を送るステップとを具え、
前記レイテンシーバッファの容量を、前記受信機と前記送信機との間の送信の最大レイテンシーの少なくとも２倍の間に提供されるビット数とし、
前記第１及び第２占有量は、前記レイテンシーバッファの容量の半分に相当することを特徴とする再生装置用受信機の操作方法を提供する。
【０００８】
これにより、デコーダは、「休止」コマンドが発された後ネットワークから供給される全てのビット信号を取り入れるようになる。ストリームを良好に継続させるために、デコーダは、ストリームが停止した位置と同一の位置でストリームを継続するようサーバに要求する。これは、ＭＰＥＧ−２データを一致させたままにするのに必要である。バッファ容量を、「休止」コマンド後デコーダに供給される全てのビット信号を取り入れるのに十分大きくする。それに加えて、「再開」コマンド後、バッファ容量を、ビット信号がサーバから到達するまで十分なビット数を提供するのに十分大きくする必要がある。これは、最悪の場合のネットワークレイテンシーの２倍を収容する程度にバッファ容量を十分大きくする必要があることを意味する。
【０００９】
このアプローチを用いると、「休止」コマンド及び「再開」コマンドの送信は、レイテンシーバッファの充填の制約を受ける。レイテンシーバッファは、ビットレート０＜Ｒ＜Ｒ_maxの復号化プロセスによって空にされる。復号化プロセスが行われるとき、バッファの充填は時間に対して一定である。復号化プロセスを停止すると、バッファ充填量はＲビット／ｓのレートで増大する。バッファ充填量が許容量の半分を超えると、「休止」コマンドがサーバに送られる。「休止」コマンドを、「休止直接」コマンドとすることができ、すなわちそれは、「現在の値に最悪の場合のネットワークレイテンシーを加えたもの」に等しい値の時間コードを指定する。ネットワークレイテンシーが原因で、バッファは、サーバがビット信号の送信を停止するまで充填される。この際、バッファ充填量は時間に対して一定である。復号化プロセスが継続されると、バッファ充填量は減少する。バッファ充填量が許容量の半分より下になると、「再開」コマンドがサーバに送られる。バッファの充填量は、第１ビットがネットワークから供給されるまで減少しつづける。
【００１０】
本発明は、二つのトリックモード、すなわち「休止／継続」及び「スローモーション」に専念する。「休止及び継続」に必要な機能では、ユーザは、時間に対して任意の点で表示を休止するとともに、その後完全に継続することができる。
【００１１】
好適には、例えば現在表示されているフレーム／フィールドで瞬時に中断され、任意の欠落した又は重複したフレームなく次のフレームで継続する必要がある。
【００１２】
「休止」及び「継続」は、デコーダからサーバに「休止」コマンド及び「再開」コマンドを送信してストリームを停止し及び継続させることを意味する。「スローモーション」に要求される機能により、ユーザは、通常のプレイバック速度未満の速度でストリームを視覚化することができる。デコーダは、スローモーションと通常のプレイバックモードとの間で切替ができるようにする必要がある。任意のフレームの欠落又はフレームの重複なしで切替を瞬時に行う必要がある。「スローモーション」は、デコーダからサーバに「休止」及び「再開」メッセージを送信してストリームを開始及び停止することも意味する。
【００１３】
本発明のこれら及び他の実施の形態を、後に説明する実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、ビデオオンデマンド（ＶＯＤ）サーバ１及びネットワーク３に接続しセットトップボックス（ＳＴＢ）２を具えるシステムを示す。ＶＯＤサーバは、記憶媒体１１及びＶＯＤコントローラ１２を具える。ＳＴＢは、ＭＰＥＧデコーダ２１と、ＳＴＢコントローラ２２と、（遠隔）制御ユニット２３とを具え、ＳＴＢを再生装置４に接続する。レイテンシーバッファ２４を、セットトップボックス入力部とＭＰＥＧデコーダ２１との間に接続する。バッファ充填量Ｆが、ＳＴＢコントローラ２２に供給される。遠隔制御ユニット２３からのユーザコマンドもＳＴＢコントローラ２２に供給され、これらコマンドがサーバによって行うべき動作を要求する間、制御信号ＣＴＲＬとしてネットワーク３を介してＶＯＤコントローラ１２に送信される。選択されたテレビ番組は、ＭＰＥＧ移送ストリームＴＳの形態でサーバ１からＳＴＢ２に伝送される。
【００１５】
通常ハードディスクのアレイとする記憶媒体１１に、多数のテレビ番組が記憶されている。ＳＴＢの観点から、サーバは、遠隔制御ビデオデコーダとして作用する。記憶されたテレビ番組を、種々のスピードでプレイバックし、休止し、再開することができる。一般に、番組を休止し及び再開する位置は、信号を物理的に格納する方法に依存して制限される。例えば、それらの位置は、ディスクセクタ又はディスクシリンダ境界に対応する必要がある。信号が圧縮される、すなわちディスクスペースの量が画像間で変化するので、再開位置は、プレイバック時間全体に亘って不規則に分布される。
【００１６】
一般に、テレビ番組は、ビデオ信号と、複数の音声信号と、特に種々の言語の字幕を具える。簡単のために、ここでは、サーバからＳＴＢに伝送されるテレビ番組が一つの音声信号Ａ及び一つのビデオ信号Ｖのみを具えると仮定する。したがって、移送ストリームは音声パケット及びビデオパケットを具える。
【００１７】
図２は、サーバからＳＴＢに移送される移送ストリームＴＳの一例を示す。この移送ストリームは、音声パケットＡ₁，Ａ₂，Ａ₃等及びビデオパケットＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃等を含む。各パケットは、ヘッダ及びペイロートを具える。ヘッダは、パケットが音声データ又はビデオデータを搬送するか否かを識別するパケット識別子（ＰＩＤ）を具える。移送ストリームＴＳは種々のテレビ番組を具えることができる。番組マップテーブルは、ＰＩＤが関連の番組を構成することを表すために伝送される。本例では、移送ストリームＴＳは、選択したテレビ番組のみを搬送する。
【００１８】
ここで、サーバ及びＳＴＢの動作を、図３を参照して総合的に説明する。図３は、ＳＴＢ（図の左側）及びサーバ（図の右側）によって実行される動作ステップのフローチャートを示す。ステップ３１において、ｔ＝ｔ₁で、ＳＴＢは休止コマンドを受信して信号の再生を停止する。すなわち、ビデオ表示が停止するとともに音声再生が停止される。その間、ネットワークは数ビットの信号を発生させ、レイテンシーバッファ充填量Ｆが増大する。
【００１９】
ステップ３２において、ＳＴＢコントローラは、バッファ充填量が予め設定された値、例えば、Ｆ＝Ｂ／２となるか否か検査する。ここで、Ｂバッファ容量とする。この場合、コントローラは、ｔ＝ｔ₂で、休止コマンドをサーバに送る。休止コマンドは、ステップ３３において、ｔ＝ｔ₃で、ネットワークのレイテンシーが原因の遅延_τ1を伴ってサーバで受信される。休止命令に応答して、サーバは信号送信を瞬時に中断する。ステップ３４は、ｔ＝ｔ₄で、ネットワークのレイテンシーの遅延_τ2が原因で、受信端の信号受信を中断することを表す。
【００２０】
ステップ３５において、ＳＴＢは、ユーザからの再開命令に応答して信号の再生を再開する。その結果、レイテンシーバッファの充填量Ｆが減少する。
【００２１】
ステップ３６において、ＳＴＢコントローラは、バッファ充填量が予め設定された値Ｆ＝Ｂ／２となるか否か検査する。この場合、コントローラは、ｔ＝ｔ₆で、再開コマンドをサーバに送る。再開コマンドは、ステップ３７において、ｔ＝ｔ₇で遅延_τ3を伴ってサーバによって受信される。再開コマンドに応答して、サーバは、信号の伝送が中断された位置で信号送信を瞬時に再開する。ステップ３８は、ｔ＝ｔ₈で遅延_τ4を伴う受信端での再開信号の受信を示す。遅延_τ1〜_τ4は必ずしも等しくなくてよい。同様に、これらを時間全体に亘って一定にする必要はない。
【００２２】
図４は、システムの種々のポイントの信号のタイミング図を示す。より詳しくは、ＴＳ１は、サーバから伝送される際の移送ストリームを示し、ＴＳ２は、ＳＴＢによって受け取られる際の移送ストリームを示し、ＤＳＰは、再生された信号を示す。参照番号４０は、ビットストリームの受信とレイテンシーバッファに導入されたその再生との間の遅延を表す。バッファ容量を１２パケットと仮定する。この定常状態において、４パケットがバッファ中に存在すると仮定する。
【００２３】
ｔ＝ｔ₁で再生を休止し、これにより、バッファ充填量が増大する。ｔ＝ｔ₂で２より多いパケットが入力されると、バッファ充填量はその容量の半分に等しくなり、休止コマンドがサーバに送られる。ｔ＝ｔ₃で、サーバは休止コマンドを受け、信号送信を中断し、これは、ｔ＝ｔ₄にて受信端に現れる。このとき、バッファ充填量は一定のままである。
【００２４】
ｔ＝ｔ₅で、ＳＴＢは再開コマンドを受けて再生を再開し、これによりバッファ充填量が減少する。参照番号４１は、復号化し及び再生されたパケットを表す。ｔ＝ｔ₆で５パケットがバッファから読み出されると、バッファ充填量は再びその容量の半分に等しくなり、再開コマンドがサーバに送られる。ｔ＝ｔ₇で、サーバは再開コマンドを受信し、信号送信を再開始、これは、ｔ＝ｔ₈にて受信端に現れる。参照番号４２は、再生の再開後のビットストリームの受信と再生との間の遅延を表す。この際、遅延は１パケットに対応する。
【００２５】
完全を期すために、図５は、既に説明した例のレイテンシーバッファ充填量を示す。この図の他の説明は必要ではない。
【００２６】
要約すると、本発明は、ネットワーク（３）を介するビデオオンデマンサーバ（１）からのＭＰＥＧ符号化テレビジョン信号の受信に関するものである。「休止」及び「再開」のような非線形プレイバック機能は、ネットワークレイテンシーのような代表的なネットワーク態様を考慮するので、非常に正確なビットストリームの制御が要求される。受信機（２）は、供給された信号を記憶するレイテンシーバッファ（２４）を具え、その間再生が中断される。ユーザからの休止コマンド及び再開コマンドは、レイテンシーバッファが予め設定された充填量に到達するまでサーバに送られない。これにより、受信機は、休止後の完全な信号再生を再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ビデオオンデマンドサーバ及び本発明による受信機を具えるシステムを示す。
【図２】 図１に図示したビデオオンデマンドサーバから送信されるテレビジョン信号の一例を示す。
【図３】 サーバ及び受信機によって実行される動作ステップフローチャートを示す。
【図４】 受信機の動作を説明するタイミング図を示す。
【図５】 図１に図示したレイテンシーバッファ充填量を示す。

Claims (2)

1. 送信機から圧縮テレビジョン信号を受信する再生装置用受信機の操作方法であって、
   前記信号を復号化し及び再生する前に、受信した信号をレイテンシーバッファに格納するステップと、
   前記再生装置による前記信号の再生を、ユーザからの休止コマンドに応じて中断するステップと、
   前記休止コマンドの後、前記レイテンシーバッファの予め設定された第１占有量に到達すると、前記信号の送信を中断するように、前記送信機に要求を送るステップと、
   前記再生装置による前記信号の再生を、ユーザからの再開コマンドに応じて再開するステップと、
   前記再開コマンドの後、前記レイテンシーバッファの予め設定された第２占有量に到達すると、前記信号の送信を再開するように、前記送信機に要求を送るステップとを具え、
   前記レイテンシーバッファの容量を、前記受信機と前記送信機との間の送信の最大レイテンシーの少なくとも２倍の間に提供されるビット数とし、
   前記第１及び第２占有量は、前記レイテンシーバッファの容量の半分に相当することを特徴とする再生装置用受信機の操作方法。
2. 送信機から圧縮テレビジョン信号を受信する再生装置用圧縮テレビジョン信号受信機において、前記信号を復号化し及び再生する前に受信した信号を格納するレイテンシーバッファと、制御手段とを具え、この制御手段を、
   前記再生装置による前記信号の再生を、ユーザによる休止コマンドに応じて中断し、
   前記休止コマンドの後、前記レイテンシーバッファの予め設定された第１占有量に到達すると、前記信号の送信を中断するように、前記送信機に要求を送り、
   前記再生装置による前記信号の再生を、ユーザによる再開コマンドに応じて再開し、
   前記再開コマンドの後、前記レイテンシーバッファの予め設定された第２占有量に到達すると、前記信号の送信を再開するように、前記送信機に要求を送るように配置し、
   前記レイテンシーバッファの容量を、前記受信機と前記送信機との間の送信の最大レイテンシーの少なくとも２倍の間に提供されるビット数とし、
   前記第１及び第２占有量は、前記レイテンシーバッファの容量の半分に相当することを特徴とする再生装置用圧縮テレビジョン信号受信機。

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