JP4473803B2 - 多重化装置及び分離装置 - Google Patents

Description

本発明は多重化装置及び分離装置に関し、複数チャネルのデジタルデータを多重化フレームに多重して送信し、受信した多重化フレームから各チャネルを分離する多重化装置及び分離装置に関する。

デジタルデータの時分割多重伝送方法としては、あらかじめ網全体で同期を取る網同期多重方式、あるいは網全体で同期を取らずデータストリームと伝送路の速度の差を埋めるために任意の冗長データ（スタッフビット）をデータストリームに挿入するスタッフ同期多重方式などがある。

網同期多重方式の場合、別の同期系からのデータを多重する際に多重化網との同期を取るためにデータストリームの速度を変換する必要がある。また、スタッフ同期多重方式の場合、伝送路の速度に合わせるため任意の冗長データを挿入することによりデータストリームの速度を変換している。このとき、挿入した任意の冗長データが多重化伝送ストリームに含まれることになり、伝送路利用効率が低下する。

また、データストリーム自体に、有用な情報を含まないデータ（以下、単に「冗長データ」と呼ぶ）が存在する場合もある。例えば、衛星放送やケーブルテレビのデジタル放送では、１つの物理チャンネルに複数のＭＰＥＧ−２ＴＳを同期多重して放送を行っている。各ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）には、冗長データであるＮＵＬＬパケットが存在するが、これをそのまま送っているため、帯域を無駄に消費していることになり、伝送路利用効率が低下する。

同期多重方式における伝送路利用効率を上げる方法としては、単一の符号化データストリームに対して、符号化データ量に応じて冗長データを挿入する代わりに、データストリームの設定レートに対する余剰分の帯域を他のデータストリームの符号化データに振り分ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２５２５５５号公報

従来のデータストリームの設定レートに対する余剰分の帯域を他のデータストリームの符号化データに振り分ける方法では、符号化データストリーム自体に冗長データが含まれる場合に対して、帯域の無駄な消費を抑えることができず、伝送路利用効率を向上することができないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、データストリーム自体に冗長データが含まれることによる帯域の無駄な消費を抑え、伝送路利用効率を向上させることができる多重化装置及び分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数チャネルのデータストリームを多重化して送信する多重化装置において、
各チャネルのデータストリームにおける非冗長データを多重化フレームの複数のスロットに割り当て多重化する多重化手段と、
多重化時の各スロットの割当チャネル情報及び廃棄する冗長データのチャネル番号を表わす冗長チャネル情報からなるフレーム化情報を発生するフレーム化情報発生手段を有し、
前記フレーム化情報を前記多重化フレームに挿入して送信することにより、データストリーム自体に冗長データが含まれることによる帯域の無駄な消費を抑え、伝送路利用効率を向上させることができる。

前記多重化装置は、各チャネルのデータストリームそれぞれを伝送路のレートに合わせるためのレート変換手段を有することができる。

また、本発明の分離装置は、多重化装置から送信された前記多重化フレームを受信し、前記多重化フレームに挿入されている割当チャネル情報に基づいて、前記多重化フレームから所望のチャネル番号のスロットの非冗長データのみを選択して取り出す選択手段と、
前記冗長チャネル情報から前記所望のチャネル番号の冗長データを生成する冗長データ生成手段を有し、
前記選択手段で取り出した非冗長データと前記冗長データ生成手段で生成した冗長データから前記所望のチャネル番号のデータストリームを復元することができる。

本発明によれば、データストリーム自体に冗長データが含まれることによる帯域の無駄な消費を抑え、伝送路利用効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜発明の原理＞
本発明では、多重化を行う際に、データストリーム自体に含まれる冗長データ、およびクロック合わせのために挿入する冗長データの位置を冗長チャネル情報として管理し、冗長データの多重化及び伝送を行わず、冗長データの位置を表わす冗長チャネル情報だけを伝送する。

＜伝送システムの実施形態＞
図１は、本発明を適用した伝送システムの一実施形態の構成図を示す。同図中、送信装置１では、受信した衛星放送や地上波放送等のデジタル放送の複数チャネルのトランスポートストリームをＴＳパケット単位で時分割多重し、この多重化信号を複数の受信装置２_１〜２ｘに伝送する。各受信装置２_１〜２ｘでは、受信した多重化信号から所望のチャネルのトランスポートストリームのみを取り出し、基準時刻タイムスタンプの整合性を保ったまま出力し、後続の受像機で所望のチャネルを再生する。

＜多重化装置及び分離装置の構成＞
図２は、本発明の多重化装置及び分離装置の一実施形態のブロック図を示す。また、図３は、図２の多重化装置及び分離装置の要部のブロック図を示す。なお、図３では図２におけるレート変換系とクロック系は省略している。

図２中、送信装置１に設けられた多重化装置１０において、レート変換部１１_１〜１１ｎにはｎチャネルのトランスポートストリームＴＳａ（１）〜ＴＳａ（ｎ）が外部より供給される。ＴＳａ（１）〜ＴＳａ（ｎ）それぞれは冗長データであるＮＵＬＬパケットを含んでいる。

レート変換部１１_１〜１１ｎそれぞれはクロック生成部１２_１〜１２ｎから供給されるクロックを用いてｎチャネルのトランスポートストリームそれぞれのレート変換を行って、ＦＩＦＯ構成のバッファメモリ１３_１〜１３ｎに供給する。上記のクロック生成部１２_１〜１２ｎは基準クロック発生部１４から供給される基準クロックを、１フレーム当たりｎチャネルそれぞれに割り当てるスロット数ｕ（１）〜ｕ（ｎ）に応じて分周してレート変換部１１_１〜１１ｎに供給している。

これによって、バッファメモリ１３_１〜１３ｎには１フレーム当たり各チャネルに割り当てるスロット数ｕ（１）〜ｕ（ｎ）に応じたレートで各チャネルのトランスポートストリームパケット（以下、「ＴＳパケット」と呼ぶ）が書き込まれる。

ところで、デジタル放送のトランスポートストリームには、送信側と受信側のクロックを合わせるため、特定のＴＳパケットにタイムスタンプとしてのＰＣＲ（Ｐｒｏｇｒａｍ Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）値を入れて、定期的に伝送している。レート変換部１１_１〜１１ｎそれぞれはトランスポートストリームにＮＵＬＬパケットを挿入してレート変換を行うため、上記特定のＴＳパケットに入っているＰＣＲ値をレート変換のために挿入したＮＵＬＬパケットに相当する値だけ増加して書き換える。

なお、レート変換後のトランスポートストリームをＴＳ（１）〜ＴＳ（ｎ）とする。ＴＳ（１）〜ＴＳ（ｎ）それぞれのレートをｍ（１）〜ｍ（ｎ）とし、伝送路のレートをＭとし、１多重化フレームでチャネルｋのトランスポートストリームＴＳ（ｋ）に割り当てるスロット規定数をｕ（ｋ）とし、１多重化フレームに格納するＴＳパケット数をＱとすると、次式で表わされる関係がある。ただし、ｋは１〜ｎの整数である。

ｍ（ｋ）／Ｍ＝ｕ（ｋ）／Ｑ
ここで、後述するように、次式で表わされる関係がある。

ｍ（１）＋…＋ｍ（ｎ）＞Ｍ
ｕ（１）＋…＋ｕ（ｎ）＞Ｑ
フレーム化情報発生部１５は、図３に示すように、メモリ内データチェック手段２０とスロット割当スケジュール作成手段２１とヘッダ作成手段２２から構成されている。メモリ内データチェック手段２０はバッファメモリ１３_１〜１３ｎそれぞれの次に読み出されるＴＳパケットがＮＵＬＬパケットであるか否かをチェックする。スロット割当スケジュール作成手段２１はこのチェック結果に基づいてフレーム化情報を作成する。ヘッダ作成手段２２は、フレーム同期ワードとフレーム化情報からなるフレームヘッダを生成してＴＳ多重化部１６に供給する。

ＴＳ多重化部１６は、ヘッダ作成手段２２から供給されるフレームヘッダと、バッファメモリ１３_１〜１３ｎから、フレーム化情報のうちのスロット１〜Ｑの割当チャネル番号に基づいて読み出したＴＳパケットとにより多重化フレームを構成して出力する。

図４に、多重化フレームの構成を示す。多重化フレームは、フレーム同期ワードと、トランスポートストリームＴＳ（１）〜ＴＳ（ｎ）それぞれのレートｍ（１）〜ｍ（ｎ）と、スロット１に割り当てる非ＮＵＬＬパケットのチャネル番号を表わす割当チャネル情報としてのスロット１の割当チャネル番号、及びその時点で廃棄するＮＵＬＬパケットのチャネル番号を表わす冗長チャネル情報としてのスロット１のＮＵＬＬフラグ〜スロットＱの割当チャネル番号及びスロットＱのＮＵＬＬフラグからなるフレームヘッダと、ＴＳパケットを格納するスロット１〜スロットＱから構成されている。上記フレームヘッダのうちレートｍ（１）〜ｍ（ｎ）とスロット１〜Ｑそれぞれの割当チャネル番号及びＮＵＬＬフラグがフレーム化情報である。

なお、スロットｉ（ただし、ｉは１〜Ｑの整数）の割当チャネル番号とはスロットｉに割り当てて格納するＴＳパケットのチャネル番号であり、スロットｉのＮＵＬＬフラグとは、スロットｉにＴＳパケットを割り当てる時点のチャネル１〜ｎそれぞれがＮＵＬＬパケットであるか（値１）否か（値０）を表わすｎビットのフラグである。

デジタル放送のトランスポートストリームを考えた場合、１スロットは１８８バイトあるいは２０４バイトで構成され、フレームヘッダはＰスロット（例えばＰ＝１）に格納され、例えばＱ＝４８である。また、以降の説明ではチャネル数ｎ＝１０とする。

＜ＴＳ多重化処理＞
図５は、ＴＳ多重化部１６が実行するＴＳ多重化処理のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１で１〜Ｑのスロット番号としての繰り返し回数ｉがＱに達しているか否かを判別し、繰り返し回数ｉがＱに達していない場合はステップＳ２に進む。繰り返し回数ｉはこの処理の開始前に１にプリセットされている。

ステップＳ２でチャネル１のＴＳパケット（１）を多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（１）に達しているか否かを判別し、達していない場合はステップＳ３に進む。ステップＳ３ではチャネル１のバッファメモリ１３_１出力端のＴＳパケット（１）がＮＵＬＬパケットであるか否かを判別し、ＮＵＬＬパケットではない、つまり、非ＮＵＬＬパケットの場合はステップＳ４に進む。

ステップＳ４ではバッファメモリ１３_１出力端のＴＳパケット（１）を読み出してスロットｉに割り当て、バッファメモリ１３_２〜１３ｎ出力端のＴＳパケット（２）〜（ｎ）がＮＵＬＬパケットか否かを調べたのち、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（ｋ）に達していないチャネルであって、かつ、バッファメモリの出力端がＮＵＬＬパケットであったチャネルに対応するビットのみをＯＮ（値１）にしたＮＵＬＬフラグを生成してスロットｉに割り当てる。この後、ＮＵＬＬフラグのビットをＯＮにした１または複数のＮＵＬＬパケットを当該バッファメモリから読み出して廃棄する。また、繰り返し回数ｉを１だけインクリメントしてステップＳ１に進む。

ステップＳ２でスロット規定数ｕ（１）に達している場合、または、ステップＳ３でＮＵＬＬパケットである場合はステップＳ６に進む。ステップＳ６ではチャネル２のＴＳパケット（２）を多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（２）に達しているか否かを判別し、達していない場合はステップＳ７に進む。ステップＳ７ではチャネル２のバッファメモリ１３_２出力端のＴＳパケット（２）がＮＵＬＬパケットであるか否かを判別し、ＮＵＬＬパケットではない、つまり、非ＮＵＬＬパケットの場合はステップＳ８に進む。

ステップＳ８ではバッファメモリ１３_２出力端のＴＳパケット（２）を読み出してスロットｉに割り当て、バッファメモリ１３_３〜１３ｎ出力端のＴＳパケット（３）〜（ｎ）がＮＵＬＬパケットか否かを調べたのち、ステップＳ５に進む。

ステップＳ６でスロット規定数ｕ（２）に達している場合、または、ステップＳ３でＮＵＬＬパケットである場合は、チャネル１のＴＳパケット（１）に対するステップＳ２〜Ｓ４の処理やチャネル２のＴＳパケット（２）に対するステップＳ６〜Ｓ８の処理と同様にして、チャネル３のＴＳパケット（３）に対する処理を行い、以降順次、チャネル４〜９のＴＳパケット（４）〜（９）に対する処理を行う。

そして、ＴＳパケット（９）を多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（９）に達している場合、または、チャネル９のバッファメモリ１３_９出力端のＴＳパケット（９）がＮＵＬＬパケットである場合はステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１ではチャネルｎ（ここでは、ｎ＝１０）のＴＳパケット（ｎ）を多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（ｎ）に達しているか否かを判別し、達していない場合はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２ではチャネルｎのバッファメモリ１３ｎ出力端のＴＳパケット（ｎ）がＮＵＬＬパケットであるか否かを判別し、ＮＵＬＬパケットでない場合はステップＳ１３でバッファメモリ１３ｎ出力端のＴＳパケット（ｎ）を読み出してスロットｉに割り当ててステップＳ５に進む。ＮＵＬＬパケットの場合はステップＳ１４でダミー（ＮＵＬＬパケット）をスロットｉに割り当ててステップＳ５に進む。

一方、ステップＳ１１で多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（ｎ）に達しており、Ｑ個のスロットにまだ空きがある場合は、ステップＳ１５で任意のダミーパケット（例えばＮＵＬＬパケット）をスロットｉに割り当て、フレーム化情報を生成することなくステップＳ１に進む。そして、ステップＳ１で繰り返し回数ｉがＱに達すると、この処理を終了する。このようにして生成された多重化フレームが送信される。

ここで、図６にバッファメモリ１３_１，１３_２〜１３_９，１３_１０それぞれの様子を示す。各バッファメモリの出力端（最下段）において、ＴＳパケット（２）〜（８）がＮＵＬＬパケットで、ＴＳパケット（１），（９），（１０）がＮＵＬＬでないパケットである。更に、チャネル１のＴＳパケット（１）を多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（１）に達し、ＴＳパケット（２）〜（１０）を多重化フレームに割当てたスロット数がスロット規定数ｕ（２）〜（１０）に達していない場合のスロットｉ，ｊ（ｊ＝ｉ＋１）へのＴＳパケットの割当を考える。

この場合、ＴＳパケット（１）以外でＮＵＬＬでないＴＳパケット（９）をスロットｉに割り当て、フレームヘッダのスロットｉの割当チャネル番号に「９」を表わす２進表示の「１００１」を格納し、フレームヘッダのスロットｉにおけるＮＵＬＬフラグとしてチャネル２〜８に対応する第２〜第８ビット（ＬＳＢが第１ビット）を値１としたＮＵＬＬフラグ「００１１１１１１１０」を設定する。この様子を図７に示す。そして、ＴＳパケット（２）〜（９）はバッファメモリから読み出され、バッファメモリ１３_２の出力端のＴＳパケット（２）はＮＵＬＬでないパケットとなり、ＴＳパケット（３）〜（９）がＮＵＬＬパケットとなる。

次に、ＴＳパケット（１）以外でＮＵＬＬでないＴＳパケット（２）をスロットｊに割り当て、フレームヘッダのスロットｊの割当チャネル番号に「２」を表わす２進表示の「００１０」を格納し、フレームヘッダのスロットｉにおけるＮＵＬＬフラグとしてチャネル３〜９に対応する第３〜第９ビットを値１としたＮＵＬＬフラグ「０１１１１１１１００」を設定する。

このように、ＴＳパケット（１）〜（ｎ）に含まれるＮＵＬＬパケットにはスロットを割り当てず、フレーム化情報の生成だけを行うため、ＴＳパケット（１）〜（ｎ）に含まれるＮＵＬＬパケットの数から、任意のダミーパケット（ＮＵＬＬパケットでも可）の数を差し引いた分だけ伝送帯域を圧縮することが可能となる。従って、以下の関係が成り立つ。

ｍ（１）＋…＋ｍ（ｎ）＞Ｍ
ｕ（１）＋…＋ｕ（ｎ）＞Ｑ
伝送された多重化フレームは各受信装置２_１〜２ｘにおける分離装置３０内のＴＳ分離部３１と基準クロック再生部３２に伝送された多重化フレームが供給される。

基準クロック再生部３２は、受信した多重化フレームからクロックを再生してクロック生成部３３に供給する。クロック生成部３３は再生クロックに同期したマスタクロックを生成してＴＳ分離部３１に供給する。

また、クロック生成部３３は、マスタクロックから書き込みクロックを生成してバッファメモリ３４に供給する。更に、ＴＳ分離部３１からフレームヘッダから取り出された後述する所望のチャネル番号のレートｍ（ｐ）を供給され、レートｍ（ｐ）に基づく読み出しクロックをマスタクロックに同期して生成しバッファメモリ３４に供給する。

ＴＳ分離部３１は、図３に示すように、ヘッダ参照手段４０とＴＳ選択手段４１とＮＵＬＬパケット生成手段４２から構成されている。ヘッダ参照手段４０は、多重化フレームのフレーム同期ワードを検出してフレーム同期を取り、フレームヘッダ内のフレーム化情報を読み込んでＴＳ選択手段４１とＮＵＬＬパケット生成手段４２に供給する。

ＴＳ選択手段４１は、外部から所望のチャネル番号ｐを指示され、フレーム化情報の割当チャネル番号から所望のチャネル番号のＴＳパケット（ｐ）の格納位置を知り、多重化フレームからＴＳパケット（ｐ）を取り出してＦＩＦＯ構成のバッファメモリ３４に書き込む。

ＮＵＬＬパケット生成手段４２は、フレーム化情報のスロット１〜ＱのＮＵＬＬフラグからＴＳパケット（ｐ）のＮＵＬＬパケットの格納位置を知り、ＴＳパケット（ｐ）のＮＵＬＬパケットを生成してＦＩＦＯ構成のバッファメモリ３４に書き込む。

例えばスロット１のＮＵＬＬフラグが「０１１１１１１１００」であり、ｐ＝３の場合にはＴＳパケット（３）のＮＵＬＬパケットを生成してバッファメモリ３４に書き込み、次にスロット２のＮＵＬＬフラグが「００００１１１１１０」であればＴＳパケット（３）のＮＵＬＬパケットを生成してバッファメモリ３４に書き込む。その後、スロット３の割当チャネル番号が「００１１」であればスロット３の内容をＴＳパケット（３）としてバッファメモリ３４に書き込む。このように、バッファメモリ３４に書き込むＴＳパケット（３）の順番は、フレーム化情報のスロット１〜Ｑの順番である。

このようにして復元されたＴＳパケット（ｐ）は、トランスポートストリーム内のＮＵＬＬではないパケットとＮＵＬＬパケットの位置関係が保持されてバッファメモリ３４に格納される。バッファメモリ３４からは読み出しクロックに基づいてトランスポートストリーム（ｐ）が読み出され出力される。

なお、ＮＵＬＬパケットを生成してバッファメモリ３４に蓄積せず、バッファメモリ３４からの読み出し時にＮＵＬＬパケットを生成する構成としてもよい。この場合は必要となるバッファ容量を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、ＮＵＬＬパケットが連続する場合でも、１つのＮＵＬＬパケットに１つのＮＵＬＬフラグを対応させているが、ＮＵＬＬパケットが連続する場合にＮＵＬＬパケットの発生と、その連続数を表わす冗長情報をＮＵＬＬフラグの代りに格納し、１つの冗長情報から連続するＮＵＬＬパケットを復元するように構成することも考えられる。しかし、この場合には、１クロックの間に１つの冗長情報から復元されるＮＵＬＬパケットの発生量が可変であるため、受信装置３０におけるバッファメモリ３４の容量が大きくなる。

このように、同期多重を行うためのレート変換時に挿入するＮＵＬＬパケットだけでなく、トランスポートストリーム自体に含まれるＮＵＬＬパケットも伝送しないようにすることにより、従来の同期多重方式に比べ、より伝送路利用効率の低下を抑えることができる。また、ＮＵＬＬパケットのチャネル番号をＮＵＬＬフラグで管理するため、各トランスポートストリーム内のＮＵＬＬパケットの位置関係を保持したまま伝送が可能となる。

なお、ＴＳ多重化部１６が請求項記載の多重化手段に相当し、フレーム化情報発生部１５がフレーム化情報発生手段に相当し、レート変換部１１_１〜１１ｎがレート変換手段に相当し、ＴＳ選択手段４１が選択手段に相当し、ＮＵＬＬパケット生成手段４２が冗長データ生成手段に相当する。

本発明を適用した伝送システムの一実施形態の構成図である。 本発明の多重化装置及び分離装置の一実施形態のブロック図である。 図２の多重化装置及び分離装置の要部のブロック図である。 多重化フレームの構成を示す図である。 ＴＳ多重化処理のフローチャートである。 バッファメモリの様子を示す図である。 多重化フレームを生成する様子を示す図である。

符号の説明

１ 送信装置
２_１〜２ｘ 受信装置
１０ 多重化装置
１１_１〜１１ｎ レート変換部
１２_１〜１２ｎ クロック生成部
１３_１〜１３ｎ バッファメモリ
１４ 基準クロック発生部
１５ フレーム化情報発生部
１６ ＴＳ多重化部
２０ メモリ内データチェック手段
２１ スロット割当スケジュール作成手段
２２ ヘッダ作成手段
３０ 分離装置
３１ ＴＳ分離部
３２ 基準クロック再生部
３３ クロック生成部
３４ バッファメモリ
４０ ヘッダ参照手段
４１ ＴＳ選択手段
４２ ＮＵＬＬパケット生成手段

Claims (3)

1. 複数チャネルのデータストリームを多重化して送信する多重化装置において、
   各チャネルのデータストリームにおける非冗長データを多重化フレームの複数のスロットに割り当て多重化する多重化手段と、
   多重化時の各スロットの割当チャネル情報及び廃棄する冗長データのチャネル番号を表わす冗長チャネル情報からなるフレーム化情報を発生するフレーム化情報発生手段を有し、
   前記フレーム化情報を前記多重化フレームに挿入して送信することを特徴とする多重化装置。
2. 請求項１記載の多重化装置において、
   各チャネルのデータストリームそれぞれを伝送路のレートに合わせるためのレート変換手段を
   有することを特徴とする多重化装置。
3. 請求項１または２記載の多重化装置から送信された前記多重化フレームを受信し、前記多重化フレームに挿入されている割当チャネル情報に基づいて、前記多重化フレームから所望のチャネル番号のスロットの非冗長データのみを選択して取り出す選択手段と、
   前記冗長チャネル情報から前記所望のチャネル番号の冗長データを生成する冗長データ生成手段を有し、
   前記選択手段で取り出した非冗長データと前記冗長データ生成手段で生成した冗長データから前記所望のチャネル番号のデータストリームを復元することを特徴とする分離装置。

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