JP4246836B2 - ディジタル・データストリームを発生する方法およびディジタル装置 - Google Patents
ディジタル・データストリームを発生する方法およびディジタル装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル・ビデオテープレコーダのデータストリームを処理する方法に関する。特に、本発明は、再生されたディジタル・データストリームの中に補助データを挿入する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＴＶ（高精細度テレビジョン）信号は、典型的に、現行の放送標準規格（例えばＮＴＳＣ方式）と互換性がない。ＨＤＴＶと互換性のある信号に使用するのに適する、好ましい信号符号化標準規格は、米国で使用するためにグランド アライアンス（Ｇｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ）が採用したＭＰＥＧ−２（Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ，“情報技術−動画および関連する音声情報の符号化：Ｖｉｄｅｏ，” ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−２， Ｍａｙ １５，１９９６）である。このよく知られている標準規格は、映像、音声および補助データを符号化し圧縮するためにフォーマットする指針を与える。ＭＰＥＧ−２と互換性のあるディジタル・テレビジョン信号は地上放送され、衛星リンクを介して伝送され、あるいはケーブル・システムを介して送られる。伝送モードに関係なく、関連するトランスポート・データストリームは、何らかのタイプのデータで完全に占有されることになる。
【０００３】
信号がユーザに達すると、現行のアナログ・テレビジョン／ＶＴＲの構成では、ユーザは１つの番組をビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）に録画し同時に別の番組を見ることができる。また、視聴者は、テレビジョン受像機を動作させずに、受信される番組を録画するようにＶＴＲをセットすることもできる。何れの場合にも、視聴者は録画した番組をあとで再生できる。
【０００４】
ビデオテープレコーダは、典型的に、再生ビデオ・ストリームの中にデータおよびメッセージを挿入して、ＶＴＲの状態を視聴者に知らせる。ＯＳＤ（ｏｎ−ｓｃｒｅｅｎ ｄｉｓｐｌａｙ：画面上表示）メッセージ、例えば、ＰＬＡＹあるいはＦＦ（ｆａｓｔ ｆｏｒｗａｒｄ：高速前進）メッセージ、あるいはビットマップ・ディスプレイ（ｂｉｔ−ｍａｐｐｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）は、画像と共にテレビ画面の中に表示される。これらのメッセージは、リモコンあるいはＶＴＲのフロントパネル上の関連する制御装置を視聴者が起動させており、ＶＴＲがそれに応答していることを示している。
【０００５】
アナログＶＴＲシステムにおいて、再生時にビデオ信号の中にＯＳＤメッセージを挿入する１つの方法は、ＯＳＤ信号（例えば、ＤＣ電圧レベル）をビデオ信号の中に切換える（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：スイッチング）ことによる。この切換えは、表示したい時間の間、正確なラインおよびライン位置で起こる。ＯＳＤが除去されても、ビデオ信号はこの切換えにより中断されない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
録画したい番組を含んでいる、ＭＰＥＧ−２と互換性のある入来ディジタル・データストリームは、変調されてユーザに放送される。ディジタルＶＴＲ（ＤＶＴＲ）は、変調された信号を受信し、それを復調し、特定のチャンネルに同調し、再生されたデータストリーム／チャンネルをテープに記録する。多くの理由で、ＭＰＥＧ−２と互換性のある符号化されたデータストリームを、記録する前にあるいは再生中に、復号化するのは望ましくない。これらの理由としては、ＤＶＴＲの中に復号化およびフォーマット化用のハードウェアを組み込む付加的コストを要すること、およびデータストリームが複数の番組を含んでいる場合、希望する番組以外のものをすべて失う可能性があることである。ＭＰＥＧ−２と互換性のあるデータストリームを伝送するために、正確なタイミングが要求されるので、選択されたパケット内にデータを上書き（ｏｖｅｒｗｒｉｔｅ）することにより、容量一杯に満たされたデータストリームの中に補助データを挿入することは、復号化・符号化用のハードウェアを必要とし、そしてトランスポート・データストリームのために再計算用のプレゼンテーション／ディスプレイ・タイムスタンプを必要とする。これは、それに関連するコストの故に望ましくなく、また視聴者に見えるデータが失われるので望ましくない。しかしながら、ディジタル・テレビジョン受像機は、典型的に、表示の前にＯＳＤ情報をビデオ信号の中に混合する機能を備えている。このため、またすべての補助データがＯＳＤデータとは限らないので、ビデオ信号の中にデータを混合しようとするよりもむしろ、現存するトランスポート・データスリームに影響を与えずに補助データをディジタル・データストリームの中に挿入することが好ましい。
従って、補助データ（例えば、ＯＳＤデータ）をＭＰＥＧ−２と互換性のあるデータストリームの中に挿入する、簡単且つ能率的な手段が望ましい。ここに説明する本発明はこのような手段を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ディジタル装置は、タイムスタンプを含むディジタル番組データを受け取り、伝送チャンネルで伝送するための補助情報を挿入する。伝送に先立ち、ディジタル装置は、タイムスタンプを変更せずに、番組データおよび補助情報を変調する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ディジタルＶＴＲ（ＤＶＴＲ）は、ベースバンドに復調されたトランスポート・データストリームから再生されるチャンネル全体を記録する。トランスポート・データストリームは圧縮され、容量（公称データ・レート１９，４００，０００ビット／秒）一杯に満たされる。このデータレート（ｄａｔａ ｒａｔｅ）は、ＭＰＥＧ標準規格で規定される、多レベルの音声、映像および補助情報を含む各チャンネルについてのものである。本発明の原理によれば、記録を再生するために、記録されたデータストリームは再び変調（再変調）され、同軸ケーブルを介してテレビジョン受像機内の復調器に送られる。再変調により、十分な帯域幅が得られ、それによって、ＤＶＴＲにより発生される補助情報の挿入ができる。変調には、米国グランド アライアンス（Ｇｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ）のＨＤＴＶ（高精細度テレビジョン）方式のために提案された、ＶＳＢ（残留側波帯）変調に基づくＶＳＢ変調が使用された。もし記録された信号がベースバンドになければ、以下に述べる実施例を実施する前に、再生時に信号をベースバンドに持ってくる必要がある。
【０００９】
伝送される信号のタイミング特性は重要である。信号の復調はしばしば、限られた同調範囲を有する１つまたはそれ以上のＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）に基づいている。記録内容全体は変調された伝送チャンネルに適合するので、送信機のエンコーダ／変調器を経由する再生は、テレビジョンの受信用復調器／デコーダにおいて、完全にタイミングのとれた信号チャンネルを生じる。しかしながら、伝送チャンネルはたぶん容量一杯に満たされるので、一般に補助情報（例えばＯＳＤデータ）は、希望する信号の一部の上に書き込まずに、符号化されたデータストリームの中に多重化することはできない。既知の方法でＭＰＥＧ互換性データを多重化すると、システムの複雑性とコストが増加する。何故なら、またデータストリームの完全な状態を損なわずに補助データをデータストリームに付加する際どこに付加すべきかを決定するために、符号化された信号を解釈する（ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ）必要があり、少なくとも一部を復号化する必要があるからである。多重化されたデータを再び符号化するために、あるいは多重化されたデータを、再生データの点でフォーマットの異なるデータとして識別するために、多重化されたデータはハードウェアを必要とする。
【００１０】
図１は、米国ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）が規定する、地上放送の８ＶＳＢリンクの一部を示す。リード・ソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）・エンコーダ１０は各パケットに２０個のパリティ・バイトを付加する。各パケットは、ＭＰＥＧ同期バイトを含み１８８バイトである。同期バイトは、送信機におけるリード・ソロモン・エンコーダ１０の前で除去され、受信機においてリード・ソロモン・デコーダ１８の後に再び挿入される。ＭＰＥＧ同期バイトは送信の一部ではない。インタリーバ１１はバイトをスクランブルして、バースト・エラーに対する抵抗力を増大させる。トレリス（ｔｒｅｌｌｉｓ）エンコーダ１２はシリアル化されたバイトをインタリーバ１１から受け取り、入力２ビット毎に３ビットの記号（ｓｙｍｂｏｌ）を発生する。ＶＳＢ変調器１３は８ＶＳＢ変調を行い、毎秒１０，７６０，０００個（公称）の記号を出力する。
【００１１】
８ＶＳＢ変調された信号はチャンネル１４を経由して伝送され、例えば、テレビジョン受像機内にあるＶＳＢ復調器１５で受信される。トレリス・デコーダ１６はエンコーダ１２で挿入された付加ビットを除去し、デインタリーバ１７はデータストリームをアンスクランブル（ｕｎｓｃｒａｍｂｌｅ）する。最後に、リード・ソロモン・デコーダ１８はデータストリームを、送信機内のエンコーダ１０で処理された前の状態に復号化する。これで、記録されたディジタル・データストリームは受像機のＭＰＥＧ−２互換性デコーダで受信される準備が整う。
【００１２】
図２は、本発明の好ましい実施例を示す。図２は、同じ参照番号で分かるように、図１に示す要素の大部分を含んでいる。上述した８ＶＳＢリンクは地上放送のチャンネルを含んでおり、図２に示す構成は、ＤＶＴＲの再生ヘッドとこの例におけるテレビジョン受像機のＭＰＥＧデコーダとの間に在る。
【００１３】
図１と図２の相違は、トレリス・エンコーダ１２とトレリス・デコーダ１６がそれぞれ、符号化／変調チェーンおよび復号化／復調チェーンから除去されていることである。８ＶＳＢシステムにおけるトレリス・エンコーダ１２とトレリス・デコーダ１６を除去することにより、そのデータストリーム内の各３ビットのうち１ビットは他の目的、例えば、補助情報のために利用できる。データの完全な状態および適正なタイミングを維持するために、自由にされたスペースは補助情報またはヌル・データ（ｎｕｌｌ ｄａｔａ：無効データ）で満たされなければならない。ＭＰＥＧ−２と互換性のデータストリームの場合、付加された情報およびヌル・データはＭＰＥＧ標準規格と互換性のあるフォーマットでパケット化される。
【００１４】
トレリス・エンコーダとトレリス・デコーダを、エンコーダ／変調およびデコーダ／復調処理から除去すると、エラー訂正機能は低下する。しかしながら、伝送チャンネル１４は、ＤＶＴＲとテレビジョン受像機間のＲＦ同軸ケーブルであるのが好ましい。チャンネル１４は、ほとんど妨害を受けない制御された環境内にある短いシールド・ケーブルで構成されるので、データストリームを伝送するのに非常に快適な環境である。チャンネル１４は、良好な信号対雑音比を有し、ほとんどゴーストがなく、無線周波数妨害は最少限度である。チャンネル１４に関連するケーブルの長さが短ければ短いほど、これらの特性は良くなる。しかしながら、例えば、一軒の家、オフィス・ビルあるいは複合オフィスにわたるような相当な長さでも、この構成の場合、エラーの補正は一般に必要とされない。
【００１５】
図３は８ＶＳＢシステムについての、パケット化されたＭＰＥＧ互換性データストリームおよび補助情報（例えばＯＳＤデータ）のパケットを示す。データストリーム３０は、ＤＶＴＲから再生されている、記録されたデータストリームを示す。データストリーム３１は、データストリーム３０の中に挿入される補助データストリームを示す。データストリーム３０と３１は何れもパケット化されている。データストリーム３０は、パケット化された状態で記録され再生されており、視聴者が再生するまで、時間遅れを除いて、ＤＶＴＲのデータ処理におけるこの時点で実質的に変更されていない。補助データ・マルチプレクサ３２は、データストリーム３１と３２を受け取り、データストリーム３３を図１のリード・ソロモン・エンコーダ１０に出力する。ＯＳＤパケットおよび／または補助データ・パケットはＤＶＴＲ内のマイクロプロセッサで発生される。
【００１６】
図３に見られるように、データストリーム３３−８は１つの補助パケットを含んでおり、例えば、記録された２つのパケット毎にＯＳＤ情報を含んでいる。ＤＶＴＲから再生されているデータストリーム３０の中に挿入するための補助データが存在しないとき、ヌル・パケット（ｎｕｌｌ ｐａｃｋｅｔ；無効パケット）がデータストリーム３３−１６の中に挿入されて、その伝送チャンネルにおけるタイミングを維持する。
【００１７】
図４は、補助データが形成されて最終的にトランスポート・ストリーム・パケットの中に配置される状態を示す。この例では、補助データはＯＳＤ情報である。ＯＳＤ情報はＤＶＴＲで発生され、ヘッダが付けられる。ヘッダとＯＳＤ情報はＰＥＳ（ｐｒｏｇｒａｍ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｓｔｒｅａｍ）パケット内に配置される。ヘッダとＯＳＤ情報が１つのＰＥＳパケットよりも長ければ、そのヘッダと情報は複数のＰＥＳパケット内に配置される。それからＰＥＳパケットはトランスポート・ストリーム・パケットに分割され、トランスポート・データストリーム内に配置される。１つのパケットが情報で完全に満たされていない場合、タイミングを維持するために、そのパケットはパッド（ｐａｄ）される。
【００１８】
図５は、補助データ・マルチプレクサ３２の１つの考えられる実施例を示す。データストリーム３０は、パケットの流れを維持するのに十分な大きさの記録済みパケット・バッファで受け取られ、補助／ヌル・パケットは記録済みパケット２つ置に挿入される。データストリーム３１は、ＤＶＴＲ内のマイクロプロセッサで発生され、再生されたデータと共に伝送する補助データを含むパケットから成る。補助パケット・バッファ４１は、データストリーム３１を受け取り、出力データストリーム３３の中に挿入するのに適正な時期まで補助パケットをバッファする。ヌル（ｎｕｌｌ：無効）パケット発生器４２は、挿入する補助パケットが無いときにヌル・パケットを出力する。補助パケット・バッフ４１とヌル・パケット発生器４２は何れもそれぞれの出力パケットをマルチプレクサ４３に供給する。マルチプレクサ４３は、補助パケットが補助パケット・バッファ４１内に得られるときはいつも、補助パケット有効信号を受け取る。パケット３つ目毎に、補助パケット有効信号の状態によって、マルチプレクサ４３は補助パケットまたはヌル・パケットの何れかをマルチプレクサ４４に出力する。
【００１９】
マルチプレクサ４４は、マルチプレクサ４３から１個のパケットを受け取る毎に、２個の記録済みパケットを記録済みパケット・バッファ４０から受け取る。モデュロＮ・カウンタ４５は、記録されたデータストリームの中にマルチプレクサ４４により挿入される補助またはヌル・パケットを、パケット・タイムベース・クロックを介して制御する。パケット・タイムベース・クロックが、図５に示すように、例えば、０または２であるとき、パケットがデータストリーム３０から出力データストリーム３３の中に挿入される。パケット・タイムベース・クロックが１であれば、補助またはヌル・パケットが出力データストリーム３３の中に挿入される。次に、出力データストリーム３３は図１のリード・ソロモン・エンコーダ１０に入力される。
【００２０】
図６は、ＭＰＥＧ−２標準規格の第２．４．３項で規定される、ヌル・パケットを示す。ここでは、図７に示す変更したヌル・パケット・フォーマットとの相違を明確にするために図示されている。変更したヌル・パケットは、補助データとヌル・データを、再生されたデータストリームの中に挿入するために使用される。
【００２１】
変更したヌル・パケットをデータストリームの中に挿入するのは、トランスポート・レベルの機能である。フィジカル層（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ：物理層）はトランスポート・レベルで多重化され、変更したヌル・パケットで再変調して作り出される付加的な帯域幅を満たす。変更したヌル・パケット（補助データまたはヌル・データの何れかを含んでいる）は、普通のＭＰＥＧトランスポート・デマルチプレクサによって、通常のヌル・パケットとして解釈される。しかしながら、変更したトランスポート・デマルチプレクサは、後述するように、役に立つ情報を含んでいるヌル・パケットを識別しパース（ｐａｒｓｅ：構文解析）することができる。
【００２２】
図７は、図５のヌル・パケット発生器４２から発生される、１つの起り得るヌル・パケットのフォーマットを示す。何れのパケット（図６および図７）も１５０４ビットの長さであり、各パケットの最初の３２ビットはＭＰＥＧ標準で規定されている。図７のパケットの異なる点は、３２番〜５５番ビットまでに、ペイロード・データ以外の情報が含まれていることである。３２番〜３９番ビットは、ヌル・トランスポート・パケット同期データを与える。４０〜４７番ビットは、ヌル・トランスポート・パケット識別子（ＰＩＤ）を与える。４８〜５５番ビットは、他のヌル・パケット・トランスポート情報、例えば、ＣＲＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）データを与える。ペイロード・データ（補助データまたはヌル・データ）は５６番ビットから始まる。しかしながら、４８番ビットから始まる付加的情報は、ペイロード・データと共に伝送される情報によって、上述したものよりも増加または減少する。
【００２３】
図８は、トランスポート・データストリームを受け取る装置（例えば、テレビジョン受像機、またはＭＰＥＧ−２と互換性のデコーダを備えたパーソナル・コンピュータ）内にある、例示的なトランスポート・データストリーム・デマルチプレクサを示す。このトランスポート・データストリーム・デマルチプレクサは、図２の要素１４、１５、１６から後方に位置している。
【００２４】
変調されたデータストリームはディジタル装置（例えば、ディジタル・テレビジョン）で受け取られ、図１と図２に示すように、ＶＳＢ復調され、パケット化されたデータストリームを再生する。パケット化されたデータはデマルチプレクサ７０の中に入力される。データ・タイプ選択信号は、デマルチプレクサ７０で受け取られるパケットのタイプを識別する。例えば、パケットの中に、図３のデータストリーム３０の中に挿入される音声データ、映像データあるいは補助データが入れられ、それから、データストリーム３０が記録され、あるいはパケットの中に、記録装置で挿入されるヌル・データまたは補助データが入れられる。記録されたパケットは、パケットのタイプによって、適正な処理チャンネルに出力される。ＤＶＴＲで挿入されたパケットはデマルチプレクサ７０から出力され、デマルチプレクサ７１に入力される。デマルチプレクサ７１は、挿入されたパケットに入っているのが補助データかヌル・データかを識別する。もしパケットにヌル・データが入っていれば、そのデータは捨てられる。パケットに補助データ（例えば、ＯＳＤデータ）が入っていれば、そのデータはデマルチプレクサ７１から補助プロセッサ（例えば、ＯＳＤデータ・プロセッサ）に出力される。トランスポート・データストリーム・デマルチプクサをハードウェアで実施する代わりにソフトウエアによる実施があり、補助データまたはヌル・データを含んでいるパケットを識別しそのデータを処理して適当に送出（ルート：ｒｏｕｔｅ）する。
【００２５】
本発明の別の実施例も図面に示されている。図２はまたＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）で規定される１６ＶＳＢ放送リンクの一部を示す。８ＶＳＢと１６ＶＳＢの１つの相違は、１６ＶＳＢ方式ではトレリス符号化およびトレリス復号化が使用されていないことである。別の相違は、８ＶＳＢの場合、図１のトレリス・エンコーダ１２により、元の２ビット毎に１ビットがデータストリーム内に付加されることである。１６ＶＳＢの場合、ＶＳＢ変調器１３におけるＶＳＢ変調の間、元の２ビット毎に２ビットがデータストリーム内に付加される。それに対応するＶＳＢは図２のＶＳＢ復調器１５内で生じる。
【００２６】
図３は、１６ＶＳＢ変調後の出力データストリーム３３−１６を示す。データストリーム３３−１６は、記録された再生データと挿入されたＤＶＴＲデータのパケットを交互に含んでいる。パケット1 〜 6は、データストリーム３０によりマルチプレクサ３２に入力されたデータ・パケットを表す。挿入されたデータは、ＯＳＤパケット、他の補助データ・パケットおよびヌル・パケットを表す。これらの挿入されたパケットのタイプの構成および発生頻度は例示的なものである。実際の発生は、データストリーム３３−１６の中に挿入されるデータによって異なる。データストリームは、一度受信されると、図８に関連して上述したように処理される。
【００２７】
補助データ・マルチプレクサ３２に代わる実施例は図９に示されている。この実施例は、挿入されたデ−タ・レ−トが高いので、１６ＶＳＢ変調に対し一層能率的である。図９と図５の相違は、補助デ−タとヌル・デ−タをマルチプレクサ８４で多重化することにある。この実施例では、補助デ−タ・バッファ８０とヌル・デ−タ・バッファ８２はマルチプレクサ８４にデ−タを供給する。補助パケット信号の状態によって、これら２つのデ−タ・ストリングの一方は、ヌル・パケット発生器８６に出力される。発生器８６は、選択されたデ−タストリ−ムを受け取り、１つのパケットを発生する。次に、このパケットはマルチプレクサ８８に供給され、上述のように、デ−タストリ−ム３３の中に挿入される。
【００２８】
補助データ・バッファ８０は、あらゆるタイプの補助データ（ＯＳＤデータを含む）を受け取る。もし補助データが１パケットよりも長ければ、この情報は、次のシーケンスの挿入された補助データ・パケットの中に入れられ、ヌル・パケットは発生されない。もし補助データが１パケットよりも短ければ、あるいは１シーケンスの最後のパケットの補助データが１パケットよりも短ければ、バッファ８２は残りのビットをヌル・データでパッドするか、またはヌル・パケット発生器８６がそれを行う。図５と図９の記録済みパケット・バッファ４０と８３、マルチプレクサ４４と８８、およびモジュロＮ・カウンタ４５と８９はそれぞれ実質的に同じ機能を遂行する。
【００２９】
本発明の原理による開示されたシステムは、従来のケーブル・ヘッドエンド（ｈｅａｄ−ｅｎｄ）処理と比較して、動作上の利点を示す。特に、開示されたシステムは、タイム・スタンプ情報あるいはタイム・スタンプ情報のタイミングを変更する必要なしに、トランスポート・データストリームの中に情報を挿入する。これに対して、従来のケーブル・ヘッドエンド処理では、２つ（またはそれ以上）の別個のソースから（例えば、２つの別々のビデオテープ装置）からのプログラム・データストリームを多重化し、且つこの２つのデータストリームから、タイミングの完全な状態を維持するようにタイム・スタンプ情報を組み合わせるという、より複雑な動作を伴う。また、従来のケーブル・ヘッドエンド処理は、両方のデータストリームに対し不変のＰＩＤ情報を維持しなければならない。このような要件はシステムの複雑性を増加させる。従来の処理では、別個のプログラムをトランスポート・ストリーム内で識別することができるようにする。ここに開示されたシステムでは、トランスポート・ストリーム（タイム・スタンプ）のタイミングを混乱させないので、このような複雑性は生じない。
【００３０】
上述した８ＶＳＢまたは１６ＶＳＢの実施例の場合、ヌルおよび補助パケットの識別を容易にするために種々の方法が使用されている。第１の方法は、補助情報に特有の、あるいはＯＳＤまたは他の情報に特有の、標準的なパケット識別子（ＰＩＤ）を規定する。これで、ＰＩＤのほかはトランスポート・ストリームを分析せずにトランスポート・ストリームが変更される。規定されたＰＩＤにより、ＤＶＴＲは８ＶＳＢまたは１６ＶＳＢ変調されたデータストリームの中に補助情報を容易に挿入することができ、且つ受信システムは挿入された補助情報を容易に識別することができる。
【００３１】
別の方法として、ＤＶＴＲで記録されたトランスポート・データストリームは幾つかのヌル・パケットおよび他のノンクリティカル（ｎｏｎ−ｃｒｉｔｉｃａｌ）なデータ・パケットをすでに含んでいるので、規定されたＰＩＤは、トレリス符号化（８ＶＳＢ−ｔ）と共に８ＶＳＢ変調を使用して、再生中にこれらのパケットに上書きするかこれらのパケットを取り替えることにより、補助データの挿入を可能にする。挿入されたパケットの中に、例えば、ＯＳＤ情報、およびＯＳＤ情報が視聴者に表示される持続期間を含めることができる。この持続期間情報により、望みの期間、メッセージは繰り返されずに一度だけ伝送される。トランスポート・データストリーム内にすでに存在するヌル・パケットに上書きする際に起こりうる問題は、ＤＶＴＲからデータを伝送するために必要とされるときに１つまたはそれ以上のヌル・パケットが得られるか、また十分なヌル・パケットが得られるかどうか不確実なことである。しかしながら、ＤＶＴＲによる補助情報の挿入を容易にするために十分なヌル・パケットを含む伝送チャンネルが幾つかあるものと思われる。
【００３２】
この方法では、ＤＶＴＲからの補助データを伝送するために、どのパケットが使用できるのかを決定するために、トランスポート・データストリームを分析する。これには、未使用のＰＩＤを識別するためにデータストリーム内のｐｒｏｇｒａｍ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｔａｂｌｅ（ＰＡＴ）およびｐｒｏｇｒａｍｍａｐ ｔａｂｌｅ（ＰＭＴ）の解釈を必要とする。ＤＶＴＲデータを転送するためにＰＩＤおよび関連するパケットが使用されるならば、この使用を示すために、関連するＰＡＴおよびＰＭＴを更新しなければならない。これは、トランスポート・データストリームを解釈し変更するために、関連するハードウェアをＤＶＴＲに組み込まなければならないので、複雑な方法である。また、もし補助データを符号化するならば、符号化ハードウェアもＤＶＴＲの中に含めなければならない。
【００３３】
有効期間および補助情報を一度伝送することは望ましいが、これは必ずしも効果的ではない。例えば、メッセージがＤＶＴＲから送られるときに、受信装置はスイッチが切られているかも知れないし、あるいはＤＶＴＲに接続されていないかも知れない。もし補助情報の有効期間中に受信装置が起動されるとその補助情報を、受信装置がそれに基づいて動作するために、再び伝送しなければならない。何故なら、ＲＦ伝送チャンネルは一方通行のデータ伝送チャンネルであるからである。
【００３４】
有効期間を有する補助情報を一度だけ伝送する別の方法は、その補助情報を有効期間の間、希望の頻度で繰り返し伝送することである。例えば、ＯＳＤメッセージを５秒間表示しようとするなら、補助情報は毎秒１回５秒間そのＯＳＤメッセージを伝送する。持続期間情報は更新されて補助情報と共に伝送されるか、または完全に除去される。
【００３５】
上述の挿入されたデータは、補助データとして述べた。しかしながら、他のタイプの情報（例えば、後置のハードウェアが応答するコマンド）も挿入することができる。この挿入されたデータは、希望の時間、有効画像の全部または一部と入れ替わる完全なビットマップ（ｂｉｔ−ｍａｐｐｅｄ）イメージとなり、またそのビットマップ・イメージを更新する。上述の挿入されたデータは、データ（このデータはＤＶＴＲで送られる任意のタイプのデータを表す）を再生データストリームの中に挿入する機能を備える。
【００３６】
本発明の原理によるシステムは、３つのデータ挿入方法のうちの任意の１つと３つの変調方式のうちの任意の１つ（すなわち、９つの変形）を使用して実施することができる。特に、本システムは、標準的な３つの変調モード：トレリス符号付き８−ＶＳＢ−ｔ（＞１９Ｍｂ／ｓ）、トレリス符号無し８−ＶＳＢ（＞２９Ｍｂ／ｓ）、および１６−ＶＳＢ（＞３８Ｍｂ／ｓ）、で動作することができる。これらの変調方式は他の方式を排除しない。このシステムは以下の３つのデータ挿入方法の何れでも動作することができる：
＊ヌル・トランスポート：データは新しいプロトコルを使用して、ヌル・パケット内で伝送される；
＊補助データＰＩＤ：ＭＰＥＧトランスポート層における、予め規定された特定のＰＩＤが補助データ・パケットのために使用される；および
＊補助データに使用するのために、現在のストリーム内で使用されていないＰＩＤを見つけ出し、ＰＡＴとＰＭＴを変更して、補助データＰＩＤを識別する方法。
これらの挿入方法は他の方法を排除しない。
【００３７】
再変調された情報のための物理的（ｐｈｙｓｉｃａｌ）ＲＦチャンネルに関しては、テレビジョン受像機は、モニター・モードで動作するとき、再変調信号が所定のチャンネル（例えば、チャンネル３または４）にあることを予期するように設計される。モニター・モードで、受像機はＶＳＢ同調ストリーム内のフィジカル（ｐｈｙｓｉｃａｌ：物理的）同調情報（例えば、“チャンネル２２に同調する”指令）を無視する。受像機は、ユーザが操作するリモコンによりモニタ・モードにされ、そのようなモードにおいて受像機は所定の再変調チャンネル上で再変調データを捜す。
【００３８】
挿入されたパケットを明確にする１つの利点は、同期が失われたときに、データ・ストリームを再同期させる際の能率が高まることである。パケットはユニークなものであり、且つユニークなＰＩＤを有するので、受信装置により容易に識別される。一度ヌル・パケットが識別されると、そのヘッダが読み取られる。ヘッダには、情報（例えば、現在のパケット内のデータの長さや次のパケットの開始位置）が、明確にあるいは現在のデータ指標からの計算により、含まれる。この情報、挿入されたパケットの識別、あるいはこの情報と挿入されたパケットの識別の組合わせにより、受信装置は、次のパケットの開始と同時に基本的データストリームに同期することができる。早期に且つ能率的に同期することにより、同期が失われた後で、最初に挿入されたパケットが現れたときに、受像機をデータストリームに同期させることにより、同期の喪失または同期の不足により生じるエラー・データを大いに減少させることができる。
【００３９】
本発明は、ＤＶＴＲで補助情報を挿入することに限定されない。他の多くの装置が、上述の原理を実施することにより利益を得ることができる。例えば、衛星またはケーブル・システム用のセットトップ・ボックス（ｓｅｔ ｔｏｐ ｂｏｘ）、カムコーダ、ディジタル・ビデオディスク・プレーヤおよびゲーム・マシンも、ディジタル・データストリームあるいは限られた帯域幅のＭＰＥＧフォーマット化されたデータストリームの中に補助データを挿入する。上述の実施例は能率的であり、複雑でないので、ディジタル・データストリーム内に付加的情報を挿入するために必要とされるあらゆる装置において実施できる。
【００４０】
また、受信装置はディジタル・テレビジョン受像機である必要はない。受信装置は、例えば、別のＤＶＴＲまたは別の記録媒体、あるいはセットトップ・ボックスでもよい。これらの装置は本発明の原理を利用し、情報を受信し使用し、それからそのデータストリームを捨てるかまたは別の装置にパスする。また、これらの装置は、補助情報を解釈し、本発明の原理に従い、必要に応じて、それ自体の補助情報を付加する。そのために、ＶＳＢ変調された信号を復調し、付加的な補助情報をパース（構文解釈）しまたは挿入し、伝送するために信号を再変調する。これに代わる別の方法は、信号を復調せずにまたこれらのヌル・パケットの代わりに希望の補助情報を挿入せずに、真のヌル・パケットを識別することである。
【００４１】
また、本発明の原理は、他のチャンネル・フォーマットにも実施される。例えば、ＩＥＥＥ １３９４ ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ（等時性）伝送チャンネルも本発明から利益を得られる。上述した構成は、記録されたデータストリームの帯域幅よりも広い帯域幅を有するチャンネルをリクエストすることにより実施することもできる。例えば、１９．１ＭｂｐｓＭＰＥＧ−２互換性ディジタル信号の転送を望むなら、伝送装置（ＤＶＴＲ, ＤＶＤプレーヤなど）は３８．２Ｍｂｐｓチャンネルをリクエストし、上述した１６ＶＳＢ変調を実施するであろう。これにより、未使用チャンネルの帯域幅をヌル・パケットで満たすことを必要としないという付加的な利点が得られる場合もある。これは、情報で満たされる付加されたパケットと、帯域幅を満たすために挿入される付加されたヌル・パケットとを見分ける必要がないので、受信デマルチプレクサを更に簡略化するであろう。このような実施は、接続された装置が現行のＩＥＥＥ １３９４インタフェースをすでに備えている場合に特に有効である。
【００４２】
本明細書は、ＤＶＴＲにより受信され記録されるＭＰＥＧ−２互換性データを処理するが、上述の実施例は他のＭＰＥＧフォーマット（例えば、ＭＰＥＧ−１、または同様な、圧縮され且つパケット化されたディジタル・データストリーム）にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）で規定される、８ＶＳＢリンクの一部を示す。
【図２】本発明の好ましい実施例を示す。
【図３】本発明の原理による、再生されたデータストリームを示す。
【図４】トランスポート・ストリーム・パケット内の補助データの配置を示す。
【図５】再生されたデータストリームの中に補助パケットを挿入する装置を示す。
【図６】ＭＰＥＧ−２標準によるパケットを示す。
【図７】本発明の原理による、変更されたパケットの１つの実施例を示す。
【図８】再生されたデータストリームから補助パケットを除去する装置の実施例。
【図９】再生されたデータストリームの中に補助パケットを挿入する装置の実施例。
【符号の説明】
１０ リード・ソロモン・エンコーダ
１１ インタリーバ
１２ トレリス・エンコーダ
１３ ＶＳＢ変調器
１４ 伝送チャンネル
１５ ＶＳＢ復調器
１６ トレリス・デコーダ
１７ デインタリーバ
１８ リード・ソロモン・デコーダ
３０ データストリーム
３１ 補助データストリーム
３２ 補助データ・マルチプレクサ
４０ 記録済みパケット・バッファ
４１ 補助パケット・バッファ
４２ ヌル・パケット発生器
４３ マルチプレクサ
４４ マルチプレクサ
４５ モデュロＮカウンタ
７０ トランスポート・データストリーム・デマルチプレクサ
７１ ヌル・パケット・デマルチプレクサ
８０ 補助データ・バッファ
８２ ヌル・データ・バッファ
８３ 記録済みパケット・バッファ
８４ マルチプレクサ
８６ ヌル・パケット発生器
８８ マルチプレクサ
８９ モデュロＮカウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル・ビデオテープレコーダのデータストリームを処理する方法に関する。特に、本発明は、再生されたディジタル・データストリームの中に補助データを挿入する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＴＶ（高精細度テレビジョン）信号は、典型的に、現行の放送標準規格（例えばＮＴＳＣ方式）と互換性がない。ＨＤＴＶと互換性のある信号に使用するのに適する、好ましい信号符号化標準規格は、米国で使用するためにグランド アライアンス（Ｇｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ）が採用したＭＰＥＧ−２（Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ，“情報技術−動画および関連する音声情報の符号化：Ｖｉｄｅｏ，” ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−２， Ｍａｙ １５，１９９６）である。このよく知られている標準規格は、映像、音声および補助データを符号化し圧縮するためにフォーマットする指針を与える。ＭＰＥＧ−２と互換性のあるディジタル・テレビジョン信号は地上放送され、衛星リンクを介して伝送され、あるいはケーブル・システムを介して送られる。伝送モードに関係なく、関連するトランスポート・データストリームは、何らかのタイプのデータで完全に占有されることになる。
【０００３】
信号がユーザに達すると、現行のアナログ・テレビジョン／ＶＴＲの構成では、ユーザは１つの番組をビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）に録画し同時に別の番組を見ることができる。また、視聴者は、テレビジョン受像機を動作させずに、受信される番組を録画するようにＶＴＲをセットすることもできる。何れの場合にも、視聴者は録画した番組をあとで再生できる。
【０００４】
ビデオテープレコーダは、典型的に、再生ビデオ・ストリームの中にデータおよびメッセージを挿入して、ＶＴＲの状態を視聴者に知らせる。ＯＳＤ（ｏｎ−ｓｃｒｅｅｎ ｄｉｓｐｌａｙ：画面上表示）メッセージ、例えば、ＰＬＡＹあるいはＦＦ（ｆａｓｔ ｆｏｒｗａｒｄ：高速前進）メッセージ、あるいはビットマップ・ディスプレイ（ｂｉｔ−ｍａｐｐｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）は、画像と共にテレビ画面の中に表示される。これらのメッセージは、リモコンあるいはＶＴＲのフロントパネル上の関連する制御装置を視聴者が起動させており、ＶＴＲがそれに応答していることを示している。
【０００５】
アナログＶＴＲシステムにおいて、再生時にビデオ信号の中にＯＳＤメッセージを挿入する１つの方法は、ＯＳＤ信号（例えば、ＤＣ電圧レベル）をビデオ信号の中に切換える（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：スイッチング）ことによる。この切換えは、表示したい時間の間、正確なラインおよびライン位置で起こる。ＯＳＤが除去されても、ビデオ信号はこの切換えにより中断されない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
録画したい番組を含んでいる、ＭＰＥＧ−２と互換性のある入来ディジタル・データストリームは、変調されてユーザに放送される。ディジタルＶＴＲ（ＤＶＴＲ）は、変調された信号を受信し、それを復調し、特定のチャンネルに同調し、再生されたデータストリーム／チャンネルをテープに記録する。多くの理由で、ＭＰＥＧ−２と互換性のある符号化されたデータストリームを、記録する前にあるいは再生中に、復号化するのは望ましくない。これらの理由としては、ＤＶＴＲの中に復号化およびフォーマット化用のハードウェアを組み込む付加的コストを要すること、およびデータストリームが複数の番組を含んでいる場合、希望する番組以外のものをすべて失う可能性があることである。ＭＰＥＧ−２と互換性のあるデータストリームを伝送するために、正確なタイミングが要求されるので、選択されたパケット内にデータを上書き（ｏｖｅｒｗｒｉｔｅ）することにより、容量一杯に満たされたデータストリームの中に補助データを挿入することは、復号化・符号化用のハードウェアを必要とし、そしてトランスポート・データストリームのために再計算用のプレゼンテーション／ディスプレイ・タイムスタンプを必要とする。これは、それに関連するコストの故に望ましくなく、また視聴者に見えるデータが失われるので望ましくない。しかしながら、ディジタル・テレビジョン受像機は、典型的に、表示の前にＯＳＤ情報をビデオ信号の中に混合する機能を備えている。このため、またすべての補助データがＯＳＤデータとは限らないので、ビデオ信号の中にデータを混合しようとするよりもむしろ、現存するトランスポート・データスリームに影響を与えずに補助データをディジタル・データストリームの中に挿入することが好ましい。
従って、補助データ（例えば、ＯＳＤデータ）をＭＰＥＧ−２と互換性のあるデータストリームの中に挿入する、簡単且つ能率的な手段が望ましい。ここに説明する本発明はこのような手段を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ディジタル装置は、タイムスタンプを含むディジタル番組データを受け取り、伝送チャンネルで伝送するための補助情報を挿入する。伝送に先立ち、ディジタル装置は、タイムスタンプを変更せずに、番組データおよび補助情報を変調する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ディジタルＶＴＲ（ＤＶＴＲ）は、ベースバンドに復調されたトランスポート・データストリームから再生されるチャンネル全体を記録する。トランスポート・データストリームは圧縮され、容量（公称データ・レート１９，４００，０００ビット／秒）一杯に満たされる。このデータレート（ｄａｔａ ｒａｔｅ）は、ＭＰＥＧ標準規格で規定される、多レベルの音声、映像および補助情報を含む各チャンネルについてのものである。本発明の原理によれば、記録を再生するために、記録されたデータストリームは再び変調（再変調）され、同軸ケーブルを介してテレビジョン受像機内の復調器に送られる。再変調により、十分な帯域幅が得られ、それによって、ＤＶＴＲにより発生される補助情報の挿入ができる。変調には、米国グランド アライアンス（Ｇｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ）のＨＤＴＶ（高精細度テレビジョン）方式のために提案された、ＶＳＢ（残留側波帯）変調に基づくＶＳＢ変調が使用された。もし記録された信号がベースバンドになければ、以下に述べる実施例を実施する前に、再生時に信号をベースバンドに持ってくる必要がある。
【０００９】
伝送される信号のタイミング特性は重要である。信号の復調はしばしば、限られた同調範囲を有する１つまたはそれ以上のＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）に基づいている。記録内容全体は変調された伝送チャンネルに適合するので、送信機のエンコーダ／変調器を経由する再生は、テレビジョンの受信用復調器／デコーダにおいて、完全にタイミングのとれた信号チャンネルを生じる。しかしながら、伝送チャンネルはたぶん容量一杯に満たされるので、一般に補助情報（例えばＯＳＤデータ）は、希望する信号の一部の上に書き込まずに、符号化されたデータストリームの中に多重化することはできない。既知の方法でＭＰＥＧ互換性データを多重化すると、システムの複雑性とコストが増加する。何故なら、またデータストリームの完全な状態を損なわずに補助データをデータストリームに付加する際どこに付加すべきかを決定するために、符号化された信号を解釈する（ｉｎｔｅｒｐｒｅｔ）必要があり、少なくとも一部を復号化する必要があるからである。多重化されたデータを再び符号化するために、あるいは多重化されたデータを、再生データの点でフォーマットの異なるデータとして識別するために、多重化されたデータはハードウェアを必要とする。
【００１０】
図１は、米国ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）が規定する、地上放送の８ＶＳＢリンクの一部を示す。リード・ソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）・エンコーダ１０は各パケットに２０個のパリティ・バイトを付加する。各パケットは、ＭＰＥＧ同期バイトを含み１８８バイトである。同期バイトは、送信機におけるリード・ソロモン・エンコーダ１０の前で除去され、受信機においてリード・ソロモン・デコーダ１８の後に再び挿入される。ＭＰＥＧ同期バイトは送信の一部ではない。インタリーバ１１はバイトをスクランブルして、バースト・エラーに対する抵抗力を増大させる。トレリス（ｔｒｅｌｌｉｓ）エンコーダ１２はシリアル化されたバイトをインタリーバ１１から受け取り、入力２ビット毎に３ビットの記号（ｓｙｍｂｏｌ）を発生する。ＶＳＢ変調器１３は８ＶＳＢ変調を行い、毎秒１０，７６０，０００個（公称）の記号を出力する。
【００１１】
８ＶＳＢ変調された信号はチャンネル１４を経由して伝送され、例えば、テレビジョン受像機内にあるＶＳＢ復調器１５で受信される。トレリス・デコーダ１６はエンコーダ１２で挿入された付加ビットを除去し、デインタリーバ１７はデータストリームをアンスクランブル（ｕｎｓｃｒａｍｂｌｅ）する。最後に、リード・ソロモン・デコーダ１８はデータストリームを、送信機内のエンコーダ１０で処理された前の状態に復号化する。これで、記録されたディジタル・データストリームは受像機のＭＰＥＧ−２互換性デコーダで受信される準備が整う。
【００１２】
図２は、本発明の好ましい実施例を示す。図２は、同じ参照番号で分かるように、図１に示す要素の大部分を含んでいる。上述した８ＶＳＢリンクは地上放送のチャンネルを含んでおり、図２に示す構成は、ＤＶＴＲの再生ヘッドとこの例におけるテレビジョン受像機のＭＰＥＧデコーダとの間に在る。
【００１３】
図１と図２の相違は、トレリス・エンコーダ１２とトレリス・デコーダ１６がそれぞれ、符号化／変調チェーンおよび復号化／復調チェーンから除去されていることである。８ＶＳＢシステムにおけるトレリス・エンコーダ１２とトレリス・デコーダ１６を除去することにより、そのデータストリーム内の各３ビットのうち１ビットは他の目的、例えば、補助情報のために利用できる。データの完全な状態および適正なタイミングを維持するために、自由にされたスペースは補助情報またはヌル・データ（ｎｕｌｌ ｄａｔａ：無効データ）で満たされなければならない。ＭＰＥＧ−２と互換性のデータストリームの場合、付加された情報およびヌル・データはＭＰＥＧ標準規格と互換性のあるフォーマットでパケット化される。
【００１４】
トレリス・エンコーダとトレリス・デコーダを、エンコーダ／変調およびデコーダ／復調処理から除去すると、エラー訂正機能は低下する。しかしながら、伝送チャンネル１４は、ＤＶＴＲとテレビジョン受像機間のＲＦ同軸ケーブルであるのが好ましい。チャンネル１４は、ほとんど妨害を受けない制御された環境内にある短いシールド・ケーブルで構成されるので、データストリームを伝送するのに非常に快適な環境である。チャンネル１４は、良好な信号対雑音比を有し、ほとんどゴーストがなく、無線周波数妨害は最少限度である。チャンネル１４に関連するケーブルの長さが短ければ短いほど、これらの特性は良くなる。しかしながら、例えば、一軒の家、オフィス・ビルあるいは複合オフィスにわたるような相当な長さでも、この構成の場合、エラーの補正は一般に必要とされない。
【００１５】
図３は８ＶＳＢシステムについての、パケット化されたＭＰＥＧ互換性データストリームおよび補助情報（例えばＯＳＤデータ）のパケットを示す。データストリーム３０は、ＤＶＴＲから再生されている、記録されたデータストリームを示す。データストリーム３１は、データストリーム３０の中に挿入される補助データストリームを示す。データストリーム３０と３１は何れもパケット化されている。データストリーム３０は、パケット化された状態で記録され再生されており、視聴者が再生するまで、時間遅れを除いて、ＤＶＴＲのデータ処理におけるこの時点で実質的に変更されていない。補助データ・マルチプレクサ３２は、データストリーム３１と３２を受け取り、データストリーム３３を図１のリード・ソロモン・エンコーダ１０に出力する。ＯＳＤパケットおよび／または補助データ・パケットはＤＶＴＲ内のマイクロプロセッサで発生される。
【００１６】
図３に見られるように、データストリーム３３−８は１つの補助パケットを含んでおり、例えば、記録された２つのパケット毎にＯＳＤ情報を含んでいる。ＤＶＴＲから再生されているデータストリーム３０の中に挿入するための補助データが存在しないとき、ヌル・パケット（ｎｕｌｌ ｐａｃｋｅｔ；無効パケット）がデータストリーム３３−１６の中に挿入されて、その伝送チャンネルにおけるタイミングを維持する。
【００１７】
図４は、補助データが形成されて最終的にトランスポート・ストリーム・パケットの中に配置される状態を示す。この例では、補助データはＯＳＤ情報である。ＯＳＤ情報はＤＶＴＲで発生され、ヘッダが付けられる。ヘッダとＯＳＤ情報はＰＥＳ（ｐｒｏｇｒａｍ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｓｔｒｅａｍ）パケット内に配置される。ヘッダとＯＳＤ情報が１つのＰＥＳパケットよりも長ければ、そのヘッダと情報は複数のＰＥＳパケット内に配置される。それからＰＥＳパケットはトランスポート・ストリーム・パケットに分割され、トランスポート・データストリーム内に配置される。１つのパケットが情報で完全に満たされていない場合、タイミングを維持するために、そのパケットはパッド（ｐａｄ）される。
【００１８】
図５は、補助データ・マルチプレクサ３２の１つの考えられる実施例を示す。データストリーム３０は、パケットの流れを維持するのに十分な大きさの記録済みパケット・バッファで受け取られ、補助／ヌル・パケットは記録済みパケット２つ置に挿入される。データストリーム３１は、ＤＶＴＲ内のマイクロプロセッサで発生され、再生されたデータと共に伝送する補助データを含むパケットから成る。補助パケット・バッファ４１は、データストリーム３１を受け取り、出力データストリーム３３の中に挿入するのに適正な時期まで補助パケットをバッファする。ヌル（ｎｕｌｌ：無効）パケット発生器４２は、挿入する補助パケットが無いときにヌル・パケットを出力する。補助パケット・バッフ４１とヌル・パケット発生器４２は何れもそれぞれの出力パケットをマルチプレクサ４３に供給する。マルチプレクサ４３は、補助パケットが補助パケット・バッファ４１内に得られるときはいつも、補助パケット有効信号を受け取る。パケット３つ目毎に、補助パケット有効信号の状態によって、マルチプレクサ４３は補助パケットまたはヌル・パケットの何れかをマルチプレクサ４４に出力する。
【００１９】
マルチプレクサ４４は、マルチプレクサ４３から１個のパケットを受け取る毎に、２個の記録済みパケットを記録済みパケット・バッファ４０から受け取る。モデュロＮ・カウンタ４５は、記録されたデータストリームの中にマルチプレクサ４４により挿入される補助またはヌル・パケットを、パケット・タイムベース・クロックを介して制御する。パケット・タイムベース・クロックが、図５に示すように、例えば、０または２であるとき、パケットがデータストリーム３０から出力データストリーム３３の中に挿入される。パケット・タイムベース・クロックが１であれば、補助またはヌル・パケットが出力データストリーム３３の中に挿入される。次に、出力データストリーム３３は図１のリード・ソロモン・エンコーダ１０に入力される。
【００２０】
図６は、ＭＰＥＧ−２標準規格の第２．４．３項で規定される、ヌル・パケットを示す。ここでは、図７に示す変更したヌル・パケット・フォーマットとの相違を明確にするために図示されている。変更したヌル・パケットは、補助データとヌル・データを、再生されたデータストリームの中に挿入するために使用される。
【００２１】
変更したヌル・パケットをデータストリームの中に挿入するのは、トランスポート・レベルの機能である。フィジカル層（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ：物理層）はトランスポート・レベルで多重化され、変更したヌル・パケットで再変調して作り出される付加的な帯域幅を満たす。変更したヌル・パケット（補助データまたはヌル・データの何れかを含んでいる）は、普通のＭＰＥＧトランスポート・デマルチプレクサによって、通常のヌル・パケットとして解釈される。しかしながら、変更したトランスポート・デマルチプレクサは、後述するように、役に立つ情報を含んでいるヌル・パケットを識別しパース（ｐａｒｓｅ：構文解析）することができる。
【００２２】
図７は、図５のヌル・パケット発生器４２から発生される、１つの起り得るヌル・パケットのフォーマットを示す。何れのパケット（図６および図７）も１５０４ビットの長さであり、各パケットの最初の３２ビットはＭＰＥＧ標準で規定されている。図７のパケットの異なる点は、３２番〜５５番ビットまでに、ペイロード・データ以外の情報が含まれていることである。３２番〜３９番ビットは、ヌル・トランスポート・パケット同期データを与える。４０〜４７番ビットは、ヌル・トランスポート・パケット識別子（ＰＩＤ）を与える。４８〜５５番ビットは、他のヌル・パケット・トランスポート情報、例えば、ＣＲＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）データを与える。ペイロード・データ（補助データまたはヌル・データ）は５６番ビットから始まる。しかしながら、４８番ビットから始まる付加的情報は、ペイロード・データと共に伝送される情報によって、上述したものよりも増加または減少する。
【００２３】
図８は、トランスポート・データストリームを受け取る装置（例えば、テレビジョン受像機、またはＭＰＥＧ−２と互換性のデコーダを備えたパーソナル・コンピュータ）内にある、例示的なトランスポート・データストリーム・デマルチプレクサを示す。このトランスポート・データストリーム・デマルチプレクサは、図２の要素１４、１５、１６から後方に位置している。
【００２４】
変調されたデータストリームはディジタル装置（例えば、ディジタル・テレビジョン）で受け取られ、図１と図２に示すように、ＶＳＢ復調され、パケット化されたデータストリームを再生する。パケット化されたデータはデマルチプレクサ７０の中に入力される。データ・タイプ選択信号は、デマルチプレクサ７０で受け取られるパケットのタイプを識別する。例えば、パケットの中に、図３のデータストリーム３０の中に挿入される音声データ、映像データあるいは補助データが入れられ、それから、データストリーム３０が記録され、あるいはパケットの中に、記録装置で挿入されるヌル・データまたは補助データが入れられる。記録されたパケットは、パケットのタイプによって、適正な処理チャンネルに出力される。ＤＶＴＲで挿入されたパケットはデマルチプレクサ７０から出力され、デマルチプレクサ７１に入力される。デマルチプレクサ７１は、挿入されたパケットに入っているのが補助データかヌル・データかを識別する。もしパケットにヌル・データが入っていれば、そのデータは捨てられる。パケットに補助データ（例えば、ＯＳＤデータ）が入っていれば、そのデータはデマルチプレクサ７１から補助プロセッサ（例えば、ＯＳＤデータ・プロセッサ）に出力される。トランスポート・データストリーム・デマルチプクサをハードウェアで実施する代わりにソフトウエアによる実施があり、補助データまたはヌル・データを含んでいるパケットを識別しそのデータを処理して適当に送出（ルート：ｒｏｕｔｅ）する。
【００２５】
本発明の別の実施例も図面に示されている。図２はまたＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）で規定される１６ＶＳＢ放送リンクの一部を示す。８ＶＳＢと１６ＶＳＢの１つの相違は、１６ＶＳＢ方式ではトレリス符号化およびトレリス復号化が使用されていないことである。別の相違は、８ＶＳＢの場合、図１のトレリス・エンコーダ１２により、元の２ビット毎に１ビットがデータストリーム内に付加されることである。１６ＶＳＢの場合、ＶＳＢ変調器１３におけるＶＳＢ変調の間、元の２ビット毎に２ビットがデータストリーム内に付加される。それに対応するＶＳＢは図２のＶＳＢ復調器１５内で生じる。
【００２６】
図３は、１６ＶＳＢ変調後の出力データストリーム３３−１６を示す。データストリーム３３−１６は、記録された再生データと挿入されたＤＶＴＲデータのパケットを交互に含んでいる。パケット1 〜 6は、データストリーム３０によりマルチプレクサ３２に入力されたデータ・パケットを表す。挿入されたデータは、ＯＳＤパケット、他の補助データ・パケットおよびヌル・パケットを表す。これらの挿入されたパケットのタイプの構成および発生頻度は例示的なものである。実際の発生は、データストリーム３３−１６の中に挿入されるデータによって異なる。データストリームは、一度受信されると、図８に関連して上述したように処理される。
【００２７】
補助データ・マルチプレクサ３２に代わる実施例は図９に示されている。この実施例は、挿入されたデ−タ・レ−トが高いので、１６ＶＳＢ変調に対し一層能率的である。図９と図５の相違は、補助デ−タとヌル・デ−タをマルチプレクサ８４で多重化することにある。この実施例では、補助デ−タ・バッファ８０とヌル・デ−タ・バッファ８２はマルチプレクサ８４にデ−タを供給する。補助パケット信号の状態によって、これら２つのデ−タ・ストリングの一方は、ヌル・パケット発生器８６に出力される。発生器８６は、選択されたデ−タストリ−ムを受け取り、１つのパケットを発生する。次に、このパケットはマルチプレクサ８８に供給され、上述のように、デ−タストリ−ム３３の中に挿入される。
【００２８】
補助データ・バッファ８０は、あらゆるタイプの補助データ（ＯＳＤデータを含む）を受け取る。もし補助データが１パケットよりも長ければ、この情報は、次のシーケンスの挿入された補助データ・パケットの中に入れられ、ヌル・パケットは発生されない。もし補助データが１パケットよりも短ければ、あるいは１シーケンスの最後のパケットの補助データが１パケットよりも短ければ、バッファ８２は残りのビットをヌル・データでパッドするか、またはヌル・パケット発生器８６がそれを行う。図５と図９の記録済みパケット・バッファ４０と８３、マルチプレクサ４４と８８、およびモジュロＮ・カウンタ４５と８９はそれぞれ実質的に同じ機能を遂行する。
【００２９】
本発明の原理による開示されたシステムは、従来のケーブル・ヘッドエンド（ｈｅａｄ−ｅｎｄ）処理と比較して、動作上の利点を示す。特に、開示されたシステムは、タイム・スタンプ情報あるいはタイム・スタンプ情報のタイミングを変更する必要なしに、トランスポート・データストリームの中に情報を挿入する。これに対して、従来のケーブル・ヘッドエンド処理では、２つ（またはそれ以上）の別個のソースから（例えば、２つの別々のビデオテープ装置）からのプログラム・データストリームを多重化し、且つこの２つのデータストリームから、タイミングの完全な状態を維持するようにタイム・スタンプ情報を組み合わせるという、より複雑な動作を伴う。また、従来のケーブル・ヘッドエンド処理は、両方のデータストリームに対し不変のＰＩＤ情報を維持しなければならない。このような要件はシステムの複雑性を増加させる。従来の処理では、別個のプログラムをトランスポート・ストリーム内で識別することができるようにする。ここに開示されたシステムでは、トランスポート・ストリーム（タイム・スタンプ）のタイミングを混乱させないので、このような複雑性は生じない。
【００３０】
上述した８ＶＳＢまたは１６ＶＳＢの実施例の場合、ヌルおよび補助パケットの識別を容易にするために種々の方法が使用されている。第１の方法は、補助情報に特有の、あるいはＯＳＤまたは他の情報に特有の、標準的なパケット識別子（ＰＩＤ）を規定する。これで、ＰＩＤのほかはトランスポート・ストリームを分析せずにトランスポート・ストリームが変更される。規定されたＰＩＤにより、ＤＶＴＲは８ＶＳＢまたは１６ＶＳＢ変調されたデータストリームの中に補助情報を容易に挿入することができ、且つ受信システムは挿入された補助情報を容易に識別することができる。
【００３１】
別の方法として、ＤＶＴＲで記録されたトランスポート・データストリームは幾つかのヌル・パケットおよび他のノンクリティカル（ｎｏｎ−ｃｒｉｔｉｃａｌ）なデータ・パケットをすでに含んでいるので、規定されたＰＩＤは、トレリス符号化（８ＶＳＢ−ｔ）と共に８ＶＳＢ変調を使用して、再生中にこれらのパケットに上書きするかこれらのパケットを取り替えることにより、補助データの挿入を可能にする。挿入されたパケットの中に、例えば、ＯＳＤ情報、およびＯＳＤ情報が視聴者に表示される持続期間を含めることができる。この持続期間情報により、望みの期間、メッセージは繰り返されずに一度だけ伝送される。トランスポート・データストリーム内にすでに存在するヌル・パケットに上書きする際に起こりうる問題は、ＤＶＴＲからデータを伝送するために必要とされるときに１つまたはそれ以上のヌル・パケットが得られるか、また十分なヌル・パケットが得られるかどうか不確実なことである。しかしながら、ＤＶＴＲによる補助情報の挿入を容易にするために十分なヌル・パケットを含む伝送チャンネルが幾つかあるものと思われる。
【００３２】
この方法では、ＤＶＴＲからの補助データを伝送するために、どのパケットが使用できるのかを決定するために、トランスポート・データストリームを分析する。これには、未使用のＰＩＤを識別するためにデータストリーム内のｐｒｏｇｒａｍ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｔａｂｌｅ（ＰＡＴ）およびｐｒｏｇｒａｍｍａｐ ｔａｂｌｅ（ＰＭＴ）の解釈を必要とする。ＤＶＴＲデータを転送するためにＰＩＤおよび関連するパケットが使用されるならば、この使用を示すために、関連するＰＡＴおよびＰＭＴを更新しなければならない。これは、トランスポート・データストリームを解釈し変更するために、関連するハードウェアをＤＶＴＲに組み込まなければならないので、複雑な方法である。また、もし補助データを符号化するならば、符号化ハードウェアもＤＶＴＲの中に含めなければならない。
【００３３】
有効期間および補助情報を一度伝送することは望ましいが、これは必ずしも効果的ではない。例えば、メッセージがＤＶＴＲから送られるときに、受信装置はスイッチが切られているかも知れないし、あるいはＤＶＴＲに接続されていないかも知れない。もし補助情報の有効期間中に受信装置が起動されるとその補助情報を、受信装置がそれに基づいて動作するために、再び伝送しなければならない。何故なら、ＲＦ伝送チャンネルは一方通行のデータ伝送チャンネルであるからである。
【００３４】
有効期間を有する補助情報を一度だけ伝送する別の方法は、その補助情報を有効期間の間、希望の頻度で繰り返し伝送することである。例えば、ＯＳＤメッセージを５秒間表示しようとするなら、補助情報は毎秒１回５秒間そのＯＳＤメッセージを伝送する。持続期間情報は更新されて補助情報と共に伝送されるか、または完全に除去される。
【００３５】
上述の挿入されたデータは、補助データとして述べた。しかしながら、他のタイプの情報（例えば、後置のハードウェアが応答するコマンド）も挿入することができる。この挿入されたデータは、希望の時間、有効画像の全部または一部と入れ替わる完全なビットマップ（ｂｉｔ−ｍａｐｐｅｄ）イメージとなり、またそのビットマップ・イメージを更新する。上述の挿入されたデータは、データ（このデータはＤＶＴＲで送られる任意のタイプのデータを表す）を再生データストリームの中に挿入する機能を備える。
【００３６】
本発明の原理によるシステムは、３つのデータ挿入方法のうちの任意の１つと３つの変調方式のうちの任意の１つ（すなわち、９つの変形）を使用して実施することができる。特に、本システムは、標準的な３つの変調モード：トレリス符号付き８−ＶＳＢ−ｔ（＞１９Ｍｂ／ｓ）、トレリス符号無し８−ＶＳＢ（＞２９Ｍｂ／ｓ）、および１６−ＶＳＢ（＞３８Ｍｂ／ｓ）、で動作することができる。これらの変調方式は他の方式を排除しない。このシステムは以下の３つのデータ挿入方法の何れでも動作することができる：
＊ヌル・トランスポート：データは新しいプロトコルを使用して、ヌル・パケット内で伝送される；
＊補助データＰＩＤ：ＭＰＥＧトランスポート層における、予め規定された特定のＰＩＤが補助データ・パケットのために使用される；および
＊補助データに使用するのために、現在のストリーム内で使用されていないＰＩＤを見つけ出し、ＰＡＴとＰＭＴを変更して、補助データＰＩＤを識別する方法。
これらの挿入方法は他の方法を排除しない。
【００３７】
再変調された情報のための物理的（ｐｈｙｓｉｃａｌ）ＲＦチャンネルに関しては、テレビジョン受像機は、モニター・モードで動作するとき、再変調信号が所定のチャンネル（例えば、チャンネル３または４）にあることを予期するように設計される。モニター・モードで、受像機はＶＳＢ同調ストリーム内のフィジカル（ｐｈｙｓｉｃａｌ：物理的）同調情報（例えば、“チャンネル２２に同調する”指令）を無視する。受像機は、ユーザが操作するリモコンによりモニタ・モードにされ、そのようなモードにおいて受像機は所定の再変調チャンネル上で再変調データを捜す。
【００３８】
挿入されたパケットを明確にする１つの利点は、同期が失われたときに、データ・ストリームを再同期させる際の能率が高まることである。パケットはユニークなものであり、且つユニークなＰＩＤを有するので、受信装置により容易に識別される。一度ヌル・パケットが識別されると、そのヘッダが読み取られる。ヘッダには、情報（例えば、現在のパケット内のデータの長さや次のパケットの開始位置）が、明確にあるいは現在のデータ指標からの計算により、含まれる。この情報、挿入されたパケットの識別、あるいはこの情報と挿入されたパケットの識別の組合わせにより、受信装置は、次のパケットの開始と同時に基本的データストリームに同期することができる。早期に且つ能率的に同期することにより、同期が失われた後で、最初に挿入されたパケットが現れたときに、受像機をデータストリームに同期させることにより、同期の喪失または同期の不足により生じるエラー・データを大いに減少させることができる。
【００３９】
本発明は、ＤＶＴＲで補助情報を挿入することに限定されない。他の多くの装置が、上述の原理を実施することにより利益を得ることができる。例えば、衛星またはケーブル・システム用のセットトップ・ボックス（ｓｅｔ ｔｏｐ ｂｏｘ）、カムコーダ、ディジタル・ビデオディスク・プレーヤおよびゲーム・マシンも、ディジタル・データストリームあるいは限られた帯域幅のＭＰＥＧフォーマット化されたデータストリームの中に補助データを挿入する。上述の実施例は能率的であり、複雑でないので、ディジタル・データストリーム内に付加的情報を挿入するために必要とされるあらゆる装置において実施できる。
【００４０】
また、受信装置はディジタル・テレビジョン受像機である必要はない。受信装置は、例えば、別のＤＶＴＲまたは別の記録媒体、あるいはセットトップ・ボックスでもよい。これらの装置は本発明の原理を利用し、情報を受信し使用し、それからそのデータストリームを捨てるかまたは別の装置にパスする。また、これらの装置は、補助情報を解釈し、本発明の原理に従い、必要に応じて、それ自体の補助情報を付加する。そのために、ＶＳＢ変調された信号を復調し、付加的な補助情報をパース（構文解釈）しまたは挿入し、伝送するために信号を再変調する。これに代わる別の方法は、信号を復調せずにまたこれらのヌル・パケットの代わりに希望の補助情報を挿入せずに、真のヌル・パケットを識別することである。
【００４１】
また、本発明の原理は、他のチャンネル・フォーマットにも実施される。例えば、ＩＥＥＥ １３９４ ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ（等時性）伝送チャンネルも本発明から利益を得られる。上述した構成は、記録されたデータストリームの帯域幅よりも広い帯域幅を有するチャンネルをリクエストすることにより実施することもできる。例えば、１９．１ＭｂｐｓＭＰＥＧ−２互換性ディジタル信号の転送を望むなら、伝送装置（ＤＶＴＲ, ＤＶＤプレーヤなど）は３８．２Ｍｂｐｓチャンネルをリクエストし、上述した１６ＶＳＢ変調を実施するであろう。これにより、未使用チャンネルの帯域幅をヌル・パケットで満たすことを必要としないという付加的な利点が得られる場合もある。これは、情報で満たされる付加されたパケットと、帯域幅を満たすために挿入される付加されたヌル・パケットとを見分ける必要がないので、受信デマルチプレクサを更に簡略化するであろう。このような実施は、接続された装置が現行のＩＥＥＥ １３９４インタフェースをすでに備えている場合に特に有効である。
【００４２】
本明細書は、ＤＶＴＲにより受信され記録されるＭＰＥＧ−２互換性データを処理するが、上述の実施例は他のＭＰＥＧフォーマット（例えば、ＭＰＥＧ−１、または同様な、圧縮され且つパケット化されたディジタル・データストリーム）にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）で規定される、８ＶＳＢリンクの一部を示す。
【図２】本発明の好ましい実施例を示す。
【図３】本発明の原理による、再生されたデータストリームを示す。
【図４】トランスポート・ストリーム・パケット内の補助データの配置を示す。
【図５】再生されたデータストリームの中に補助パケットを挿入する装置を示す。
【図６】ＭＰＥＧ−２標準によるパケットを示す。
【図７】本発明の原理による、変更されたパケットの１つの実施例を示す。
【図８】再生されたデータストリームから補助パケットを除去する装置の実施例。
【図９】再生されたデータストリームの中に補助パケットを挿入する装置の実施例。
【符号の説明】
１０ リード・ソロモン・エンコーダ
１１ インタリーバ
１２ トレリス・エンコーダ
１３ ＶＳＢ変調器
１４ 伝送チャンネル
１５ ＶＳＢ復調器
１６ トレリス・デコーダ
１７ デインタリーバ
１８ リード・ソロモン・デコーダ
３０ データストリーム
３１ 補助データストリーム
３２ 補助データ・マルチプレクサ
４０ 記録済みパケット・バッファ
４１ 補助パケット・バッファ
４２ ヌル・パケット発生器
４３ マルチプレクサ
４４ マルチプレクサ
４５ モデュロＮカウンタ
７０ トランスポート・データストリーム・デマルチプレクサ
７１ ヌル・パケット・デマルチプレクサ
８０ 補助データ・バッファ
８２ ヌル・データ・バッファ
８３ 記録済みパケット・バッファ
８４ マルチプレクサ
８６ ヌル・パケット発生器
８８ マルチプレクサ
８９ モデュロＮカウンタ
Claims (14)
- 伝送チャンネルを介して伝送するための番組情報および補助情報を含むディジタル・データストリームを発生する方法であって、
前記番組データストリームに関連するタイムスタンプを備えるステップと、
前記補助情報を発生するステップと、
前記補助情報を前記番組データストリームの中に挿入して、出力データストリームを供給するステップと、
前記出力データストリームを変調して、変調されたデータストリームを供給するステップと、
前記変調されたデータストリームを前記伝送チャンネルに転送するステップとを有し、
前記挿入するステップが、前記タイムスタンプを変更せずに前記出力データストリームを供給し、
前記挿入するステップが、
前記番組データストリーム内のヌル・データを識別するステップと、
前記ヌル・データを前記補助情報に置き換えるステップと、を更に含む、前記方法。 - 前記変調するステップが、（ａ）１６ＶＳＢ変調、（ｂ）トレリス符号化の無い８ＶＳＢ変調および（ｃ）８ＶＳＢ変調のうちの１つを行う、請求項１記載の方法。
- 前記補助情報が、（ａ）ディジタル受信装置で使用できる情報および（ｂ）ヌル（ｎｕｌｌ）情報のうちの１つである、請求項１記載の方法。
- 前記補助情報および前記番組データストリームが前記転送するステップによりパケットで転送される請求項１記載の方法。
- 前記供給するステップが前記番組データストリームを記憶媒体から供給する、請求項１記載の方法。
- 伝送チャンネルを介して伝送するための番組情報および補助情報を含むディジタル・データストリームを発生するディジタル装置であって、
前記番組データストリームに、関連するタイムスタンプを備える手段と、
前記補助情報を発生する手段と、
前記補助情報と前記番組データストリームを多重化して、出力データストリームを発生するマルチプレクサと、
前記出力データストリームを変調し、変調されたデータストリームを発生する変調器と、
前記ディジタル番組データストリーム内のヌル・データを識別する手段と、
前記変調されたデータストリームを前記伝送チャンネルに転送する出力とを有し、
前記マルチプレクサが、前記タイムスタンプを変えずに、前記出力データストリームを発生し、
前記マルチプレクサが前記ヌル・データを前記補助情報に置き換える、前記ディジタル装置。 - 前記変調器が、（ａ）１６ＶＳＢ変調、（ｂ）トレリス符合化の無い８ＶＳＢ変調および（ｃ）８ＶＳＢ変調のうちの１つを行う、請求項６記載の装置。
- 前記変調されたデータストリームがほぼ容量一杯に満たされる、請求項６記載の装置。
- 前記補助情報が、（ａ）第２のディジタル装置で使用できる情報および（ｂ）ヌル情報のうちの１つである、請求項６記載の装置。
- 前記補助情報および前記番組データストリームがパケットで転送される、請求項６記載の装置。
- 前記出力データストリームがＭＰＥＧ互換性データストリームである、請求項６記載の装置。
- 前記ディジタル番組データストリームが記憶媒体から取り出される、請求項８記載の装置。
- 前記補助情報がＯＳＤ（画面上表示）データである、請求項６記載の装置。
- 前記伝送チャンネルがＲＦ同軸ケーブルである、請求項６記載の装置。
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