JP4141952B2 - 信号の受信を改善する方法、システム、および受信機 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル・テレビジョンの送受信システムの改良に関する。更に詳細には、本発明は、ディジタル地上波ＴＶシステムの送信と受信の間で発生する可能性がある信号のフェージング（ｆａｄｉｎｇ）を解決するものである。

本願は、２００１年７月１９日に出願した米国仮出願第６０／３０６５６５号の利益を請求するものである。

どのような地上波ＴＶシステムに於いても、信号を受信側に送信する際に、幾つかの問題を解決しなければならない。例えば、米国では、８値残留側波帯（８−ＶＳＢ：Ｖｅｓｔｉｇｉａｌ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）を用いたＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）システムをディジタル・テレビジョン標準として採用している。残留側波帯（ＶＳＢ）システムは、単一搬送波変調システムであるので、マルチパス伝送によるフェージング（ｆａｄｉｎｇ）および信号減衰が生じ易い。このような効果についてはよく理解されており、その蓋然性についても文書で述べられている。フェージングが強く、広範囲で、且つ持続時間が長い場合には、ＴＶ受信機の復調システムは同期を失い、信号が失われることになる。このようなフェージングは、ディジタル・テレビジョンで利用される信号の移動受信に於いて特に強力である。

例えば、等価技術を用いることに依る周波数選択性の信号フェージングの補正は、既に試みられている。しかし、このような技術では、フェージングが起こったときに性能が低下する可能性がある。その他の技術は周波数を選択することができない。

既に提案されているフェージング解決法の１つは、「スタガ式マルチキャスト（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ ｍｕｌｔｉｃａｓｔｉｎｇ：時差同報通信）」システムであり、これは、ディジタル通信システム内で冗長的にデータを送信して、特定のチャネルのフェージング特性を回避するものである。このようなシステムは、本願と同じ発明者による２００１年７月１９日に出願した米国仮出願第６０／３０６５８６号などに記載されている。この出願には、統計的に予想したフェージング周期値にほぼ等しいか、またはこれよりも長い周期でデータ・ストリームを反復することが開示されている。しかし、最適利用のために、このようなシステムに於いて、どのようにして冗長データを構成するかという点では、課題が残っている。

送信データのサービス品質（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）およびスケーラビリティ（ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ：拡張性）特性を変えることができる技術は既知である。このような技術は、インターネット・プロトコル・ストリーミング・サービスでは一般的であり、ネットワーク交換器で優先順位を付けることに依存する。ＱｏＳ／スケーラビリティ技術は、交換ネットワーク放送システムでは極めて有用である。但し、このような交換ネットワークが、テレビジョン放送媒体に設けられていないことは明らかである。テレビジョン放送システム内でのデータ・パケットの喪失は、インターネットの場合のようにトラフィックの混み合いによるものではなく、無線チャネルの損失性に因るものである。

上述の仮出願では、ある程度まで保証されたサービスを提供するために、冗長データを放送することを開示している。ビットストリーム内の冗長性の程度は、システムのエラーに対する強さ（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）に直接影響を与える。

通常、音声／ビデオ（ａｕｄｉｏ／ｖｉｄｅｏ）放送システムでは、音声チャネルの方がビデオ・チャネルよりも強く保護される。即ち、短時間の間、視聴者が受信するビデオ信号が劣化する、あるいは視聴者がビデオ信号を全く受信できないことが起こりうる。しかし、音声が失われることのほうが、聴取者をより混乱させることになる。従って、音声チャネルの方により高いサービス品質（ＱｏＳ）レベルを設定しなければならない。サービス品質（ＱｏＳ）レベルを別の構成にすることが望ましいこともある。

本発明は、ユーザにとっての知覚重要性の高い信号成分またはチャネル（例えば、ビデオに対する音声）にさらなる強さを付加する技術を利用することにより、このような有利なシステムを形成することを目的とする。例えば、データ・ストリームを冗長的にすることにより解決できる最大フェージング持続時間を、優先順位の低いデータよりも優先順位の高いデータの方が長くなるようにする。例えば、音声のフェージング持続時間に対して、ビデオより長い期間対応することができる。この場合、音声チャネルの方が、遅延バッファが大きくなるが、音声のデータ・レートはビデオに比べて比較的低いので、低コストでバッファリングすることができる。

以下の本発明の詳細な説明では、８値残留側波帯（８−ＶＳＢ）システムの詳細に焦点を当てているが、本発明の解決策は、フェージング・チャネル環境に置かれる任意のディジタル放送送信システムに等しく適用可能であることを理解されたい。

（発明の概要）
本発明の原理によれば、ディジタル放送通信システムにおいて、送信機から受信機に向けて、高優先順位成分（Ｈｉｇｈ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と低優先順位成分（Ｌｏｗ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを放送する。これらの各成分は、主信号（ｍａｉｎ ｓｉｇｎａｌ）および補助信号（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌ ｓｉｇｎａｌ：サプリメンタル信号）を生成し、各補助信号は、対応する主信号より時間的に先行している。高優先順位成分および低優先順位成分の主信号および補助信号は合成されて、受信機に向けて放送される単一の信号になる。受信機では、時間的に先行している補助信号をバッファに記憶して、それぞれの対応する主信号と時間的に一致させる。主信号は両方とも受信機において通常の方法で処理され、フェージング事象（ｆａｄｉｎｇ ｅｖｅｎｔ）を検出するためにモニター（監視）される。フェージング事象が検出されたときには、フェージングを受けた主信号をそれぞれ対応するバッファリングした補助信号で置換し、通常の処理を続行する。

図１は、本発明の原理を組み込んだ送信機を示すブロック図である。図示の実施形態に於いて、送信機は、１９９５年９月１６日付のＡｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ＡＴＳＣ）ディジタル・テレビジョン標準（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）の規定に準拠して動作する。但し、本発明の原理は、チャネルにフェージングが生じる任意の通信システムに適用することができることを当業者は理解するであろう。

ビデオ・ソース素材（ｓｏｕｒｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ：ソース・マテリアル）が、端子１０を介してＭＰＥＧエンコーダ２０および３０に供給される。これらのエンコーダは、ＭＰＥＧ規格に準拠してビデオ信号の符号化および圧縮を行う。エンコーダ２０の出力は、導線２１を介してトランスポート・マルチプレクサ４０の１つの入力に供給される。エンコーダ３０は、エンコーダ２０と同じ方法によりデータ・ストリームを処理するが、その出力は、導線３１を介してパケット・バッファ遅延装置３２に供給される。遅延装置３２の出力は、トランスポート・マルチプレクサ４０の別の入力に供給される。ビデオ信号は符号化されて、それぞれのディジタル・データ・ストリームとなる。符号化では、ここで使用する特定の信号に適した既知のビット・レート低下方法および圧縮技術を利用することができる。エンコーダ２０および３０から供給される圧縮ビデオ・データ・ストリームは、符号化したビデオ情報並びに各パケットを識別するデータを含む複数のパケットに分割される。

音声信号は、端子１１を介してディジタル音声圧縮器（ＤＡＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）１２に供給される。ディジタル音声圧縮器１２は、後述のように、音声信号を処理してディジタル信号にし、その出力は、トランスポート・マルチプレクサ４０の更に別の入力に供給される。端子１１からは、第２のディジタル音声圧縮器（ＤＡＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）１３にも音声信号が供給される。圧縮器１３を出た圧縮済みのデータ信号は、遅延回路１４に供給され、そこからトランスポート・マルチプレクサ４０の第４の入力に供給される。

その後、符号化済みのビデオ信号および音声信号は、トランスポート・マルチプレクサ４０で多重化されて単一のデータ・ストリームとなる。例えば、ディジタルＴＶ受信機に於いて、後で使用する制御データなどを供給するために、追加のデータ信号をマルチプレクサ４０に供給することもできる。

４組（セット）のビデオおよび音声信号を含むトランスポート・マルチプレクサ４０の出力は、チャネル・コード化（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ）部５０、シンボル・マッピング（ｓｙｍｂｏｌ ｍａｐｐｉｎｇ）部６０およびミキサ７０で、搬送波挿入回路（ｃａｒｒｉｅｒ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）８０を用いてチャネル・コード化され、変調される。これらの回路は、８−ＶＳＢ受信機が送信ＲＦ信号を正確に位置決めして復調するのを助ける様々な「ヘルパ（ｈｅｌｐｅｒ）」信号も発生する。例えば、ＡＴＳＣパイロット（ｐｉｌｏｔ）信号、セグメント同期信号、およびフレーム同期信号などがある。

８値残留側波帯（８−ＶＳＢ）方式で変調されているミキサ７０からの出力信号は、受信機に向けて放送され、図３に示すような構成になっている。上述のように、音声信号を優先順位の高い信号と見なし、ビデオ信号を優先順位の低い信号と見なす。図３の上側には、２つの音声信号、即ち高優先順位信号３０１および３０２が示されている。以下で述べるように、エンコーダ２０により符号化される上側のビットストリーム３０１は補助ストリームであり、エンコーダ１３により符号化され、遅延回路１４により遅延させられる主音声信号３０２より時間的に先行して送信される。図３の下側には、２つのビデオ信号、即ち低優先順位信号３０３および３０４が示されている。音声信号３０１および３０２の場合と同様に、エンコーダ２０により符号化されるビデオ信号３０３は補助ビデオ信号と見なされ、エンコーダ３０により符号化され遅延回路３２で遅延させられるビデオ信号３０４は主ビデオ信号と見なされる。

主低優先順位ビデオ信号および補助低優先順位ビデオ信号、並びに主高優先順位音声信号および補助高優先順位音声信号は、主信号が補助信号より時間的に遅延されていることを除けば、互いにほぼ同じである。この遅延は、ビデオ信号については図１のバッファ３２で行われ、音声信号の遅延は図１の遅延回路１４で行われる。

次に図２を参照すると、本発明の原理を組み込んだ残留側波帯（ＶＳＢ）受信機の概略図が示されている。８値残留側波帯（８−ＶＳＢ）送信信号では、既知の方法で、Ｉチャネルまたは同相情報のみをサンプリングすることにより送信信号の８つのレベル（値）を回復する。図２では、受信信号は、送信機で行われた処理を逆に行うことにより復調される。即ち、入来するＶＳＢ信号は、受信され、ダウン変換され、濾波され、その後検出される。次いで、セグメント同期（ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｙｎｃ）およびフレーム同期（ｆｒａｍｅ ｓｙｎｃ）が回復される。これは、ミキサ１００、局部発振器（ＯＳＣ）１０１、ロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）１０２、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１０３、ミキサ１０４および搬送波回復回路（ｃａｒｒｉｅｒ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｃｉｒｃｕｉｔ）１０６、並びに補間器（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ）１０７およびシンボル・タイミング回復回路（ｓｙｍｂｏｌ ｔｉｍｉｎｇ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｃｉｒｃｕｉｔ）１０８により行われる。

補間器１０７の出力は、等化器（ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）１１０に供給される。セグメント同期信号は、受信機のクロック回復に役立ち、フィールド同期信号は、適応型ゴースト相殺等化器（ａｄａｐｔｉｖｅ ｇｈｏｓｔ−ｃａｎｃｅｌｉｎｇ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）１１０のトレーニングに使用される。残留側波帯（ＶＳＢ）システムの利点の１つは、等化器がＩチャネル情報または実情報（ｒｅａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）についてのみ動作するので、複雑な等化処理が不要であることにある。

等化器１１０の出力は、順方向誤り訂正回路（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）１２０に供給される。この回路１２０は、トランスポート・デマルチプレクサ１３０に供給され、そこで使用される順方向誤り訂正信号を供給する。また、順方向誤り訂正回路（ＦＥＣ）１２０は、その入力信号を適切に復号することができなかったことを示す信号も供給する。トランスポート・デマルチプレクサ１３０の出力は、図１に示す送信機のトランスポート・マルチプレクサ４０の入力を反映している。これらの信号には、導線１３１上の補助ビデオ信号、導線１３２上の主ビデオ信号、導線１３３上の主音声信号および導線１３４上の補助音声信号が含まれる。

補助ビデオ信号、即ち補助低優先順位信号は、送信機のバッファ３２の遅延と等しい遅延を与えるバッファ遅延装置１５０に供給され、主ビデオ信号は、導線１３２を介して直接ストリーム選択回路１４０に供給される。同様に、主高優先順位信号、即ち主音声信号は、導線１３３を介してストリーム選択回路１４０に直接供給され、補助音声信号は、送信機の遅延回路１４の遅延と等しい遅延を与える遅延回路１３６に供給される。遅延された補助ビデオ信号は、バッファ１５０からストリーム選択回路１４０に供給され、遅延された補助音声信号は、遅延回路１３６からストリーム選択回路１４０に供給される。従って、高優先順位音声信号および低優先順位ビデオ信号のどちらについても、主信号および補助信号は、時間的に整合してストリーム選択回路に供給される。

通常、ストリーム選択回路１４０は、これら主音声信号、補助音声信号、主ビデオ信号および補助ビデオ信号のうちの１つを出力として選択してデコーダ１６０に供給し、表示プロセッサおよび表示装置１８０に供給する。

フェージング事象が発生した場合、バッファリングされた補助信号がストリーム選択回路１４０により選択される。このようなフェージング事象は、順方向誤り訂正回路１２０およびトランスポート・デマルチプレクサ１３０のそれぞれの出力に接続された誤り検出回路（ｅｒｒｏｒ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ）１２１が判定する。主高優先順位信号または主低優先順位信号の何れかに於いて発生したフェージング事象は、幾つかの異なる可能な尺度により物理層で検出することができる。具体的には、受信信号の信号品質を示す何らかの尺度をモニターして、フェージング事象を検出することができる。例えば、処理した主信号の振幅が減少した場合、信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ―Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏｎ）の低下を検出する信号対雑音比検出器を使用してもよい。あるいは、受信信号のビット誤り率（ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ）をモニターして、これが所定レベル以下まで低下したかどうかを検出し、または順方向誤り訂正回路（ＦＥＣ）１２０からのパケット誤り信号をモニターして、任意の復号不可能なパケットを検出することができる。これらの指標の１つまたは複数を誤り検出回路１２１でモニターして、フェージング事象を検出してもよい。誤り検出回路１２１は、主信号が破損していると判定した場合には、補助チャネル・データを利用するようにストリーム選択回路１４０に命令を出す。

それぞれのバッファが空になるまで、または受信機が回復して主チャネルがしきい値を超えるレベルに復元されるまで、補助データが使用され続ける。いったん回復した残留側波帯（ＶＳＢ）受信機は、補助バッファが再度一杯になって各主ストリーム信号の次のフェージング事象に備えることが可能な時間、回復した状態を維持しなければならないことは明らかである。遅延装置１５０および１３６のバッファ遅延の長さは、高優先順位信号および低優先順位信号それぞれの予想フェージング持続時間に基づいて決められる。例えば、この遅延は、５ミリ秒から数秒の間にすることができる。

再度図３を参照すると、この例示に於いては、ビデオおよび音声のフェージング持続時間冗長度が異なることが示されている。図３は、通信チャネルを介して送信されるパケットのタイミングを示す時間図である。補助音声信号３０１では、第１のパケットは「ａ」、第２のパケットは「ｂ」で示され、以下同様に標識が付けられている。期間３１０の間に、音声パケット・バッファ１５０には、初期補助音声パケットがロードされる。補助音声信号３０１は、主音声信号３０２に比べると、データ・パケット約１０個分時間的に先行しており、従って、期間３１０の間は、音声パケット「ａ」〜「ｊ」がバッファ１５０にロードされることが分かる。同様に、期間３１２の間は、補助ビデオ信号３０３のパケットがバッファ１３６にロードされる。但し、補助ビデオ信号３０３は、主ビデオ信号３０４よりもデータ・パケット約４個分しか時間的に先行していない。

時点ｔ１で、補助音声パケット「ａ」に対応する第１の主音声パケット「Ａ」が受信される。音声パケット「Ａ」の後には、補助音声パケット「ｂ」に対応する次の主音声パケット「Ｂ」が続き、以下同様に受信されていく。同様に、時点ｔ２では、補助ビデオ・パケット「ａ」に対応する第１の主ビデオ・パケット「Ａ」が受信され、その後に補助ビデオ・パケット「ｂ」に対応する次の主ビデオ・パケット「Ｂ」が続き、以下同様に受信されていく。通常の動作モードでは、主音声パケットおよび主ビデオ・パケットが信号セレクタ１４０により選択され、後続の受信機回路により処理される。

期間３１４は、パケット３つ分の時間だけフェージング事象が続くことを示している。時間間隔３１４の間に、主音声パケット「Ｈ」、「Ｉ」および「Ｊ」、主ビデオ・パケット「Ｈ」、「Ｉ」および「Ｊ」、補助音声パケット「ｒ」、「ｓ」および「ｔ」、並びに補助ビデオ・パケット「ｌ」、「ｍ」および「ｎ」が全て失われる。期間３１６は、信号が十分な強度に復帰中であり、受信機がその信号を再度捕捉している、即ち復調器チェーンが再同期して順方向誤り訂正回路が回復している時間間隔である。時間間隔３１６の間に、主音声パケット「Ｋ」、「Ｌ」および「Ｍ」、主ビデオ・パケット「Ｋ」、「Ｌ」および「Ｍ」、補助音声パケット「ｕ」、「ｖ」および「ｗ」、補助ビデオ・パケット「ｏ」、「ｐ」および「ｑ」は全て失われる。

音声バッファ１５０は１０個の補助音声パケットを収容するので、対応する主音声パケット「Ｈ」〜「Ｍ」より先に、またフェージング事象３１４〜３１６より前に、時間間隔３１８の間に送信された補助音声パケット「ｈ」〜「ｍ」は、フェージング事象３１４〜３１６の時点で音声パケット・バッファ１５０に入っている。従って、フェージング事象で失われたこれら６個の主音声パケット「Ｈ」〜「Ｍ」は、音声パケット・バッファ１５０の補助音声パケット「ｈ」〜「ｍ」を用いて回復することができる。但し、ビデオ・バッファ１３６は、主ビデオ・パケットより先に送信される補助ビデオ・パケットを４つしか収容しないので、ビデオ・チャネルは部分的にしか保護されない。即ち、パケット６個分というフェージング持続時間は、パケット４個分のビデオ補助信号の先行部分より長いので、信号３０４のビデオ・データ・パケット「Ｌ」および「Ｍ」は失われることになり、それらの代わりに使用することが可能な対応する補助パケットも存在しない。上述のように、音声チャネルの遅延バッファの方が、ビデオ・チャネルの遅延バッファよりも大きい。しかし、音声のデータ・レートはビデオに比べて比較的低いので、音声信号を余分にバッファリングすることは比較的低コストである。

図面を分かり易くするために、図３では網掛け（斜線を含む）を用いて示している。網掛け部３０６は、受信機で復号されたパケットを示し、網掛け部３０７はフェージング事象により失われたパケットを示す。網掛け部３０８は、受信機の再捕捉により失われたパケットを示し、白抜き部３０９は、受信はされるが使用されないパケットを示す。

フェージング事象の後では、一度使用された補助バッファが一杯になるまで、システム全体がフェージングに対して脆弱であることは明らかであろう。これは、フェージングで全てのストリームが失われる可能性があるからである。短期間に連続して複数のフェージングが起こる状況を乗り切るために、先行する補助ストリームを増やすこともできる。但し、この場合には、より大きな帯域幅を使用することになる。

次に図４を参照すると、音声チャネルが図３に示すものと同じ最大フェージング持続時間を有する例が示されている。ビデオ・データ・ストリーム４０３および４０４は、図３に示すものと実質的に同じである。但し、音声補助チャネル４０１が、主音声チャネル４０２の各パケットについて２つのコピーを有している。即ち、各主音声パケット（例えば、「Ａ」）ごとに、２つの対応する補助パケット（例えば、「ａ」、１つ目は時点ｔ３で受信され、２つ目は時点ｔ４で受信される）が受信され、音声バッファ１５０に記憶される。この場合に於いても、１０個の補助音声パケットが期間４０６の間に受信され、バッファ１５０に記憶される。

図４の例では、２つのフェージング事象が互いに比較的接近して発生している。第１のフェージング事象は、期間４０８のフェージングおよび期間４１０の受信機回復期間を含み、第２のフェージング事象は、期間４１２のフェージングおよび期間４１４の受信機回復期間を含んでいる。主ビデオ信号４０４では、幾つかのパケット、例えば、「ｈ」〜「ｋ」を２次ビデオ信号４０３から利用できることが分かる。但し、このフェージング持続時間と、フェージングが２回立て続けに起こることにより、ビデオではパケットの損失が生じ、例えば、「Ｌ」、「Ｍ」、「Ｏ」、「Ｐ」、「Ｑ」、「Ｓ」および「Ｔ」が失われている。しかし、音声チャネルでは、補助チャネル４０１に音声データ・パケットのコピーが２つ配列されているので、受信機は、フェージングにより失われた全てのデータを回復することができる。図３に示す構成の場合、図４のような２つのフェージングが発生すると、音声チャネルは、損失なしには存続しなかったはずであることに留意されたい。従って、補助信号に音声チャネル・パケットのコピーを複数有することは、非常に有利であることは明らかである。また、上述したように、音声のデータ・レートはビデオのそれに比べて比較的低いので、これも比較的安い追加コストで実現することができる。

図４の構成では、任意の２つの冗長パケット間の最大距離がやはり最長のフェージング時間を規定していることに留意されたい。しかし、冗長パケットを追加することにより、高優先順位信号ストリームでもこれらの複数のフェージング事象を隠蔽することができる。

上記と同じ原理を利用して、ビデオ・チャネルの保護に役立てることもできる。ビデオ・チャネルで拡張性のある（ｓｃａｌａｂｌｅ：スケーラブルな）符号化を行うことにより、上質なデグラデーション（階調）特性をもたらすことができる。拡張性のある符号化の具体的な種類は本質的な問題ではない。空間的、時間的、信号対雑音比（ＳＮＲ）または細粒度（ｆｉｎｅ ｇｒａｉｎ）の何れの拡張性であってもよい。拡張性のあるビデオ・コード化は、２つの別個のビデオ・ビットストリームを生成することを伴う。１つは、最低限許容できる画質の像を形成するために必要なデータを含む基本層（ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ：ベース・レイヤ）であり、もう１つは、基本層のデータと合成させるとより高画質の像を生み出すデータを含む上位（拡張）層（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ：エンハンスメント・レイヤ）である。基本層がフェージングに対する冗長性により保護され、上位相がこのような冗長性を有しない場合、フェージング事象が発生したとき、高画質像から低画質像への上質なデグラデーションが生じる。当業者なら、本発明の原理に従って様々なフェージング事象の持続時間に対して３層以上のビデオを生成し、符号化することができることを理解するであろう。

図１において、エンコーダ３０により生成された主ビデオ信号は、線３１上の基本層情報および点線３５で示す上位層情報を両方とも含むが、エンコーダ２０により生成された補助ビデオ信号は、線２１上の基本層情報のみを含んでいる。同様に、図２では、点線１３５で示す主ビデオ信号の上位層情報は、導線１３２上の主ビデオ信号の基本層情報と同じ方法でストリーム選択回路１４０に供給されるが、補助ビデオ信号の基本層情報だけは遅延回路１５０に供給される。従って、上位層情報は、主基本層情報と時間的に同期している。その結果として、通常の状態では、主ビデオ信号の基本層および上位層の情報からより高い画質の像を生成することができる。

図５は、このようなシステムが生成する信号を示す図である。音声チャネル５０１および５０２は、図４の４０１および４０２と実質的に同じである。しかし、ビデオ・チャネル５０３および５０４は、基本層情報のみに関係している。即ち、図５では、基本層の主ビデオ信号５０４は、対応する時間だけ先行した基本層の補助ビデオ信号パケット・ストリーム５０３を付加することにより、パケット持続時間４つ分のフェージング持続時間冗長性を有する。しかし、上位ビデオ層５０６には、対応する補助パケット・ストリームがなく、従って、フェージング冗長性もない。図５に示す構成では、時間間隔５１０におけるフェージング事象および時間間隔５１２における回復期間により、基本層ビデオ・データからはパケット「Ｌ」および「Ｍ」が失われ、上位層５０６からはパケット「Ｈ」〜「Ｍ」が全て失われる。音声信号はパケットを失わない。従って、ほとんどのフェージング事象の間、高解像度ビデオは基本層の解像度まで劣化することになるが、その間も画像は供給されており、音声は適切に復号されている。上述のように、テレビジョンの視聴者にとって最も気になるのは音声が消えることである。視聴者は、ある程度のビデオの劣化は問題なく許容することができる。

上記の例から、数多くの異なる構成が可能であることは明らかである。フェージングの持続時間と使用するバッファのサイズの兼ね合いを計らなければならない。また、冗長性のためにビット・レートについて妥協しなければならない。冗長性を強化すれば、アプリケーションに利用できるビット数が減少することは明らかである。上述の方法および装置は、様々なビットストリームに対して様々なフェージング持続時間冗長性を供給し、損失性無線チャネル上に複数レベルのサービス品質（ＱｏＳ）を生じさせる。即ち、より優先順位の高い音声データには、優先順位の低いビデオ・データよりも高レベルのフェージング事象耐性を与えている。例えば、音声データなどの高優先順位データを連続したフェージングから保護するために、冗長性を追加することもできる。スタガ式マルチキャストを拡張性のあるビデオ・ビットストリームに適用すると、図５のビットストリームの図に示すように、フェージング事象中に上質なデグラデーションが生じる。特定の実施形態および特定の例に関連して本発明について説明したが、特許請求の範囲により定められる本発明の範囲を逸脱することなく本発明の原理をその他の構成で実施できることは明らかである。

本発明の原理を組み込んだ送信機を示すブロック図である。 本発明の原理を組み込んだ受信機を示すブロック図である。 様々なフェージング冗長性を備えた音声パケットおよびビデオ・パケットのグループを示す図である。 様々なフェージング冗長性並びに追加の音声冗長性を備えた音声パケットおよびビデオ・パケットのグループを示す図である。 フェージング冗長性を備えた音声および拡張性のあるビデオを示す、音声パケットおよびビデオ・パケットのグループを示す図である。

Claims (26)

1. 送信信号の受信を改善する方法であって、
   送信機において、第１のソースから主組および補助組の高優先順位データを生成するステップと、
   前記主組の高優先順位データを、前記補助組の高優先順位データよりも時間的に遅延させるステップと、
   第２のソースから主組および補助組の低優先順位データを生成するステップと、
   前記主組の低優先順位データを、前記補助組の低優先順位データよりも時間的に遅延させるステップと、
   前記主組および前記補助組の高優先順位データおよび低優先順位データを搬送する信号を、受信機で受信されるように送信するステップと、
   前記受信機で受信された前記主組の高優先順位データを、前記受信機の通常の高優先順位データ受信チャネルに供給するステップと、
   前記受信機で受信された前記補助組の高優先順位データを、前記受信機の高優先順位データ用のバッファに記憶するステップと、
   前記受信機で受信された前記主組の低優先順位データを、前記受信機の通常の低優先順位データ受信チャネルに供給するステップと、
   前記受信機で受信された前記補助組の低優先順位データを、前記受信機の低優先順位データ用のバッファに記憶するステップと、
   前記送信信号中の変化を検出するステップと、
   前記主組の高優先順位データの１つ以上の望ましくない変化部分を、前記高優先順位データ用のバッファに記憶された前記補助組の高優先順位データの対応部分で置換するステップと、
   前記主組の低優先順位データの１つ以上の望ましくない変化部分を、前記低優先順位データ用のバッファに記憶された前記補助組の低優先順位データの対応部分で置換するステップと、
   を含む、前記信号の受信を改善する方法。
2. 前記送信信号が、残留側波帯（ＶＳＢ）信号の形態で送信される、請求項１に記載の信号の受信を改善する方法。
3. 前記主組の高優先順位データが、前記主組の低優先順位データよりも長い期間だけ遅延している、請求項１に記載の信号の受信を改善する方法。
4. 前記高優先順位データが、音声信号データであり、前記低優先順位データが、ビデオ信号データである、請求項１に記載の信号の受信を改善する方法。
5. 前記補助組の音声信号データが、前記主音声信号データの複数のコピーを含む、請求項４に記載の信号の受信を改善する方法。
6. 前記補助組の音声信号データが、前記主音声信号データの２つのコピーを含む、請求項５に記載の信号の受信を改善する方法。
7. 低優先順位データが、基本層および上位層を両方とも有する複合ビデオ信号であり、前記補助組のビデオ信号データが、基本層のみを含み、主組のビデオ・データが、基本層および上位層を両方とも含む、請求項４に記載の信号の受信を改善する方法。
8. 前記受信した上位層の前記ビデオ信号データと前記受信した基本層の前記ビデオ信号データとを合成して、前記受信機において複合ビデオ信号データを復元するステップを含む、請求項７に記載の信号の受信を改善する方法。
9. 前記受信信号中の望ましくない変化が、前記受信信号の品質と関係があり、前記変化が、前記受信信号のある品質尺度をモニターすることにより検出される、請求項１に記載の信号の受信を改善する方法。
10. 前記品質尺度が、信号対雑音比、ビット誤り率またはパケット誤り率の尺度の１つまたは複数である、請求項９に記載の信号の受信を改善する方法。
11. 第１の組の同期して符号化された第１の優先順位の信号および第２の組の同期して符号化された第２の優先順位の信号を搬送する信号の受信を改善する方法であって、
    前記第２の優先順位が、前記第１の優先順位より低く、前記第１および第２の組が、それぞれ主信号および補助信号を含み、前記主信号および補助信号が時間的にずれて、前記補助信号がそれぞれ対応する前記主信号より先行しており、前記第１の優先順位の信号の前記補助信号が、前記第２の優先順位の信号の前記補助信号よりも長い時間間隔だけ先行していて、
    前記信号の受信を改善する方法が、
    前記補助信号のそれぞれを前記受信機においてそれぞれのバッファに記憶するステップと、
    前記受信機において、前記主信号のそれぞれを通常の方法で処理するステップと、
    受信信号中の望ましくない変化を検出するステップと、
    前記主信号の１つ以上の望ましくない変化部分を、前記記憶した補助信号の対応する部分で置換するステップと、
    を含む、前記信号の受信を改善する方法。
12. 前記受信信号が、残留側波帯（ＶＳＢ）変調信号である、請求項１１に記載の信号の受信を改善する方法。
13. 送信信号の受信を改善するシステムであって、
    送信機において、第１のソースから主組および補助組の高優先順位データを生成する手段と、
    前記主組の高優先順位データを、前記補助組の高優先順位データよりも時間的に遅延させる第１の遅延手段と、
    第２のソースから主組および補助組の低優先順位データを生成する手段と、
    前記主組の低優先順位データを、前記補助組の低優先順位データよりも時間的に遅延させる第２の遅延手段と、
    前記主組および前記遅延させた補助組の高優先順位データおよび低優先順位データを搬送する信号を送信する手段と、
    低優先順位データおよび後優先順位データそれぞれのための通常の受信チャネルを有する受信機と、
    前記受信機で受信された前記主組の高優先順位データを、前記受信機の前記通常の高優先順位受信チャネルに供給する手段と、
    前記受信機内にある高優先順位データ用の第１のバッファ回路と、
    前記受信機で受信された前記補助組の高優先順位データを、前記第１のバッファ回路に記憶する手段と、
    前記受信機で受信された前記主組の低優先順位データを、前記受信機の前記通常の低優先順位受信チャネルに供給する手段と、
    前記受信機内にある低優先順位データ用の第２のバッファ回路と、
    前記受信機で受信された前記補助組の低優先順位データを、前記第２のバッファ回路に記憶する手段と、
    前記受信信号中の１つ以上の望ましくない変化を検出する、前記受信機内にある検出器回路と、
    前記主組の高優先順位データの１つ以上の望ましくない変化部分を、前記第１のバッファ回路に記憶された前記補助組の高優先順位データの対応部分で置換する、前記受信機内にある手段と、
    前記主組の低優先順位データ信号の１つ以上の望ましくない変化部分を、前記第２のバッファ回路に記憶された前記補助組の低優先順位データの対応部分で置換する、前記受信機内にある手段と、
    を含む、前記信号の受信を改善するシステム。
14. 送信手段が、前記主組および前記補助組の高優先順位データおよび低優先順位データを搬送する残留側波帯（ＶＳＢ）信号を送信する回路を含む、請求項１３に記載の信号の受信を改善するシステム。
15. 前記第１の遅延手段が、前記第２の遅延手段よりも長い時間遅延を供給する、請求項１３に記載の信号の受信を改善するシステム。
16. 前記高優先順位データが、音声信号データであり、前記低優先順位データが、ビデオ信号データである、請求項１３に記載の信号の受信を改善するシステム。
17. 前記補助音声信号データが、前記主音声信号データの複数のコピーを含む、請求項１６に記載の信号の受信を改善するシステム。
18. 前記補助音声信号データが、前記主音声信号データの２つのコピーを含む、請求項１７に記載の信号の受信を改善するシステム。
19. 前記送信機で生成される前記ビデオ信号データが、基本層および上位層を両方とも有する複合ビデオ信号データであり、前記主組および補助組のビデオ信号データが、ともに前記複合ビデオ信号データの前記基本層を含み、前記主組のビデオ信号データが、上位層を含む、請求項１６に記載の信号の受信を改善するシステム。
20. 前記受信機中にある合成手段が、前記上位層の前記ビデオ信号データと前記基本層の第１のビデオ信号とを合成して、前記受信機において前記複合ビデオ信号データを復元する、請求項１９に記載の信号の受信を改善するシステム。
21. 第１の組の同期して符号化された第１の優先順位の信号および第２の組の同期して符号化された第２の優先順位の信号の形式で送信される信号の受信を改善する受信機であって、
    前記第２の優先順位が前記第１の優先順位より低く、前記第１および第２の組がそれぞれ主信号および補助信号を含み、前記主信号および補助信号が時間的にずれて、前記補助信号がそれぞれ対応する前記主信号より先行していて、
    前記信号の受信を改善する受信機は、
    前記受信機で受信した前記第１の優先順位の信号の前記補助信号を記憶する第１のバッファ回路と、
    前記受信機で受信した前記第２の優先順位の信号の前記補助信号を記憶する第２のバッファ回路と、
    前記受信機で受信した前記主信号のそれぞれを通常の方法で処理する信号プロセッサと、
    前記受信した信号中の１つ以上の望ましくない変化を検出する検出器回路と、
    前記主信号それぞれの１つ以上の望ましくない変化部分を、前記記憶した補助信号の対応する部分で置換する、前記検出器回路並びに前記第１および第２のバッファ回路に合成された手段と、
    を含む、前記信号の受信を改善する受信機。
22. 前記受信した信号が、残留側波帯（ＶＳＢ）変調信号である、請求項２１に記載の信号の受信を改善する受信機。
23. 前記受信信号中の前記望ましくない変化が、前記受信信号の品質と関係があり、前記検出器回路が、前記受信信号のある品質尺度をモニターする、請求項２１に記載の信号の受信を改善する受信機。
24. 前記品質尺度が、信号対雑音比、ビット誤り率またはパケット誤り率の尺度のうちの１つまたは複数であり、検出器が、信号対雑音比、ビット誤り率またはパケット誤り率の尺度のうちの１つまたは複数をモニターする、請求項２３に記載の信号の受信を改善する受信機。
25. 前記主組の高優先順位データを遅延させるステップと前記主組の低優先順位データを遅延させるステップが前記主組の高優先順位データを前記主組の低優先順位データよりも遅延させるステップからなる、請求項１に記載の信号の受信を改善する方法。
26. 前記変化を検出するステップが、フェージング事象を検出するステップからなる、請求項１に記載の信号の受信を改善する方法。

Images