JP4320297B2 - デジタル放送のパケット構成方法、及びリアルタイムデータ送受信システム - Google Patents

Description

本発明は、デジタル放送システムにおけるＴＳパケットの構成方法、ならびにリアルタイムエンコーダーを具備したリアルタイムデータ送出装置、リアルタイムデコーダーを具備した受信装置からなり、これらの装置を利用したリアルタイムデータ送受信システムに関するものである。

日本のデジタル放送規格（以下ＩＳＤＢ−Ｔ方式と記す。）においては、送信する信号帯域を１３個のセグメントに区分けしており、伝送パラメータが同一である１つ、若しくは複数のセグメントで構成される階層を複数同時に伝送することが可能である。このうち、伝送パラメータの項目の１つである変調方式が６４ＱＡＭである階層については伝送できるビットレートが大きいために固定受信端末向けとされている。一方送信する信号帯域中央部の１セグメントのみで構成される階層（以下、部分受信階層と記す。）は変調方式がＱＰＳＫ、若しくは１６ＱＡＭであり、受信処理を行う上で雑音や妨害などに強く携帯受信端末向けとされている。一般に部分受信階層は携帯電話やカーナビゲーションシステム等の信号帯域中央部の１セグメントのみを受信する携帯受信端末向けコンテンツ伝送に割いているのが現状である。
特開平１１−１６４２７９号公報（１頁目、図１） 特開２００２−０７１７８０号公報（１頁目、図１） 特開２００２−０７１７８１号公報（１頁目、図１）

しかしながら、日本のデジタル放送では、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｂ３１に規定されているＴＳ（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｔｒｅａｍ：トランスポート・ストリーム）パケット（以下、放送ＴＳ信号と記す。）にて各種データを伝送することになるが、転送レートには限度があり、特に携帯端末向けに割り振られた部分受信階層に対し、映像／音声／データー放送用データ以外の例えば、ＧＰＳ位置補正データや地震津波検知データのような汎用なリアルタイムデータを入れることは、当然ながらデータ容量が不足することが容易に想定できる。そして、前記のような限られたデータ領域内において、番組情報の主要な音声／映像データ等を削ってまで他の有用なリアルタイムデータを含めることは、提供されるコンテンツの質を損なうものであり、従って、クライアントや視聴者に対する提供者側への信用問題に発展する恐れがあり、地上デジタル放送を利用した発展的で且つ斬新な事業展開へ、提供者側がなかなか踏み切れないのが現状であった。

また特開２００２−０７１７８０号公報、及び特開２００２−０７１７８１号公報に開示されるように、アナログ放送電波を利用したものがあったが、この場合、市街地や山間部などの高層物の比較的多い場所では、マルチパスに弱いアナログ放送電波を利用することは不向きであり、通常は途切れることが許されない高精度ＧＰＳ位置補正データや地震津波検知データなどのリアルタイムデータの受信がままならない事態に落ちること容易に想定される。

本発明はデジタル放送、特に地上デジタル放送において、携帯受信端末向けに振り分けられる限られたデータ使用領域内に含まれるＴＳパケットの例えば、映像／音声／データ放送用データ等を削ることなく、有用なリアルタイムデータを含ませるＴＳパケットの生成を可能とするＴＳ信号のパケット構成方法と、当該パケットを生成するためのリアルタイムデータ送出装置、該ＴＳ信号から該リアルタイムデータを抽出し活用可能なデジタル放送の受信装置から構成し、これらを利用したデジタル放送のリアルタイムデータ送受信システムを提供することにある。

本発明は、リアルタイムデータを含んだパケットを生成するリアルタイムエンコーダーと多重化装置とを具備したリアルタイムデータ送出装置と、当該送出装置を用いて生成されたデジタル放送で伝送されるＴＳ信号の中に含まれる番組放送と非連動で、且つ遅延なく即時に伝送することが求められるリアルタイムデータを抽出して活用できる受信装置とから構成し、前記送出装置は、生放送やＶＴＲ等に対応した様々な番組素材の切替装置と、ＭＰＥＧ−２符合化装置と、Ｈ．２６４符合化装置と、データ放送装置と、リアルタイムエンコーダーと、多重化装置とを備えると共に、リアルタイムデータのビットストリームからデータパケットを生成し、入力されたＴＳ信号の中に含まれるＰＣＲパケットの送出タイミングでリアルタイムエンコーダーに格納されたリアルタイムデータの有無を判別し、リアルタイムデータが存在するときにのみ、ＰＣＲパケットの実質的未使用領域に合成する判別機能を具備しており、前記受信装置は、デジタル放送で伝送されるＴＳ信号の中に含まれる前記リアルタイムデータを抽出し、これを活用する機能を具備していることを特徴とする。

本送出装置から出力される部分受信階層で伝送されるＰＣＲパケットには、アダプテーションフィールド部にＰＣＲデータ、そしてペイロード部に有用なリアルタイムデータが配置される。

ここでデジタル放送とは、地上デジタル放送やＢＳデジタル放送などのすべてを含んだ概念である。そして、デジタル放送の中でも特に地上デジタル放送で伝送される放送ＴＳ信号において部分受信階層で伝送されるＰＣＲパケットは、信号帯域中央部の１セグメントのみを受信する携帯受信端末での受信信号の再生処理のために放送ＴＳ信号を単位時間で括る多重フレーム期間毎に地上デジタル放送運用規定（ＡＲＩＢ ＴＲ−Ｂ１４）で定められた数で同一周期に多重する必要がある。このため、部分受信階層で伝送するＰＣＲパケットにおいてＴＳパケットのヘッダ、及びアダプテーションフィールド内のＰＣＲデータが記載されている領域を差し引いたデータ領域には、例えば映像や音声のデータを配置することが適さないことから実質的未使用領域が形成される。

一方、前述した実質的未使用領域は、同一周期で送出されるＰＣＲパケットに一定の領域で形成される。このため、当該領域を利用するデータ転送は固定レートよるデータ伝送が可能である。従って、遅延なく即時に伝送することが求められるリアルタイムデータを伝送する用途に適している。

本送出装置に具備されるリアルタイムデータ合成の機能部となるリアルタイムエンコーダーは、リアルタイムデータのビットストリーム信号を蓄積する機能を有するメモリや当該データをパケットデータに変換する機能を有するデータブロック生成部、さらに入力されるＴＳ信号のＰＣＲパケットに当該パケットデータを合成するＰＣＲパケット合成部を実装したものである。

以上のようにするとデジタル放送、特に地上デジタル放送の部分受信階層で伝送するＰＣＲパケットの実質的未使用領域において、有用なリアルタイムデータを載せることが可能となる。

そして請求項１に記載した受信装置は、デジタル放送で伝送されるＴＳ信号の中に含まれる前記リアルタイムデータを抽出し、これを活用する機能を具備しており、具体的な構成としては、デジタル放送電波を受信するためのアンテナ部、受信された複数のデジタル放送信号の中から希望する放送信号を選局するためのチューナー部、選局されたデジタル放送信号をＴＳ信号に変換する機能を有する復調部、さらにＴＳ信号の部分受信階層で伝送されたＰＣＲパケットからリアルタイムデータを抽出しビットストリームに再生する機能を有するリアルタイムデコーダー、及び該リアルタイムデコーダーを活用するための処理を施すデータ処理部を実装したものである。

以上のことから前記受信装置を利用することにより、デジタル放送、特に地上デジタル放送の部分受信階層で伝送するＰＣＲパケットの実質的未使用領域に含まれる有用なリアルタイムデータを活用することが可能となる。

ここでリアルタイムデータとしては、高精度ＧＰＳ位置補正データや地震津波検知データを含んでいるので、デジタル放送の優位性の一つであるＴＳによる移動体受信やマルチパルスに対する強さを生かし、電波を利用するＲＴＫ−ＧＰＳでは比較的受信精度が見込めない環境下（市街地、山岳地帯など）におけるｃｍ単位の誤差修正が可能な高精度ＧＰＳの構築や地震津波の検知が可能となる。

またＰＣＲパケットの実質的未使用領域に挿入する高精度ＧＰＳ位置補正データは、具体的にＤ（＝ディファレンシャル）ＧＰＳ方式、あるいはＲＴＫ（＝リアルタイムキネマティック）−ＧＰＳ方式等で得られる誤差の少ないＧＰＳ位置補正データの総称である。また、ここで得られた高精度ＧＰＳ位置補正データを本送出装置では、例えばインターネット網を介して当該本送出装置に具備されたリアルタイムデータコンバーターに取り込み、さらに読み込み可能なデータ形式に変換された前記高精度ＧＰＳ位置補正データをリアルタイムエンコーダーによって、バイナリデータからパケットデータへ変換し、ＰＣＲパケットに合成する。また、ＰＣＲパケットの実質的未使用領域に挿入する地震津波検知データは、活断層近辺に配置された地震や津波の検地装置から無線等の通信手段によって地震津波の発生を当該本送出装置に具備されたリアルタイムデータコンバーターに取り込み、さらに読み込み可能なデータ形式に変換された前記地震津波検知データをリアルタイムエンコーダーによって、バイナリデータからパケットデータへ変換し、ＰＣＲパケットに合成する。

尚、前述のリアルタイムエンコーダーに入力されるＴＳ信号のＰＣＲパケット以外のパケット信号は処理を施されることなく、該リアルタイムエンコーダーからそのまま出力される。

前述したリアルタイムデータコンバーターでは、ＧＰＳ位置補正データに関して国土地理院が全国に設置した基準点から得られた衛星データを収集する解析センターにて編集された位置データを受信し、例えばＲＳ２３２Ｃ規格のようなシリアルデータ出力形式に変換する機能を具備するものである。

本発明によれば、リアルタイムデータのうち、特に携帯受信端末向けに割かれた１セグメントのパケット容量において、番組情報に係る音声・映像・データ放送用データ、ならびにシステム諸データに割かれる主データ容量を削減することなく、デジタル放送の番組情報に加えて例えば、高精度ＧＰＳ位置補正データや地震津波検知データなどの有用なリアルタイム情報をＴＳパケットにのせることが可能となり、デジタル放送の利用可能性を飛躍的に高めるものとなる。

またＴＳに含める有用なリアルタイムデータとして、高精度ＧＰＳ位置補正データや地震津波検知データなどを地上デジタル放送とともに送信することによって、従来のＦＭ放送を利用したＧＰＳでは成し得なかった障害者の通行時の危険予知等に代表されるサポートシステムや、あるいは、土木事業の測量技術への応用、さらに地震津波災害時の危険回避等が可能となることが推測される。

以下、本発明によるデジタル放送用リアルタイムデータ送受信システムのうち、これを実現するべく送出装置及び受信装置の構成、及び本送出装置において生成されるＴＳパケットの構成についての実施の形態を、各図面に基づいて以下に説明する。

本送出装置１は主として、生放送やＶＴＲ等に対応した様々な番組素材の切替装置１９、ＭＰＥＧ−２符合化装置２０と、Ｈ．２６４符合化装置２１と、データー放送装置２２と、ＭＵＸとも呼ばれる多重化装置６と、リアルタイムエンコーダー２と、リアルタイムデータコンバーター３とからなるものであり、前記リアルタイムエンコーダー２でＰＣＲパケットに合成されたリアルタイムデータ１３は、前記多重化装置６において地上デジタル放送の映像／音声／データー放送用データ等と多重化される。このようにして生成された放送ＴＳ信号はマイクロ波送信装置７に送出し、さらにデジタル送信機２３から受信者側の携帯受信端末（図示省略）に送信するものである（図１参照）。

また、本送出装置１による高精度ＧＰＳ位置補正データを含んだリアルタイムデータ１３の取得は以下のように行われる。
具体的には携帯受信端末と、国土地理院が全国に設置した電子基準点５において測量されたＧＰＳ測位データとを、各々のＲＴＫ−ＧＰＳのファームウェアを備えたＧＰＳ測量機によって同時に受信し、電子基準点５からの固定点となるＧＰＳ測位データは、解析センター４を経て編集され、この編集データが本送出装置１のデータコンバーター３でリアルタイムエンコーダー２による読み込みが可能なデータ形式に変換された後、前述した本送出装置１から放送ＴＳ信号に多重化され携帯受信端末側へ送信される。最終的に、前記放送ＴＳ信号を受け取った携帯受信端末側では、即時に補正処理を行って位置が決定される。
尚、本実施形態ではＲＴＫ−ＧＰＳ方式により高精度ＧＰＳ位置補正データを含んだリアルタイムデータを取得する態様について説明しているが、この方式の他にＤＧＰＳ方式によりリアルタイムデータ１３を取得することも可能である。

ここで本送出装置１において、リアルタイムエンコーダー２のＰＣＲパケット合成部１７を多重化装置６に配置する形態、すなわちリアルタイムエンコーダー２から高精度ＧＰＳ位置補正データを含んだリアルタイムデータのパケットデータを多重化装置６の入力ポートに入力し、多重化装置６にて部分受信階層で伝送するＰＣＲパケットと合成する方法でも良い（図２参照）。

そして図３は、本送出装置１に具備するリアルタイムエンコーダー２のブロック図であり、本リアルタイムエンコーダー２は主として、受信メモリ１４、ＰＣＲパケット検出部１５、データブロック生成部１６、ＰＣＲパケット合成部１７、などから構成されている。

ここで本エンコーダー２の各構成要素について説明すると、まずリアルタイムデータ１３のビットストリーム信号は受信メモリ１４で蓄積される。一方、別ポートから入力されるＴＳ信号をＰＣＲパケット検出部１５で解析し、ＰＣＲパケットが入力するタイミング情報を生成する。このタイミング情報を基にデータブロック生成部１６では受信メモリから出力されるリアルタイムデータ１３のビットストリームをパケットデータに変換する。このリアルタイムデータ１３のパケットデータは、ＰＣＲパケット合成部１７でＰＣＲパケットのペイロード部１０に配置される。

次に図４は、本方式における本送出装置１の多重化装置６より出力される放送ＴＳ信号を具体的に示したものである。
放送ＴＳ信号は１８８バイトに１６バイトのヌルデータ（無効データ）を付加した２０４バイトのＴＳＰ（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｔｒｅａｍ ｐａｃｋｅｔ：トランスポート・ストリーム・パケット）が伝送パラメータによって決まる数から成る多重フレームを基本単位として構成される。

そして図４中（Ａ）の範囲では、伝送パラメータがモード３・ガードインターバル１／８のケースで記載しており、１多重フレームに含まれるＴＳＰは４６０８個である。この場合、部分受信階層で伝送されるＰＣＲパケットは多重フレーム期間毎に地上デジタル放送運用規定ＡＲＩＢ ＴＲ−Ｂ１４で定められた数で同一周期に多重する必要があることから、全ての多重フレームにおいてＰＣＲパケットが挿入される順番は同じである。また図４中（Ａ）の範囲では、１フレーム毎にＰＣＲが１個含まれるケースで記載しており、ＰＣＲパケットは全ての多重フレームのＰ（Ｐは１以上でかつ４６０８以下のいずれかの値）番目に配置される。

また図４中（Ｂ）の範囲では、リアルタイムエンコーダーに入力される段階でのＰＣＲパケットのブロックの区割りが示されており、このブロックは「ヘッダ（図中：Ｈｅａｄｅｒ）部」２４と「アダプテーションフィールド（図中：Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ）部」１１とから構成されている。また図中には、リアルタイムエンコーダーから出力されるＰＣＲパケットのブロックの区割りが示されており、「アダプテーションフィールド（図中：Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ）部」１１には「ＰＣＲデータ」８が含まれ、「実質的未使用領域」９即ち「ペイロード部」１０にはリアルタイムデータ１３が配置される。

そして、本方法では当該ＴＳパケットの「ヘッダ部」２４に続く８バイトを「アダプテーションフィールド部」としてＰＣＲデータ８を配置し、前述の「実質的未使用領域」９を「ペイロード部」１０として、ここにリアルタイムデータ１３を配置するものである。
一方、図５は本受信装置のブロック図であり、アンテナ部とチューナー部２５と復調部とリアルタイムデコーダーとデータ処理部により構成される。
ここで図６に示すようにデジタル放送番組を視聴するための機能に加えて、該リアルタイムデコーダー（映像デコーダー２９、音声デコーダー３０を含む）とデータ処理部、もしくは同等の機能を具備する受信装置であっても良い。

図５に示す本受信装置の各構成要素について説明すると、アンテナ部及びチューナー部２５で希望するデジタル放送の電波を受信する。受信された信号は復調部２６でＴＳ信号に変換し出力する。リアルタイムデコーダー部２７では該ＴＳ信号に含まれるＰＣＲパケットのペイロード部に配置されているリアルタイムデータを抽出し、ビットストリームに変換して出力する。このリアルタイムデータのビットストリームはデータ処理部２８にて例えば高精度ＧＰＳを実現するなどの目的に応じた処置が施される。

ここで図７に示す本リアルタイムデコーダーの各構成要素について説明すると、まずＴＳ信号はＰＩＤフィルター部３１に入力し、部分受信階層で伝送されたＰＣＲパケットを選別する。該ＰＣＲパケットはリアルタイムデータ抽出部３２でリアルタイムデータが抽出される。リアルタイムデータ抽出部から出力されるデータブロック単位のリアルタイムデータはビットストリーム再生部３３でビットストリーム信号に変換して出力される。

本発明によるデジタル放送におけるリアルタイムデータ送出装置の全体図である。 同じく、本発明によるデジタル放送におけるリアルタイムデータ送出装置の全体図である。 本発明によるリアルタイムデータ送出装置に含まれるリアルタイムエンコーダーにおけるデータの送出手順を示すブロック図である。 本送出装置で生成されるリアルタイムデータを含んだＴＳパケットのパケット構成を示す説明図である。 本受信装置の構成を示すブロック図である。 同じく、本受信装置の構成を示すブロック図である。 本リアルタイムデコーダーの構成を示すブロック図である。

Claims (1)

1. リアルタイムデータを含んだパケットを生成するリアルタイムエンコーダーと多重化装置とを具備したリアルタイムデータ送出装置と、当該送出装置を用いて生成されたデジタル放送で伝送されるＴＳ信号の中に含まれる番組放送と非連動で、且つ遅延なく即時に伝送することが求められるリアルタイムデータを抽出して活用できる受信装置とから構成し、
   前記送出装置は、生放送やＶＴＲ等に対応した様々な番組素材の切替装置と、ＭＰＥＧ−２符合化装置と、Ｈ．２６４符合化装置と、データ放送装置と、リアルタイムエンコーダーと、多重化装置とを備えると共に、リアルタイムデータのビットストリームからデータパケットを生成し、入力されたＴＳ信号の中に含まれるＰＣＲパケットの送出タイミングでＰＣＲパケットにおけるリアルタイムデータの有無を判別し、リアルタイムデータが存在するときにのみ、ＰＣＲパケットの実質的未使用領域に合成する判別機能を具備しており、
   前記受信装置は、デジタル放送で伝送されるＴＳ信号の中に含まれる前記リアルタイムデータを抽出し、これを活用する機能を具備していることを特徴とするデジタル放送のリアルタイムデータ送受信システム。