JP4497483B2 - データストリームを処理する装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル信号処理の分野に関し、特に、例えば高解像度テレビジョンシステムにおいて符号化されたＭＰＥＧ形データを伝送するのに用いられる、トランスポート・データパケットを組み立てる方法および装置に関する。

アカンポーラ（Acampora）氏外に付与された米国特許第５，１６８，３５６号（特許文献）には、ＭＰＥＧ形の可変長符号化に従って高解像度テレビジョン（ＨＤＴＶ）信号を処理するシステムが記載されている。ＭＰＥＧは、国際標準化機構（ＩＳＯ）によって決定された標準符号化フォーマットである。その標準は“国際標準化機構（International Organization for Standardization ”ＩＳＯ/ＩＥＣ ＤＩＳ１１１７２、ディジタル蓄積メディア用動画像およびそれに関連した音声の符号化法（Coding for Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media）、Rev.Nov.23,1991の文書に記載されており、本明細書において、この文書を一般的符号化フォーマットを記述するために引用する。アカンポーラ氏外のシステムにおいては、コードワード（符号語）にはデータストリーム中で優先度の高い情報と低い情報とを表すように優先度が与えられている。そのコードワード・データストリームはトランスポート・プロセッサに送られる。そのトランスポート・プロセッサは、コードワードデータを、それぞれがヘッダ・セクションとパック・データ・ペイロード・セクションとを含んでいるトランスポート・セルの形式にパックし、優先度の高いデータストリームと優先度の低い出力データストリームとを供給する。

トランスポート・プロセッサの主な機能は、前段の優先度プロセッサが供給（発行）した可変長コードワードデータをパック・データワードの形式にパックすることである。累積したパック・ワードは、データ・パケットと呼ばれ、トランスポート・ヘッダがその前に付加される。
米国特許第５，１６８，３５６号

トランスポート・パケットのフォーマットによって、受信機において再同期化と信号回復とが容易に行われる。例えば、伝送チャネルに妨害が生じたために信号が破壊・分断された後でも、ヘッダデータを付加しておけば、受信機は伝送されたデータに欠落または破壊を生じた場合、データストリームに対する再エントリ点をヘッダデータに基づいて決定することができる。ＭＰＥＧ準拠の復号化器におけるデータの同期化も、パケットの境界に開始点を有する画像群ＧＯＰ(Group of Pictures)によって行われる。後の説明で分かるように、ＧＯＰは、一連の１つまたはそれ以上の画像またはフレームであり、このＧＯＰ形式によって符号化ビデオ・ビットストリームのシーケンス（列）に対してランダムにアクセスできるようになっている。また、再同期化は、イントラ（内部またはフレーム内）符号化Ｉフレームのピクチャ開始コードワードに応答することによって、かつ例えばＭＰＥＧ標準準拠のシステムにおけるパケットの境界にピクチャ開始コードワードを配置することによって容易に行われる。本発明の原理に従う装置を用いれば、トランスポート・パケットの形成・処理が容易に行われる。

本発明によれば、データ・パケット内で可変長符号ワード（例えば、ＭＰＥＧ符合ワード）を伝送するシステムにおいて、規定された数よりも少ないワードを有する不完全なデータ・パケットに、機能のない“ゼロ・ワード”を詰め込んで、固定長パケットを作り出し、そして、規定された符合ワードが現れるパケット間の境界を定める。

開示された好ましい実施例では、特別な符合ワードであるパケット・アラインメント・フラグ（ＰＡＦ）がＭＥＰＧデータストリームの中に挿入されて、１グループの画像（ＧＯＰ）の始まりを知らせる。ＰＡＦは、ＧＯＰを開始させる、フレーム内符合化された“Ｉ”フレームのための‘画像開始’符合ワードの直前に置かれる。ＰＡＦは、‘画像開始’符合ワードの出現が迫っていることを知らせ、そして１クロック・サイクルにわたっており、 この１サイクルの間に、或る“ハウスキーピング”機能が、次のパケットの初めに‘画像開始’符合ワードが現れる前に、遂行される。これらのハウスキーピング機能に含まれるのは、例えば、アキュムレータをリセットすること、ヘッダの状態を点検すること、そして、ＰＡＦが現れた時に構築中のデータ・パケットに対して‘最終ワード・インジケータ’を発生することである。ＧＯＰはパケットの境界で始まることになっているので、ＰＡＦが現れると、構築中のデータ・パケットは終結される。このような終結の結果として、規定された数よりも少ない、詰め込まれたワードが入っている短縮されたパケットを生じることがある。この短縮されたデータ・パケットは空白（ゼロにされたビット）ワードで満たされて、規定された数のワードを備えた完全なデータ・パケットを構成し、そして画像開始符合ワードが現れるパケット間の境界を定める。３２ビットの固定長ワード３０個で１個のデータ・パケットを形成し、このデータ・パケットの前に３２ビットのヘッダ１個が付けられる。

本発明によれば、トランスポート・パケットの形成・処理が容易に行われる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、トランスポート・プロセッサのデータ・パック器１２およびパック・データワード制御器１０のブロック図である。前述のように、トランスポート・プロセッサの主な機能は、可変長のコードワードデータを固定長（例えば３２ビット）データ・ワードにパックすることである。累積された３０個のデータ・ワードは、データ・パケットを構成し、最後にそのデータ・パケットの前にトランスポート・ヘッダが付加される。図１９に関して後述するように、そのようなトランスポート・プロセッサは、ＭＰＥＧ形式の圧縮ビデオ信号を処理するシステムに用いられる。ＭＰＥＧ形式のフォーマット化および処理の別の特徴については、図２０、図２１および図２２に関連して後述する。

制御器１０は、パケット整列フラグ(Packet Alignment Flag)ＰＡＦとの関係で長さ(Length)のデータ・ワードの累積値を監視し、可変長コードワードのストリームから組み立てられた３２ビットのデータ・ワードの完全性（完成）９６０ビット長データ・パケットの完全性（完成）とを確認する。長さデータ Length は、可変長コードワードの長さに合致する並列６ビットのワードであって、可変長コードワードの長さを規定している。長さのワードLengthの２進値は、トランスポート（伝送）されるＭＰＥＧ形式のコードワードを実際に表す可変長コードワードの長さに一致するビット数を示す。各可変長のコードワードは、３２ビット幅のバス上に現れ、ＭＰＥＧ形式のコードを表す可変数の有効ビット（１〜３２）を有する。

ＰＡＦは、入力プロセッサ１４によって発生されて、画面群(Group of Pictures)の開始点におけるＭＰＥＧ形“Ｉ”（イントラ符号化）フレームのピクチャ開始コードワードＰＳ(Picture Start codeword)の１コードワード前に出現するようになっている。ＰＡＦは、ディジタル比較器によってＩフレーム・ピクチャ開始コードワードＰＳの存在を検出して発生される。また、入力プロセッサ１４のユニットは、ピクチャ開始コードワードＰＳおよびＰＡＦを処理するための信号遅延回路を含んでおり、これによってＰＡＦがＩフレーム・ピクチャ開始コードワードＰＳの直前のコードワードのクロック周期に発生するようになっている。また、その遅延回路によって、パック・ワード制御器１０およびデータ・パック器１２の各ユニットに供給される出力信号が確実に適正な時間的同期関係になるようにする。

ワードアドレス Word Address がデータ・パック器１２に送られ、データ・パック器１２はパックする可変長コードワードＶＬＣを受け取って、入力可変長コードワードの適正な連結を確実に行う。また、ワード制御信号 Word Control がパック器１２に送られて、短いワードの存在を示し、パケット中の最終ワードをマーク（表示）して、関連するトランスポート・ヘッダが付加された適正な整列位置の３０個のパック・データワードのシーケンス（列）が得られるようにする。制御器１０は、長さワード Length の２進値を累積することによりパケットの完全化（完成）を追跡・監視する。各長さの値は、関連するコードワード中の有効ビット数を表す。１つのパケットは、９６０ビットが累積されたときに完全（完成された状態）となる。この計数値（カウント）の開始点設定または初期化がＰＡＦの出現によって行われ、ＰＡＦは制御器１０内の内部アキュムレータをリセットするようにする。

データ・パック器１２は３２ビットの並列データバスを介して可変長コードワード（ＶＬＣ）を受け取る。有効ビットは、制御器１０から供給される監視制御信号に従って３２ビットのワードにパックされる。また、最終的なＭＰＥＧ形ビット直列伝送順序を受け入れるように連結が行われる。データ・パック器１２のユニットから供給されるパック・データは可変ワード・レート（速度）でデータおよびヘッダ合成器１５の入力ＦＩＦＯデータ・バッファ（データＦＩＦＯ）１６に転送される。また、合成器１５はデータ・パック器１２からデータ書き込みイネーブル信号 Data Write Enable を受け取り、データ・パック器１２は合成器１５中のＦＩＦＯデータ・バッファ１６をイネーブルしてＦＩＦＯデータ・バッファ１６に有効データが書き込まれるようにする。データ・パケットは、ＰＡＦが強制的に短いパケットを指示しない限りは、そのような３０個のワードの転送が完了したときにパケット完全の状態となる。パック器１２により供給される最終ワード・インジケータ Last Word Indicator は、この例における通常のパケット中の３０番目のワードをマークし、またはＰＡＦの出現によって短縮されるパケット中の最終ワードをマークする。

処理可能なパック・データワードが存在する限り、パック・データワードはデータ／ヘッダ合成器１５に転送される。同様に、処理可能なトランスポート・ヘッダが存在する限り、トランスポート・ヘッダはヘッダ発生器１８から合成器１５の入力ＦＩＦＯヘッダ・バッファ（ヘッダＦＩＦＯ）１７に送られる。ヘッダ発生器１８がヘッダを形成するのに使用する情報は、入力プロセッサ１４およびワード制御器１０から得られる。ヘッダ書き込みイネーブル信号 Header Write Enable は処理可能なヘッダが存在することを示し、ヘッダがＦＩＦＯ１７に書き込まれるようにＦＩＦＯ１７をイネーブルする。合成器１５は、各パック・データ・ペイロードの前にヘッダを付加し、その結果得られるトランスポート・パケットまたはブロックを図１９に示されるように出力レートバッハに送る。また、合成器１５は、パック・データワードまたはトランスポート・ヘッダが送出レディ（送出可能）状態になっていることを示す出力データレディ Data Ready 信号を供給する。ヘッダ・インジケータ信号 Header Indicator は、ヘッダが送出されるときのクロック周期を示す。この信号は、トランスポート・パケット境界のマーカー (marker)として機能して、前進型誤り訂正 (Forward Error Correction:FEC)等のその後のオペレーションがトランスポート・セルに適正に供給されるようにする。

各ヘッダは、そのヘッダに関連するデータ・パケット中のデータに関する情報を含んでいる。ヘッダ情報によって、受信機におけるデータ組立ておよび同期化が行われる。ヘッダ情報には、例えばサービス・タイプ（例、オーディオ、ビデオ、データ）、フレーム・タイプ、フレーム番号およびスライス番号などの情報が含まれている。この種のヘッダおよびその処理については、アカンポーラ氏外の米国特許第５，１６８，３５６号においてＭＰＥＧ形信号符号化を用いるＨＤＴＶディジタル信号処理システムとの関係で記載されている。

データ・パケットは、この例においては、３０個未満のパック・データワード、即ち１〜２９個のワードを含んでいることがある。入力プロセッサ１４により供給されるＰＡＦは、図２０乃至図２２との関連で後述するように、ＧＯＰが開始するときにイントラ符号化Ｉフレームのピクチャ開始コードワードＰＳの直前に出現する。イントラ符号化フレーム用のピクチャ開始コードワードＰＳによっていつも新パケットが開始され、その直ぐ前を先行するＰＡＦがデータ・パケットの終了と新パケットの開始を示す。このピクチャ開始コードワードＰＳによるパケット整列または同期(alignment)は、受信機におけるデータストリームの高速捕捉を行うのに役立つ。ＰＡＦが固定長ワードの形成中に発生すると、短縮データ・パケットが形成されることになる。組立て中のパック・ワードにおける残りのビットにはデータ・パック器１２において複数の“ゼロ値ビット“（１〜３１）が充填される。さらに、データ・パケット中の残りのワードにも合成器１５において同様に複数の“ゼロ値ワード”（１〜２９）が充填され、トランスポート・パケットのサイズが所定長に維持される。このような“ゼロワード・フィル ”（充足ワード）の要求は、３０個のデータ・ワードが合成器１５に転送されてしまう前に最終ワード・インジケータLast Word Indicator の発生によって示される。

データ・パケット中の最終ワードLast Word の適正な識別を行うことは重要である。最終ワードLast Word によって、これに関連するトランスポート・ヘッダを用いて組み立てられたパケットが適正に記録（収容）されていることが確認される。また、最終ワードLast Word は、ＭＰＥＧ形式の画面群ＧＯＰの境界（即ち、イントラ符号化フレーム）に充填されたパケットの存在を示す。ＧＯＰの境界は、例えばチャンネル変更の後のテレビジョン受像機／復合器における再同期化を行うために重要である。最終ワードLast Word を決定することは決して些細なことではない。例えばパケットがいつ完全になったか（完成したか）、および完全になったときは次のパケットへのデータ・セグメント化またはデータ区分化(segment) が行われているか否か等のパケットの状態の特定情報に応じて最終ワードLast Word の決定が行われる。最終ワードには、最終ワードLast Word が現在のクロック期間中に形成されたワードである場合の状態と、最終ワードLast Word が次のクロック期間中に形成されるべきワードである場合の状態とが存在する。

最終ワードLast Word の形成に関するいくつかの具体例を次ぎに挙げる。パケットが完全になったときにＰＡＦが存在しなければ、最終ワード（この例では３０番目のワード）は最後のワードであり、最終ワード・インジケータ Last Word Indicator によって最終ワードであることがマークされる。これは“真”の最終ワード Last Word の例である。ＰＡＦは、パケットが次のパケットにセグメント化すべきビットを持っていないとき、即ちワードが正確にパケット境界で終了したときに発生する。完全化されたパケットの最終ワードは、実際に最終ワードであるので、最終ワードLast Word とマークされる。これは“真“の最終ワード Last Word の別の例である。また、ＰＡＦは、残りの数ビットが次のパケットの１番目のワードにセグメント化される状態でパケットが完全になったときにも発生する。この場合は、２個の連続する最終ワード Last Word が形成され、そのようにマークされる。まず完全になったパケットの最終ワードが最終 Last （“真の最終ワードLast Word ）とマークされる。次いで、次のパケットの１番目のワードは、ＰＡＦによってパケットが強制的に短縮されるので、最終ワード Last Word としてマークされる。後者のような短縮パケットの場合は、３０個のワードが伝送完了する前に最終ワードLast Word が出現し、次いでそのパケットを完全パケットにするために“ゼロ・ワード“が充填される。次に、最終ワード Last Word の他の例を挙げる。ＰＡＦは、パケットが組み立て中の不完全パケットの状態であるときにも発生する。残り数ビットが次のワードへセグメント化される状態で内部ワードがワード完全になった場合は、その部分ワードが最終ワード Last Wordとなる。特に、パケットが組み立て中の不完全パケットの状態で、かつ内部ワードが次のワードへセグメント化されるビットがない状態で完全になったときは、困難な状況が生じる。即ち、後のデータ（即ち、ＰＡＦの出現）によってこのワードが最終ワードであることが示される前に、内部ワードがデータ／ヘッダ合成器に送られてしまうと、このワードが最終ワードであることを適正にマークするのには既に手遅れとなってしまう。この場合は、１つの“擬似”最終ワードと呼ばれるゼロ・ワードが生成されて、最終ワードとして表示される。そのような擬似最終ワードは全体が０のビットで構成される。これは、例えばセグメント化された（不完全）最終ワードの一部が０ビットで詰められるのとは異なる。以上の例または他の例を図５乃至図１６を参照して説明する。

以下の説明において開示するシステムの重要な特徴の中には、長さが０（ゼロ）のＰＡＦの生成がある。この長さが０（ゼロ）のＰＡＦによって、ＧＯＰの開始が直ぐ後に出現することが示され、データ・パケット中で最終ワード Last Wordを生成してマークし、必要に応じて擬似最終ワード Pseudo Last Word を生成し、また、最終ワード Last Word の発生の種々の状態に関連して特定の信号を容易に生成することができる。

図２Ａは、図１の制御器１０の詳細を示す。制御器１０は、モジュロ９６０回路２２を有する帰還回路中にアキュムレータ２０を含んでいる。その帰還路にはバッファレジスタ２３が含まれていて、各長さ Length 入力サイクルの終わりに新しく累積された値を保持する。入力のＰＡＦワードおよび長さワード Length は入力レジスタ２４を介してモジュロユニット２２とアキュムレータ２０にそれぞれ送られる。長さワード Length の値はアキュムレータ２０のユニットにより順次連続的に累積されて、アキュムレータ２０とモジュロ９６０ユニット２２の帰還合成によってパケット長を９６０ビットに設定する。バッファレジスタ２３から供給されるアキュムレータ出力は、パケット内のビット位置を表し、パケット状態制御器２５に送られる。

また、パケット状態制御器２５は入力バッファレジスタ２４からＰＡＦを受け取り、ワード状態制御器２６において書き込み指令を生成するのに必要な出力信号を供給（発生）する。アキュムレータ・ビットカウント（ビット計数値）が９６０以上になったときに、パケット完全出力信号 Packet Complete がワード状態制御器２６に対して供給される。アキュムレータ・ビットカウントがワード境界を示していないときには（即ち、ビットカウントが３２の整数倍に等しくないときに）、制御器２５によって出力の残余信号 Remnant が発生される。アキュムレータ・ビットカウントが０であるときには、真ゼロ出力信号 True Zero が供給される。この真ゼロ出力信号は、ＰＡＦが存在するときにのみ最終ワードの正確な生成の決定を行うための重要な信号となる。これらの信号を生成する論理回路が、以下説明するように図２Ｂに示されている。

長さがゼロの空コードワード、即ちノー・オペレーション（ＮＯ−ＯＰ）コードワードの存在を示す値０の長さワード Length が受け取られたときは、アキュムレータ２０はアイドル状態となり、最終ビットカウントを保持する。この規則には例外が存在して、ＰＡＦによってビットカウントに関係なく常にアキュムレータ値が強制的に０にされる場合がある。また、別の例外は、パケットが正確にパケット境界（即ち、アキュムレータ計数値が９６０）の位置で完全パケットを形成する場合である。そして、次のクロック周期において、アキュムレータ・カウントがモジュロ９６０ユニット２２を介して次の長さワード Length の２進値に訂正される。アキュムレータ・カウントが９６０以上になったときに、パケットが完全になる。

図２Ｂにおいて、累積された長さを表す１０ビット・アキュムレータ出力がＩ０〜Ｉ９に割り当てられる。パケット・コードワードの累積された長さが９６０以上になった場合に、パケットが完全になる。アキュムレータの４つの上位（ＭＳＢ）ビットＩ６〜Ｉ９が論理１の状態であるときに、その状態が示され、その４つのビットが論理積ゲートＡＮＤ３０に供給される。全てのアキュムレータの１０個のビットが論理０の状態にあるときに、真ゼロ True Zero が表示され、その１０個のビットが論理和ゲートＯＲ３１に供給される。アキュムレータの５つの下位（ＬＳＢ）のビットＩ０〜Ｉ４が論理０（ゼロ）状態にあるときに“残余無し“状態が示され、その５つのビットが論理和ゲートＯＲ３２に供給される。データ・パック器のワード アドレス Word Address がアキュムレータの６つの下位のビットＩ０〜Ｉ５に応答して生成される。論理積（ＡＮＤ）ゲートアレー３４は、パケット整列フラグ（ＰＡＦ）が出現したときにワードアドレス Word Address を強制的に論理０の状態にする。

図２Ｃは、図１のデータ・パック器１２の詳細を示している。可変長コードワードがデータシフタ３５に送られる。データシフタ３５として、テキサス・インスツルメンツ社製の型式７４ＡＳ８８３８のようなバレル・シフタを用いることができる。連結しようとする可変長コードワードの有効ビットの適正位置を定めるために、長さアキュムレータ出力の下位ビット（ＬＳＢ）の部分が、パケット状態制御器２５から発生して（図２Ａおよび図２Ｂ参照）、ワードアドレス Word Addressとしてデータシフタ３５に送られる。３２ビットのワードが可変長コードワードの連結によって形成されたときに、パックされたワードが保持レジスタ３６に転送される。処理可能なパック・データが存在するか否かを示すフラグが、レジスタ３６より供給されるワードレディ信号 Word Readyによって与えられて、そのワードがデータ組立て回路３７に転送される。データ組立て回路３７は、パック・ワード制御器１０（図１）から供給される制御信号Ｗ ＥＮ１，Ｗ ＥＮ２およびＷ ＺＥＲＯを用いて、データ書き込みイネーブル Data Write Enable および最終ワード・フラグ（インジケータ） Last Word Flag とともにパック・データを、図１のデータおよびヘッダ合成器１５内のＦＩＦＯデータ・バッファ１６に対して供給する。

次のパケットのヘッダが現在のパケットの最終ワードの後に挿入されるように、パケット中の最終ワードを伝送した後で、それに続いてその結合されたデータストリーム中に次のトランスポート・ヘッダが挿入される。ヘッダ制御器は、アキュムレータ出力 Accumulator Output （図２Ａ）を用いて、パケット中の或るコードワードの位置を示して、その各位置がヘッダ中のエントリ点のフィールドにおいて記述されるようにされる。ワード状態制御器２６およびデータ組立て回路３７に関連する論理アレーによって、最終ワード・インジケータ Last Word Indicator とデータ・ワードをＦＩＦＯバッファに書き込むようにイネーブルするフラグとが生成される。次の表１は、論理アレーへの入力であるＰＡＦ（Packet Alignment Flag）、ＰＣ（Packet Complete）、ＴＺ（True Zero）およびＲＥＭ（Remnant ワード・セグメント化インジケータ）に応じて最終ワードを生成するためのアクション状態を示している。制御器２６の出力信号がバッファレジスタ２８を介して供給されると、データ組み立て回路３７から出力信号が生成される。これらの信号は、次のクロック周期に出現する最終ワードを示す書き込みイネーブル信号Ｗ ＥＮ１、現在のクロック周期に出現する最終ワードを示す書き込みイネーブル信号Ｗ ＥＮ２、および擬似最終ワード Psuedo Last Word を生成する書き込みゼロ信号Ｗ ＺＥＲＯを含んでいる。この擬似最終ワード Psuedo Last Wordは、ＰＡＦの発生が不完全パケットの内部コードワードデータ境界に位置したパケット形成時点と一致したときに発生する。

注１：現在のワード上の最終ワード・フラグLast Word Flagは、書き込みイネーブル Write Enable 2によって示される。

注２：次のクロックにおけるワード上の最終ワード・フラグ Last Word Flag は、書き込みイネーブル Write Enable 1によって示される。

注３：擬似ワードの生成は、書き込みゼロ Write Zero によって示され、書き込みイネーブル Write Enable 1によってフラグが立てられる。

動作状態の種々の例（表１のケース１〜６）に関するＷ ＥＮ１、Ｗ ＥＮ２およびＷ ＺＥＲＯを生成するための真理表が、図３に示されている。これについては図５乃至図１６との関連で後述する。表１用のアルゴリズムが付録Ａに記載されている。制御器２６の出力信号は、出力ワード制御信号として図４に示されるデータ組み立て回路に供給される前に、出力バッファレジスタ２８に供給される。

図４のデータ組立て回路は、図１のデータ・パック器１２の出力回路を構成している。即ち、データ組立て回路は、図示のような回路構成で、論理積ゲートＡＮＤ４２および４４、論理和ゲートＯＲ４６およびＤ型フリップフロップ（Ｄ Ｆ／Ｆ）４３および４５を具えている。３２ビット幅のパック・データワード Packed Data Word が論理積ゲートＡＮＤ４２を介してデータＦＩＦＯに送られ、前段のパック器回路から供給されるワードレディ信号 Word Ready が、論理積ゲートＡＮＤ４４を介して送られ、図１のデータＦＩＦＯ１６用のデータ書き込みイネーブル信号 Data Write Enable になる。パック・ワード状態制御器２６から供給されるデータ書き込み制御信号Ｗ ＥＮ１、Ｗ ＥＮ２およびＷ ＺＥＲＯ（図２Ａ）が図示のようにフリップフロップ４３と４５および論理ゲート４６に供給される。Ｗ ＥＮ２は現在のワードに関連する最終ワード・フラグ Last Word Flagを示し、Ｗ ＥＮ１は次のクロック・サイクルにおけるワードに関連する最終ワード・フラグ Last Word Flagを示す。Ｗ ＺＥＲＯ制御は、Ｗ ＥＮ１によって最終ワードのフラグが立てられる擬似最終ワード Pseudo Last Word の生成を示す（表１のケース４）。このケース４においては、擬似最終ワードと呼ばれる全ＺＥＲＯのワードがパック・データワードストリーム Packed Data に挿入され、データＦＩＦＯ１６に書き込まれる。組立て回路のゲートＡＮＤ４４へのワードレディ入力信号 Word Ready が保持レジスタ３６（図２Ｃ）によって供給されて、処理可能なパックされた３２ビットが存在することを示す。

次に、図５乃至図１６に例示された最終ワードの発生の例について説明する。これらの例のあるものは、ＰＡＦの前後の位置に存在する長さがゼロのＮＯ−ＯＰワードの作用を示している。

図５および図６は表１のケース５に該当する相異なる例を示している。図５においては、パケットは次のパケットへのセグメント化を行って（即ち、アキュムレータのビット値が９６０より大きい）完全パケットを形成している。図６においては、パケットは正確にパケットの境界の位置で完全パケットを形成し（即ち、アキュムレータのビット値が９６０に等しい）、次のパケットへのセグメント化を行うことなくまたは残余データを生じることなく完全パケットを形成している。このいずれのケースにおいても最終ワード・フラグ Last Word Flag はパケット完全 Packet Complete の発生と同時に発生する。この最終ワード・フラグ Last Word Flag は、ＰＡＦが存在しないときは真ゼロ True Zero および残余 Remnant の各表示を考慮せずに独立に発生される。一方、ＰＡＦが存在する場合は、最終ワード・フラグ LAST Word Flag は真ゼロ True Zero および残余 Remnant の各表示を考慮して発生される。

図７および図８は、表１のケース２を例示している。図７において、パケットが完全になった直後にセグメント化を行わずにＰＡＦが発生し、その後に３２ビットのピクチャ開始コードワードＰＳが続く。図８は、挿入された３個の長さゼロのノー・オペレーション（ＮＯ−ＯＰ）コードワードがピクチャ開始コードワードＰＳに先行して存在することを除けば、図７と同様である。図７および図８において、ＰＡＦはパケット完全信号 Packet Complete と時間的位置が一致して発生し、パケットは次のパケットに残余データのセグメント化を生じることなく終了する。図７は、３２ビット長のピクチャ開始コードワードＰＳが直後に続いている、より一般なケースを示す。図８は、ＮＯ−ＯＰワードが挿入されることが許容されることを示している。

図９は表１のケース６ａに関係する図であり、この図においてＰＡＦはパケット完全信号 Packet Complete と位置が一致せずにずれて発生している。ＰＡＦは、セグメント化を伴わずにパケットが完全になった後のＮＯ−ＯＰワードの後に生じ、その後にピクチャ開始コードワードＰＳが続く。このケースにおいては、最終ワード表示（フラグ） Last Word Indicatation がパケット完全信号 Packet Complete と関連して発生するが、アキュムレータ状態が０（ゼロ）の値でアイドル状態になっていて真ゼロ表示 True Zero が存在することになるので、最終ワード表示（フラグ） Last Word Indication はＰＡＦと関連して発生することはない。

図１０および図１１は表１のケース１を例示す。図１０において、ＰＡＦは、パケットが完全になった直後にセグメント化が生じた状態で発生し、その後にピクチャ開始コードワードＰＳが続く。図１１は、挿入ＮＯ−ＯＰワードがピクチャ開始コードワードＰＳに先行して存在することを除けば、図１０と同様である。この場合、セグメント化される残余データが存在するので、２つの最終ワード・インジケータ（フラグ） Last Word Indivator が必要になる。その中の一方の最終ワード・インジケータ（フラグ）Last Word Indivator がパケット完全 Packet Completeの期間に生じ、そのうちの他方の最終ワード・インジケータ（フラグ） Last Word Indication は、セグメント化が生じたためにＰＡＦの１クロック期間後に生じる。

図１２、図１３および図１４は表１のケース３を例示す。これらの例においては、ＰＡＦは、パケット形成期間中のある位置で発生するが、ワード境界上では発生せず（即ち、次のワードへのセグメント化が生じる）、パケット完全表示 Packet Completeとは位置が一致しない。次いで、ワードが部分的に開始された結果（セグメント化による）、最終ワード信号 Last Word は、通常、ＰＡＦの後にくる次のクロック期間に発生する。図１２において、ＰＡＦは、パケットがセグメント化を行った状態で完全になった後の数個のＮＯ−ＯＰワード後に発生し、その後にピクチャ開始コードワードＰＳが続く。図１３において、ＰＡＦは、ワードが完全になると同時にセグメント化が生じた状態で発生し、その後にピクチャ開始コードワードＰＳが続く。図１４において、ＰＡＦは、ワードが完全になった後で、かつ数個のコードワードによってセグメント化が生じた後に発生する。

図１５および図１６は、表１のケース４を例示し、特別な種類の最終ワードである擬似最終ワード Pseudo Last Wordを生成することの必要性を説明するための図である。このケースにおいて、ＰＡＦは、１つのワードがセグメント化を生じることなく、即ち３２の倍数のワード境界上でワードが完全になった直後（図１５）またはその少し後の時間（図１６）に発生する。このケースにおいて、完全ワードは、それが最終ワードであったという情報が得られる前に（ＰＡＦの後に供給される）既に供給されていることを前提にしている。その場合は、全ゼロ擬似最終ワード Pseudo Last Word が形成され、供給される。これが許容される理由は、ＭＰＥＧでは、開始コードワードの前に任意の数のゼロ（０）が先行して続くことを許容し、ＰＡＦの発生によりピクチャ開始コードワードＰＳが次ぎに来ることが保証されているためである。さらに、これらのケースでは、パケットの不足分を、データ／ヘッダ合成器によってゼロ値ビット（空）・ワードで補填している。１つのゼロ・ワードが発行されて、それを最終ワードとして擬似的にマークするので、このケースにおいて、合成器は１つの少ないワードを供給することになる。図１５において、ＰＡＦは、ワードが完全になると直ぐに発生し（セグメント化が生じない状態で）、その後にピクチャ開始コードワードＰＳが続く。図１６においては、ワードが完全となった（セグメント化を生じない状態で）後に、挿入ＮＯ−ＯＰワードが続く。その後に、ＰＡＦが発生し、さらにその後にピクチャ開始コードワードＰＳが続く。

図１７は、データ／ヘッダ合成器１５（図１）の詳細な構成を示す。ヘッダ成分は、ヘッダがヘッダ発生器１８によって生成されたときは常に、ヘッダ書き込みイネーブル信号 Header Write Enableに応答して、ヘッダＦＩＦＯ７０に書き込まれる。同様に、パック・データワードは、そのワードがデータ・パック器１２によって生成されたときに、データ書き込みイネーブル信号 Data Write Enableに応答して、データＦＩＦＯ７２に書き込まれる。データ・パック処理によって生成された最終ワード・インジケータ Last Word Indicator は、その最終ワードが３０番目のワードであるか否かとは関係なく、パケット中に最終ワードを伴って生じる。ヘッダＦＩＦＯ７０およびデータＦＩＦＯ７２の各ユニットのヘッダ出力およびデータ出力が多重化器（マルチプレクサ）７６によって共通バス上に多重化されて供給され、さらに出力レジスタ７８に供給される。図１９に示されているように、出力レジスタ７８は、データレディ信号 Data Ready、パケットデータ Packet Data、ヘッダ Header、およびヘッダ・インジケータ Header Indicator をレートバッファ７１３および７１４に供給する。多重化器７６は、ＦＩＦＯ状態制御器７４から供給されたゼロ発行信号 Issue Zero に応答して、命令（コマンド）に従ってゼロ・ワードを発行することができる。

２つのＦＩＦＯ７０および７２の両方のユニット、多重化器７６および出力レジスタ７８は、ステート・マシン（状態マシン）である制御器７４の指示を受ける。パワーオン（電源オン）または同様に作用する動作の再開の後で、制御器７４は処理可能なヘッダが現れるのを待つ。処理可能なヘッダは、データレディ・インジケータ Data Ready Indicator およびヘッダ・インジケータ Header Indicator と共に多重化器７６の出力バスに送られる。次いで、制御器７４は、最終ワード・インジケータ Last Word Indicator が出現するまで、処理可能なデータが存在する限りそのデータを抽出してデータＦＩＦＯ７２の状態を制御する。伝送された各データはデータレディ・インジケータ Data Ready Indicator を伴い、そのデータレディ・インジケータ Data Ready Indicator は出力レジスタ７８に送られる。最終ワード・インジケータ Last Word Indicator が出現した時に、既に３０個のデータ・ワードが供給されていたことが判明すれば、制御器７４はさらに処理可能な情報が存在するか否かについてヘッダＦＩＦＯ７０を再検査する。３０個未満のデータ・ワードが供給されたときは、制御器７４は、ゼロ発行命令 Issue Zero を用いて多重化器７６に指令して、パケットの不足分を補うためにゼロ・ワードを発行させる。そのようなゼロ・ワードは、全てデータレディ・インジケータ Data Ready Indicator を伴って供給される。伝送すべきヘッダとデータがない場合は、制御器７４は、多重化器７６に指令して、処理可能なデータが存在しない期間、データレディ・インジケータ Data Ready Indicator なしでゼロ・ワードを発行させる。上述のようなステートマシンで駆動される合成器１５の動作を表すフローチャート（状態遷移図）が図１８に示されている。データレディ・インジケータ Data Ready Indicator およびヘッダ・インジケータ Header Indicator は、出力レジスタ７８を通して図１９のレートバッファ７１３および７１４に送られる。これらのインジケータは、バス上にデータおよびヘッダ情報が存在することをレートバッファに伝え、ヘッダ/データ記録(registration)を維持してレートバッファの後段で前進型誤り訂正（ＦＥＣ）符号化およびデータ・インターリーブ（間挿）を行わせる。このシステム（図１９）において、ＦＥＣ処理およびインターリーブ処理を行うには、ヘッダによって表されるデータ・パケットが送られる前に、最初にヘッダを送る、即ち１つのヘッダを送ってレートバッファへの伝送を開始する必要がある。ヘッダＦＩＦＯ７０およびデータＦＩＦＯ７２から送られた空きフラグ信号 Empty Flag は、ヘッダおよびデータ・ワードがそれぞれ存在しない（空である）ことを示し、これによってステートマシンである状態制御器７４がアイドル状態になる。この状態が図１８に、状態０および状態１における“ヘッダなし“および“ワードなし“の状態として示されている。関連する読みとりイネーブル信号 Read Enable がヘッダＦＩＦＯ７０またはデータＦＩＦＯ７２にそれぞれ送られると、制御器７４から供給されるヘッダ／データ選択信号 Header/Data Select が多重化器７６に指令して、ヘッダＦＩＦＯ７０のユニットのヘッダ出力 Header Output またはデータＦＩＦＯ７２のユニットのデータ出力 Data Output のいずれかを出力レジスタ７８の入力側の信号バスに切り換え接続される。不完全な短縮パケットにはゼロ・ワードを付加して所定の３０個のワードのデータ・パケットが生成され、そのデータ・パケットが出力バッファ７８に供給される。この出力バッファ７８の容量は、前段のヘッダ・バッファ７０およびデータ・バッファ７２の容量よりもかなり大きい。これらのバッファは、割り込みを受けずに効率的にデータを受け取り、処理する。このような割り込みを受けない動作構成とすることによって、タイミングおよび同期化の機能が大幅に簡単になる。その機能は、例えば、クロック停止／開始における難しい同期化処理を不要にすることにより簡単にできる。

所定長の完全パケットは、上述のように必要数の空ワードを付加することによって適正に利用できるようになる。このような完全パケットを使用することによって、例えば可変長コードワード・システム等における任意のデータ状態においてもデータのサーチおよび同期化が可能になる。開始コードワード、特にＩフレーム開始コードワードは、ＭＰＥＧと互換性（相互運用性）のあるデータストリームにおける固有の再同期化点となる。開始コードワードはパケット境界に出現する。本明細書に記載したシステムにおけるゼロ値ビットの空ワードを用いて、切り捨てられたデータ・パケットをパケット完全化し、パケット境界を決定することによって、そのようなパケット境界の処理を行うことができる。ＭＰＥＧ標準では、開始コードワードの前に任意の数のゼロ・ワードが来ることを許容しており、受信機／デコーダはゼロ値ビットの空ワードを無視するようになっている。この例において、出力バッファ７８は、その容量が大きく、時間的耐性（連続同一値に対する耐性）が高く、従って空ワードパック動作を実行するのに適した手段を構成している。ここで、パケット境界におけるパケット整列フラグＰＡＦの出現とピクチャ開始コードワードＰＳの出現との間において空ワードをパックするために利用できる時間は僅かしかない（例えば１クロック・サイクル）ことに留意すべきである。

図１９は、トランスポート・プロセッサ部において本発明に従う装置を用いた高解像度テレビジョン（ＨＤＴＶ）符号化システムを例示している。図１９は、単一のビデオ入力信号を処理するシステムを示す。但し、輝度（ルミナンス）成分およびクロミナンス成分は別々に処理され、輝度の動きベクトルを用いて圧縮クロミナンス成分が生成されることが分かる。圧縮された輝度成分およびクロミナンス成分は、コードワード優先度をパース（構文解析）する前に、インターリーブされてマクロブロックが形成される。図１９のシステムに関する別の情報が、アカンポーラ氏外の米国特許第５，１６８，３５６号に記載されている。図２０Ａに示された画像フィールド／フレームのシーケンス（列）は、図２０Ｂに従うフィールド／フレームを再配列する回路７０５に供給される。その再配列されたシーケンスは圧縮器７１０に供給される。この圧縮器７１０は、ＭＰＥＧ形式のフォーマットに従って符号化された圧縮されたフレームのシーケンスを生成する。そのフォーマットは階層構造になっており、それが図２２に簡略形式で例示されている。ＭＰＥＧ形式の階層構造フォーマットは、各別のヘッダ情報をそれぞれ有する複数の階層からなる。各ヘッダは、開始コードワード、各階層に関連するデータおよびヘッダ拡張を行うための項目（プロビジョン）を正規のヘッダ形式として含んでいる。

このシステムによって生成されるＭＰＥＧ形式の信号について説明すると、（ａ）ビデオ信号の連続的画像フィールド／フレームがＩ，Ｐ，Ｂ符号化シーケンスに従って符号化され、（ｂ）画面レベルで符号化されたデータはＭＰＥＧ形式のスライスまたはブロック群の形式で符号化される。その場合、各フィールド／フレーム当たりのスライス数は種々の値をとり、各スライス当たりのマクロブロック数も種々の値をとる。Ｉ符号化フレームは、画像再生を行うときにＩフレーム圧縮データだけを用いて処理できるようにフレーム内圧縮されている。Ｐ符号化フレームは前方動き補償予測法に従って符号化されており、Ｐフレーム符号化データは、現在のフレーム、および現在のフレームの前に発生するＩまたはＰフレームから生成される。Ｂ符号化フレームは、双方向動き補償予測法に従って符号化される。Ｂ符号化フレームデータは、現在のフレーム、および現在のフレームの前および後に発生するＩおよびＰフレームから生成される。

現在のシステムの符号化出力信号は、フィールド／フレーム群、またはボックスＬ２行（図２２）に例示されている画像群（ＧＯＰ）にセグメント化される。各ＧＯＰ（Ｌ２）はヘッダを含んでおり、ヘッダの後には画像データのセグメントが続く。ＧＯＰヘッダは、水平方向および垂直方向の画面サイズ、アスペクト比、フィールド／フレーム・レート、ビット・レート、などに関連するデータを含んでいる。

各画像フィールド／フレームに対応する画像データ（Ｌ３）は、ピクチャヘッドを含んでいて、ピクチャヘッダの後にはスライスデータ（Ｌ４）が続く。ピクチャヘッドはフィールド／フレーム数およびピクチャ・コード・タイプを含んでいる。各スライス（Ｌ４）は、スライスヘッダを含んでいて、スライスヘッダの後には複数のデータ・ブロックＭＢｉが続く。スライスヘッダは、群番号および量子化パラメータを含んでいる。

各ブロックＭＢｉ（Ｌ５）は、マクロブロックを表し、ヘッダを含んでおり、ヘッダの後に動きベクトル（ＭＶ）および符号化係数が続く。ＭＢｉヘッダは、マクロブロック・アドレス、マクロブロック・タイプおよび量子化パラメータを含んでいる。符号化係数は階層Ｌ６に例示されている。各マクロブロックは、４つの輝度ブロック、１つのＵクロミナンスブロックおよび１つのＶクロミナンスブロックからなる合計６個のブロックを含んでいる（図２１参照）。１つのブロックは、ピクセルのマトリックス、例えば８×８のマトリックスを表していて、このマトリックスに対して離散コサイン変換（ＤＣＴ）が実行される。その４つの輝度ブロックは、例えば１６×１６のピクセル・マトリックスを表す２×２の隣接輝度ブロックのマトリックスである。クロミナンス（ＵおよびＶ）ブロックは、４つの輝度ブロックの領域全体と同じ領域を表している。すなわち、圧縮の前に、クロミナンス信号は、輝度に対して水平方向および垂直方向に２つの係数（１／２）でダブサンプル（subsample)される。１つのスライスのデータは、隣接したマクロブロック群として表される領域に対応する画像中の長方形部分を表すデータに対応する。１つのフレームは、３６０個のスライス、すなわち垂直方向の６０スライス×水平方向の６スライスからなる。

ブロック係数は、ＤＣＴによって１回につき１ブロック分供給される。まずＤＣ係数が発生し、ＤＣ係数の後にその相対的重要度順に各ＤＣＴ ＡＣ係数が続く。ブロック終了コードＥＯＢ(end-of-block)が、連続的に発生するデータの各ブロックの最後に付加される。

図１９において、圧縮器７１０から供給されるデータは、データを高優先度（ＨＰ）成分と標準優先度（ＳＰ）成分とにセグメント化するトランスポート・プロセッサ７１２に供給される前に、優先度プロセッサ７１１により処理される。これらの成分は、レートバッファ７１３および７１４を介して各前進型誤り訂正符号化ユニット７１５および７１６に結合される。レートバッファは一時的にパック・データおよびヘッダを記憶し、その後ＦＥＣ誤り訂正符号化回路はそのパック・データおよびヘッダを抽出する。レート(rate)制御器７１８は、バッファ７１３、７１４と協働して、圧縮器７１０から供給されるデータの平均データ・レートを調整する。その後、信号が伝送モデム７１７に結合され、そのＨＰおよびＳＰデータは、標準６ＭＨｚのＮＴＳＣ方式のテレビジョン・チャンネル内の各搬送波を直交振幅変調する。

本発明に従う、データ・ワードータ・ワード制御器、データ・パック器およびデータ／ヘッダ合成装置を含んで成るビデオ信号符号化器の部分ブロック図である。 図１のワード制御器およびデータ・パック器の詳細を示すブロック図である。 図１のワード制御器およびデータ・パック器の詳細を示す回路図である。 図１のワード制御器およびデータ・パック器の詳細を示すブロック図である。 図２Ａに示されているワード状態制御器の動作に関する真理表である。 パック・データ組立回路の詳細を示す。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 最終ワードの発生の例を示す説明図である。 図１に示されるデータおよびヘッダ合成器の詳細を示す図である。 図１７に示されている状態制御器の動作に関する状態遷移図である。 本発明に従う装置を含む高解像度テレビジョン符号化システムのブロック図である。 符号化ビデオ信号の画像フィールド／フレームのシーケンスの画像表現を示す図である。 符号化ビデオ信号の画像フィールド／フレームのシーケンスの画像表現を示す図である。 図１９のシステム中の符号化／圧縮装置によって形成されるデータ・ブロック生成の画像表現を示す図である。 図１９のシステム中の符号化／圧縮装置によって形成されるデータ・フォーマットの一般化された画像表現を示す図である。

符号の説明

１０ 制御器
１２ データ・パック器
１４ 入力プロセッサ
１５ ヘッダ合成器
１６ 入力ＦＩＦＯデータ・バッファ（データＦＩＦＯ）
１８ ヘッダ発生器
１７ 入力ＦＩＦＯヘッダ・バッファ（ヘッダＦＩＦＯ）

Claims (1)

1. 画像を表わす可変長コードワードのデータストリームを処理する装置において、
   前記可変長コードワードのデータストリームに応答して、各パケット化されたデータが予め定めた数のワード以下のワードを含むパケット化されたデータのストリームを作成する手段と、
   前記パケット化されたデータのストリームに応じて、各固定長のデータ・パケットが前記予め定めた数のワードを含む、対応する固定長のデータ・パケットのストリームを出力に提供するデータ処理手段と、
   を備え、
   前記固定長のデータ・パケットのうちの１つに関連する画像のグループ（ＧＯＰ）の始まりを知らせるパケット・アライメント・フラグを挿入し、
   前記データ処理手段は、パケット化されたデータが前記予め定めた数のワードよりも少ないワードを含むことを検出すると、必要に応じてｎｏ‐ｏｐのｎｕｌｌワードを加え、前記予め定めた数のワードを有する対応する固定長のデータ・パケットを作成し、前記パケット・アライメント・フラグは、前記画像のグループに関連するＰＳ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｓｔａｒｔ）コードワードの直前に置かれる、前記装置。

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