JP4528010B2

JP4528010B2 - ビデオ同期

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Publication number: JP4528010B2
Application number: JP2004105241A
Authority: JP
Inventors: コンプトン、マッソー; クライブジラード、ヘンリー
Original assignee: Sony United Kingdom Ltd
Current assignee: Sony Europe BV United Kingdom Branch
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: EP1471745B1; CN1543193A; US20120081606A1; US8073060B2; JP2004304809A; US20040257469A1; GB2400255A; EP1471745A1; CN1297151C; US8401090B2; GB0307459D0

Description

本発明は、ビデオ同期に関する。

非同期パケット交換網を介してビデオデータを配信する技術が提案されている。ビデオデータは、それぞれがデータを独立して処理する多くの受信機に配信することができる。受信機では、２つのビデオストリームを同時に処理する必要がある場合もあり、例えば、２つのビデオストリーム間の単純なカットを１つのフレームの境界に正確に合わせる必要がある。ここで、非同期パケット交換網は、本質的に、フレーム同期を維持せず、ネットワークを介してビデオストリームを伝送するパスが異なれば、各パスで生じる遅延も異なる。

ＮＡＢ２００１会議（NAB 2001 conference）では、ネットワークを介したビデオデータの配信が提案されている。ここでは、局部クロックを基準クロックに関連させる（link）タイミングデータを、他の別のネットワークを介して配信する手法が提案されている。

ＩＴＵ−２ＲｅｃＨ２２２．０（１９９５年Ｅ版）では、ＩＴＵ−ＴＲｅｃＨ２２２．０１ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１方式のデータストリーム（すなわち、ＭＰＥＧ）において、システムクロックリファレンス（System Clock References：以下、ＳＣＲという。）と呼ばれるクロック基準タイムスタンプを用いることが提案されている。ＳＣＲは、システムタイムクロック（System Time Clock：以下、ＳＴＣという。）のサンプルの集合である。ＳＣＲは、２７ＭＨｚ分の１の分解能を有し、トランスポートストリームにおいては、最大１００ｍｓの間隔で、プログラムストリームにおいては、最大７００ｍｓの間隔で出現する。各プログラムストリームは、異なるＳＴＣを有することができる。ＳＣＲフィールドは、対応するデコーダがＳＣＲを受信した時点におけるエンコーダのＳＴＣの正しい値を示す。エンコーダのクロック周波数とデコーダのクロック周波数が一致しているときには、デコーダのＳＴＣの瞬間的な値を設定するために、いずれの正しいＳＣＲ値を用いることができる。この条件は、タイミング不連続性が存在しない場合、例えばプログラムストリームの最後で成立する。実際には、クロックの自走周波数は一致していない。したがって、位相同期ループ（Phase Locked Loop：以下、ＰＬＬという。）を用いて、デコーダのクロック（電圧制御発信器）をエンコーダのクロックに一致させる、すなわちデコーダを「スレーブ」とする必要がある。デコーダにＳＣＲが到着した瞬間に、デコーダは、ＳＣＲとデコーダのＳＴＣとを比較する。この差（ＳＣＲ−ＳＴＣ）は、誤差であり、ローパスフィルタ及び増幅器に供給され、デコーダの電圧制御発振器を制御するための制御値が生成される。

上述のシステムは、同期網を用い、デコーダのクロックの絶対時間を基準クロックにロックする。

本発明の目的は、ネットワークに更なるインフラストラクチャを追加する必要なく、非同期パケット交換網により、ビデオストリームの送信元にリンクされたストリームを処理する宛先において、ビデオストリームをフレーム同期させる同期方法を提供することである。

ＢＴ．６５６ビデオ符号化のためのＲＴＰペイロードフォーマット（RTP payload format for BT.656 Video encoding）、ディータイナン（D Tynan）（クラダーフィルムズ (Claddagh films)）、ＲＦＣ２４３１、１９９８年１０月

本発明に係る同期方法は、非同期パケット交換網と通信を行う局部ビデオデータプロセッサの局部画像同期信号生成器の位相を、非同期パケット交換網に接続された基準ビデオデータプロセッサの基準画像同期信号生成器の位相に同期させる同期方法であって、局部ビデオデータプロセッサ及び基準ビデオデータプロセッサはそれぞれ局部クロック及び基準クロックを有し、基準画像同期信号生成器及び局部画像同期信号生成器は、それぞれ基準クロック及び局部クロックに同期した周期的な基準画像同期信号及び局部画像同期信号を生成し、同期方法は、局部クロックと基準クロックとを周波数同期させるステップと、基準ビデオデータプロセッサによって、非同期パケット交換網を介して、局部ビデオデータプロセッサに、基準クロックに基づいて、画像タイミングパケットが非同期パケット交換網に送出された時刻と、基準画像同期信号の生成の時刻との間で測定されたタイミングの差を示す基準画像同期データを提供する画像タイミングパケットを送信するステップと、局部ビデオデータプロセッサによって、基準画像同期データ及び画像タイミングパケットの到着の時刻に基づいて局部画像同期信号の生成のタイミングを制御するステップとを有する。

基準ビデオデータプロセッサは、単に、タイミング情報の信号源であってもよく、或いはネットワークに送出すべきビデオ情報を処理する装置であってもよい。

画像タイミングパケットを送信することにより、ネットワークに更なるインフラストラクチャを要求することなく、局部ビデオデータプロセッサにおいて、映像のタイミング（例えば、フィールド又はフレーム、或いはその両方）同期パルスを基準ビデオデータプロセッサのビデオ同期パルスのタイミングに合わせて調整することができる。パケットが送信される（ネットワークに送出される）時刻を示すデータを基準クロックデータとして用いることにより、信号源のデータプロセッサにおける処理遅延及びジッタの影響を低減させることができる。

この手法では、ネットワークにおける遅延を０と仮定し、又はネットワークを介した全てのパスにおける遅延が等しいと仮定している。このような仮定は、多くの環境において正当な仮定である。しかしながら、このような仮定が成り立たない場合もある。このような問題を解決するために、本発明の好適な実施例においては、局部画像同期信号に遅延を加算する。

この遅延は、例えば、２、４又は６ビデオラインに相当する所定の遅延としてもよい。この遅延は、ネットワークを介した伝送において生じる最も大きな遅延と同等又はこれ以上に設定することが望ましい。この遅延の値は、固定された値であってもよい。或いは、ネットワークにおけるビデオ信号のパスに応じて、コントローラが遅延の値を選択してもよい。

本発明の一実施例においては、局部クロックと基準クロックとを周波数同期させるステップは、非同期パケット交換網を介して、局部ビデオデータプロセッサに、局部ビデオデータプロセッサの宛先アドレスを含むフィールドと、クロックタイミングパケットが送信された時刻を示す基準クロックデータを含むフィールドとを有するクロックタイミングパケットを送信するステップと、基準クロックデータと、クロックタイミングパケットの到着の時刻とに基づいて、局部クロックの周波数を制御するステップとを有する。

ネットワークを介して画像タイミングパケットを送信することにより、ネットワークに更なるインフラストラクチャを要求することなく、クロックを同期させることができる。パケットが送信される（ネットワークに送出される）時刻を示すデータを基準クロックデータとして用いることにより、信号源のデータプロセッサにおける処理遅延及びジッタの影響を低減させることができる。例えば、タイミングパケット生成器は、タイミングデータフィールドが空のタイミングパケットを生成する。基準時刻は、パケットがネットワークに送出される時点（又はその直前）においてサンプリングされ、タイミングデータフィールドには、この時刻が書き込まれる。

本発明のこれらの及びこの他の側面は、添付の特許請求の範囲において定義されている。

以下では、フレーム同期信号に関連した実施例を説明する。なお、本発明は、フィールド同期信号にも適用することができ、或いは複数のフィールド期間又はフレーム期間に亘る信号等にも適用することができる。したがって、「フレーム同期信号」という用語及びこれに関連した用語は、これらの変形例を含むように解釈される。

図１に示すように、この実施例では、非同期パケット交換網（以下、単にネットワークという。）６内の１つのノードにおける送信機２は、このネットワーク６を介して、ネットワーク内の他の１つ以上のノードにおける１台以上の受信機４（図では１個のみを示している）にビデオデータを伝送する。送信機２及び受信機４は、ネットワークインタフェースカードであってもよく、ネットワークインタフェースカードを含んでいてもよく、ネットワークインタフェースカードの一部であってもよい。この実施例におけるネットワーク６は、イーサネット（Ethernet）（登録商標）ネットワークであるが、例えばトークンリング（Token Ring）等の他の非同期パケット交換網を用いてもよい。ネットワーク６は、非同期交換機６１を備え、非同期交換機６１は、後述するように、送信機２から供給されるビデオ（及びタイミング）パケットを複製し、これらを複数の受信機４に配信する。

送信機
送信機２において、ビデオパケットの信号源８は、基準クロック発生器１０からのクロックパルス及び基準フレーム同期パルス発生器１１からのフレーム同期パルスに同期して、ビデオデータを生成する。この実施例では、ビデオデータは、２７ＭＨｚサンプリングクロックとフレーム同期パルスに同期して、１ラインが１４４０ビデオサンプルからなり、１フレームが６２５ラインからなるＳＤＩフレームとして生成される（なお、受信機４においてビデオデータをデコードするためには、局部クロック発生器３０は、２７ＭＨｚ（±非常に小さな許容誤差）で動作する必要がある。すなわち、局部クロック発生器３０は、基準クロック発生器１０に周波数同期する必要がある。）。

ビデオパケットは、インタフェース／マルチプレクサ１６に供給され、インタフェース／マルチプレクサ１６は、ビデオパケットをネットワークインタフェース１５に供給する。ネットワークインタフェース１５は、従来の方法により、ネットワーク６を介してビデオパケットを送信する。第１のカウンタ１２は、基準クロックのチック（サイクル）をカウントする。タイミングパケット生成器１４は、インタフェース／マルチプレクサ１６の制御の下で動作し、第１のカウンタ１２からの基準カウント値が供給され、ネットワーク６の伝送容量にタイミングパケットを送信する余裕がある場合は常に、タイミングパケットのタイムスタンプデータフィールド（図３参照）にタイムスタンプデータを挿入し、タイミングパケットをネットワーク６を介して送信する。タイムスタンプデータは、パケットが送信される時刻を基準クロックによって示している。タイミングパケットは、基準カウント値を含むように生成され、頻繁ではあるが変更が可能な間隔で受信機４に伝送される。

基準フレーム同期パルス発生器１１は、基準クロック発生器１０に同期して動作し、従来の方法によりビデオフレーム毎にフレーム同期パルスを生成し、ビデオパケットの信号源８に供給する。図１及び図１０に示すように、第２のカウンタ１３は、基準クロックパルスを期間δｔ_ｆ間カウントし、期間δｔ_ｆのカウント値（以下、単にカウント値δｔ_ｆともいう。）をタイミングパケット生成器１４に供給する。タイミングパケット生成器１４は、このカウント値δｔ_ｆを図３に示すパケットのフレームタイミングデータフィールドに挿入する。期間δｔ_ｆは、フレーム同期パルスを生成する時点から開始され、タイミングパケットが送信された時点で終了する。第２のカウンタ１３のカウント値δｔ_ｆは、各フレーム同期パルスによって０にリセットされる。この期間δｔ_ｆは、タイミングパケット生成器１４から、カウント値をパケット内にロードしたことを示す信号が供給されると終了する。したがって、カウント値δｔ_ｆは、タイミングパケットをネットワーク６に送出（launch）した時刻と、直前の同期パルスとの間の時間的期間を表している。

図１に示す実施例では、ビデオデータは、従来の方法により、パケットとしてネットワーク６を介して伝送される。図３に示す具体例のタイムスタンプデータ及びフレームタイミングデータ用のパケット（以下、タイミングパケットという。）は、ビデオデータ用のパケットとは別に生成され、ネットワーク６を介して伝送される。

受信機
受信機４は、送信機２のネットワークインタフェース１５に対応するネットワークインタフェース１７と、送信機２のインタフェース／マルチプレクサ１６に対応するインタフェース／デマルチプレクサ１８とを備え、インタフェース／デマルチプレクサ１８は、ビデオパケットをビデオプロセッサ２２に供給し、タイミングパケットをタイミングパケット選択器２０に供給する。

タイミングパケット選択器２０は、タイミングパケットからフレームタイミングデータを抽出し、及びこのタイミングパケット選択器２０にタイミングパケットが供給された時刻を示すサンプリング信号を生成する。これらのフレームタイミングデータ及びサンプリング信号は、周波数同期ループ（Frequency Locked Loop：以下、ＦＬＬという。）２４に供給され、ＦＬＬ２４は、局部クロック発生器３０を備え、この局部クロック発生器３０を制御する。ＦＬＬ２４は、サンプルデータの制御系である。ＦＬＬ２４によるサンプルデータの同期の詳細は、本発明を理解するのに関係がなく、通常のＦＬＬ設計者にとっては周知であるため、説明を省略する。

ビデオプロセッサ２２は、基準クロック発生器１０と同じ周波数（２７ＭＨｚ）でビデオデータを正しく処理するために、局部クロック発生器３０を必要とする。図１及び図４に示すように、ＦＬＬ２４は、局部クロック発生器３０の局部クロックのチックをカウントする、第１のカウンタ１２と同一のカウンタ３２と、局部カウント値を生成するクロック差分回路（clock difference circuit stage）２６とを備える。クロック差分回路２６は、第１及び第２の差分を生成する。第１の差分は、連続するタイミングパケットをカウントする第１のカウンタによって生成された基準カウント値の差である。第２の差分は、基準カウント値を受け取った時刻に生成された対応する局部カウント値の差である。クロック差分回路２６については、図５を用いて後に更に詳細に説明する。

説明のための具体例を図２に示す。基準クロック及び局部クロックは、理想的には、正確に２７ＭＨｚで動作することが望ましい。しかしながら、実際には、これらのクロックの一方又は両方において僅かな周波数誤差が生じる。局部クロックは、基準クロックと同じ周波数（±非常に小さな許容誤差）で動作はしなければならない。例えば、局部クロックの周波数が基準クロックの周波数より僅かに高いとする。送信機２は、タイミングパケットＰ１〜Ｐ４を不規則な間隔で送信する。少なくとも１つ、好ましくは複数のタイミングパケットは、カウンタ１２のラップ間隔（wrap interval）毎に送信される。例えば、２７ＭＨｚクロック及び３２ビットのカウンタ１２を用いる場合、ラップ間隔は１５９秒であり、したがって、１５９秒毎に少なくとも１つのタイミングパケットが送信される。なお、タイミングパケットは、例えば１秒に１０個等、これより高い頻度で送信することが望ましい。タイミングパケットについては、後に詳細に説明する。図２に示す具体例では、送信されるタイミングパケットＰ１とタイミングパケットＰ２の間隔は、基準クロック発生器１０の基準クロックの５クロックチックであり、タイミングパケットＰ２とタイミングパケットＰ３の間隔は、基準クロックの８クロックチックであり、タイミングパケットＰ３とタイミングパケットＰ４の間隔は、基準クロックの６クロックチックである。これらのタイミングパケットＰ１〜Ｐ４は、ネットワーク６で遅延された後、受信機４によって受信される。ここでは、この遅延を一定のＤとする。タイミングパケットＰ１〜Ｐ４の受信時の局部カウント値をそれぞれＬ１〜Ｌ４とする。局部カウント値Ｌ１と局部カウント値Ｌ２は、６クロックチック離れている。局部カウント値Ｌ２と局部カウント値Ｌ３は、９クロックチック離れ、局部カウント値Ｌ３と局部カウント値Ｌ４は、７クロックチック離れている。したがって、第１の差分は、５、８、６であり、第２の差分は、６、９、７であり、これは、局部クロックが基準クロックより高い周波数で動作していることを示している。ＦＬＬ２４は、この第１及び第２の差分間の差を誤差として用いて局部クロックの周波数を制御する。

第１及び第２の差分から誤差を形成することにより、以下の利点を有する。（一定の）遅延Ｄは、誤差に影響を与えない。、基準カウント値及び局部カウント値の絶対値は全く重要ではない。更に、タイミングパケットが受信されなくても、このこと自体は結果に殆ど影響しない。例えば、タイミングパケットＰ２が受信されなかった場合、局部カウント値Ｌ２は生成されない。しかしながら、（Ｐ３−Ｐ１）＝（Ｐ２−Ｐ１）＋（Ｐ３−Ｐ２）であり、（Ｌ３−Ｌ１）＝（Ｌ２−Ｌ１）＋（Ｌ３−Ｌ２）であり、図２に示す具体例では、（Ｌ３−Ｌ１）−（Ｐ３−Ｐ１）＝２であり、これは、受信された全てのパケットに対する累積的な誤差に等しい。

上述の説明では、遅延Ｄは一定であることを前提としている。遅延Ｄは、ネットワークの処理遅延である。例えば、非同期交換機６１の処理遅延は、非同期交換機６１によって交換されるパケットの平均的なサイズに依存する。したがって、遅延Ｄは、タイミングパケットのサイズによって変化し、すなわちタイミングパケットのサイズにより、ネットワーク６の処理遅延が変化する。遅延Ｄが新たな値に変化し、この新たな値が継続する場合、この変化は、遅延Ｄが変化した時点の第１差分と第２の差分間の差に影響を与えるのみである。

また、上述の説明では、受信機４におけるタイミングパケットの受信タイミングに影響を与え、したがって対応する局部カウント値Ｌに影響を与えるネットワークジッタδｔも無視している。ジッタδｔにより、受信機４にパケットが到着する時刻の差が変化する。ジッタδ_ｔは、雑音とみなされる。図４に示すように、ＦＬＬ２４は、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという。）３４を備え、ＬＰＦ３４は、クロック差分回路２６によって生成された誤差を低域通過して、ジッタを削減する。ＬＰＦ３４は、例えばＮタップのデジタルフィルタである。

ＬＰＦ３４の後段には累算器３６が設けられている。この累算器３６の具体的構成については、図６を用いて後に詳細に説明する。累算器３６は、低域通過されたされた誤差を継続的に累積する。累算器３６は、周波数がロックされ、したがって誤差が０になると、電圧制御発振器からなる局部クロック発生器３０に、「ハンチング」を防止するための０ではない制御値を供給して、局部クロック発生器３０を安定させるために必要である。具体例として、局部クロック発生器３０が、その制御入力が０とき、２７ＭＨｚ＋ＸＨｚで動作するとする。累算器３６を設けない場合、局部クロック発生器３０が２７ＭＨｚでロックされたとき、誤差が０となり、したがって制御入力が０となり、局部クロック発生器３０の動作は、２７＋ＸＭＨｚに向かってドリフトする。累算器３６を設けることにより、累積誤差信号によって、局部クロック発生器３０は、ロックした周波数で動作するよう強制され、これが達成されると、累算器３６に入力される誤差が０になり、累積値は、０ではない一定の値を保つ。

累算値３６の後段には、分周器（divider）３８が設けられており、分周器３８は、累算器３６の出力における（例えば雑音に起因する）小さな変動に対するクロックの感度を下げる。

分周器３８の後段には、デジタル／アナログ変換器４０が設けられており、デジタル／アナログ変換器４０は、電圧制御発振器からなる局部クロック発生器３０へのアナログ制御値を生成する。デジタル／アナログ変換器４０は、例えば１ビット変換器かなり、その後段に、デジタル／アナログ変換器４０によって生成された高次の高調波を除去するためのＲＣフィルタ４２が設けられている。

これらのフィルタ３４、４２、累算器３６、分周器３８によって、ＦＬＬ２４の時定数及びループゲインが決定される。この時定数により、ＦＬＬ２４がロックするまでの時間が定まる。この時間を短くするためには、例えば、周知の技術を用い、最初は高速だが粗いロックを行った後、精密だが遅いロックを行うようにローパスフィルタ３４及びループ分周器３８を変更する。

１ビットデジタル／アナログ変換器４０（図４）
１ビットデジタル／アナログ変換器４０は、例えば簡単なパルス幅変調器（simple pulse width modulator）又はランダムディザモジュール（random dither module）からなる。ランダムディザモジュールは、その動作範囲の中心で動作する場合、より短い時定数（ＲＣフィルタ４２）を必要とする。

ビデオパケット（図７及び図１３）
図７に示すビデオパケットは、イーサネットフレームヘッダと、ＩＰデータグラムヘッダと、ＵＤＰヘッダと、ビデオヘッダと、ＣＲＣエラー検出データとを有する。図１３に示すビデオデータパケット（後述する）は、ＲＴＰヘッダと、タイプフィールドと、ビデオデータと、ＣＲＣデータとを備える。

タイミングパケット（図３）
図３に示すイーサネットパケットは、イーサネットフレームヘッダと、これに続くＩＰデータグラムヘッダと、ＵＤＰヘッダと、上述した基準カウント値であるタイムスタンプデータと、カウント値δｔ_ｆであるフレームタイミングデータと、ＣＲＣ（エラー検査のための巡回冗長コード）とを有する。パケットは、アドレスデータとして、少なくとも（１台以上の）受信機４を示す（１つ以上の）宛先アドレスを含み、これはアドレスのグループであってもよい。パケットは、送信機２を示す送信元アドレスと、この送信機２がデータを送信する（複数の）受信機４を示す（複数の）宛先アドレスの両方を含んでいてもよい。パケットは、それがタイミングパケットであることを示すデータを含む。このデータは、周知の手法により、１つ以上のヘッダ内に入れることができる。

様々な動作モードに応じて、様々な種類のアドレスデータを設けてもよい。

送信機が１つの選択された受信機にデータを伝送するポイントトゥポイント動作モードでは、宛先アドレスは、単に選択された受信機だけのアドレスである。

一方、送信機が複数の受信機からなるグループにデータを伝送する一対多動作モードでは、各受信機に対応する複数のアドレスが含まれる（又は、これらの受信機がグループアドレス又はマルチキャストアドレスを有している場合には、そのグループアドレスが含まれる）。

送信機からネットワーク上の全ての受信機にデータを放送する一対全動作モードでは、アドレスデータは、全ての受信機に適用されると認識されるブロードキャストアドレスを含む。

ネットワーク６の非同期交換機６１は、アドレスデータをデコードする。放送及びグループ動作モードでは、ネットワーク６の非同期交換機６１は、送信機２から受信した１つのパケットを複製し、アドレスデータによって指定されている全ての受信機４に送信する。

クロック差分回路２６（図５）
図５に示すクロック差分回路２６は、４個のデータラッチ回路４４、４６、５０、５２を備える。タイミングパケットから抽出された基準カウント値は、タイミングパケット選択器２０がパケットを受け取った時刻を示すサンプリング信号によってラッチ回路４４にラッチされる。また、このサンプリング信号により、ラッチ回路５０は、ＦＬＬ２４のカウンタ２８の局部カウント値をラッチする。ラッチ回路４４、５０の先の内容は、サンプリング信号によって後段のラッチ回路４６、５２にラッチされる。例えば図２に示す具体例に則して説明すると、ラッチ回路４４は、タイミングパケットＰ２の基準カウント値をラッチし、ラッチ回路４６は、タイミングパケットＰ１の基準カウント値をラッチする。一方、ラッチ回路５０は、対応した局部カウント値Ｌ２をラッチし、ラッチ回路５２は、対応した局部カウント値Ｌ１をラッチする。減算器４８は、ラッチ回路４４及びラッチ回路４６における基準カウント値の差（すなわち、上述した第１の差分）、例えばＰ２−Ｐ１を算出する。一方、減算器５４は、ラッチ回路５０及びラッチ回路５２における基準カウント値の差（すなわち、上述した第２の差分）、例えばＬ２−Ｌ１を算出する。減算器５６は、第１の差分と第２の差分の間の誤差を算出する。減算器５６が算出した誤差は、局部クロック発生器３０を制御するために用いられる。

累算器３６（図６）
この具体例に示す累算器３６は、加算器５８と、メモリ６０とを備える。加算器５８は、（フィルタ３４によって処理された）現在の誤差と、メモリ６０に記憶されている誤差とを加算する。メモリ６０は、図２に示す累積誤差を記憶する。

好ましくは（及び実際には）、累算器３６に記憶させることができる最大値には限界があるが、この限界は、ＦＬＬ２４の通常の動作範囲以上に設定されている。

宛先におけるフレーム同期
再び図１を用いて説明すると、データの宛先である受信機４において、局部フレーム同期パルス発生器２３は、上述のように基準クロック発生器１０に周波数同期された局部クロックのチックをカウントすることによって、局部フレーム同期パルスを生成する。局部フレーム同期パルス発生器２３は、カウンタからなり、基準フレーム同期パルス発生器１１と同様に、各フレーム同期パルスを生成する毎に０にリセットされる。差分回路１９は、図３、図８又は図９に示すタイミングパケットのフレームタイミングデータから得られるカウント値δ_ｔｆと、サンプリングパルスＳによって示される、タイミングパケットを受信した時刻における局部フレーム同期パルス発生器２３のカウント値との間の誤差Ｘを算出する。位相調整器２１は、ネットワーク６によってタイミングパケットに加わる遅延が０であるか、又はこれらのパケットを受信する全ての受信機に亘って実質的に同じであるという前提に基づき、この誤差Ｘを用いて、局部フレーム同期パルス発生器２３を基準フレーム同期パルス発生器１１に同期させる。

図１０のＡ欄のグラフは、基準フレーム同期パルス発生器１１のカウント値を示している。Ｂ欄のグラフは、図３、図８又は図９に示すタイミングパケットを生成した時刻の第２のカウンタ１３のカウント値であるカウント値δｔ_ｆを示している。ネットワーク６における遅延を０と仮定し、局部フレーム同期パルスが、Ｃ欄に示すように、Ａ欄の基準フレーム同期パルスの位相から時間的にずれて生成されているとする。このＣ欄では、タイミングパケットが受信された時刻における局部フレーム同期パルス発生器２３のカウンタのカウント値を「パケットタイミングカウント」として示している。フレーム同期パルスの正しい基準位相は、Ｄ欄に示すように、これよりδｔ_ｆ前にある。すなわち、正しい基準位相は、局部フレーム同期パルスの実際のタイミングより、カウント値Ｘ＝δｔ_ｆ−（パケットタイミングカウント）分前にある。

ここでは、カウント値を直前の局部フレーム同期パルスからカウントしているが、もちろん、このカウント値は、任意の局部フレーム同期パルスから得るようにしてもよい。

一具体例において、局部クロック発生器３０が基準クロックに同期した後、フレームタイミングデータδｔ_ｆを含むタイミングパケットが１個だけ生成される。局部フレーム同期パルス発生器２３の位相調整は、一回のみ実行される。局部フレーム同期パルス発生器２３は、局部クロック発生器３０が正しく周波数同期されているため、その位相を維持する。なお、局部クロック発生器３０及び局部フレーム同期パルス発生器２３は、通常、基準クロック発生器１０の基準クロック及び基準フレーム同期パルス発生器１１の基準フレーム同期パルスに位相が合っていない。もちろん、他の具体例として、このようなタイミングパケットを繰り返し送信してもよい。

上述のように、これまでの説明では、ネットワーク遅延を０と仮定している。実際には、ネットワークを介した伝送により、ビデオパケットに遅延が生じ、また、この遅延量は、ネットワークパス毎に異なる。したがって、タイミングパケットに生じる遅延量も、ビデオパケットに生じる遅延量と異なる場合もある。このような遅延量の違いを補償するために、遅延回路２５によって、フレーム同期パルスに待ち時間遅延（latency delay）を加えている。待ち時間遅延は、予め定められた固定の遅延であってもよい。また、このような遅延は、例えばｌを２、４又は６として、ｌビデオライン分に相当する遅延としてもよい。他の具体例として、待ち時間遅延Ｄ_ｌａｔを変数とし、この値を、ネットワークコントローラＮＣから送信されてくるメッセージによって定めてもよい。ネットワークコントローラＮＣは、例えば、標準的なネットワークインタフェースカードを備えるパーソナルコンピュータからなり、待ち時間遅延Ｄ_ｌａｔを設定するメッセージを生成する。

図１に示すように、ビデオプロセッサ２２には、ビデオパケットの信号源である２つの送信機２、２０２から２つのビデオ１とビデオ２がビデオストリームとして供給されている。送信機２０２は、宛先となる受信機４に関連して説明したように、基準クロックに同期した局部クロックを有する。

ビデオプロセッサ２２は、インタフェース／デマルチプレクサ１８から２つのビデオストリームが供給される。インタフェース／デマルチプレクサ１８では、後述するように、フレーム同期信号に基づいて、２つのビデオストリームのフレームを揃える。これに代えて、ビデオプロセッサ２２において２つのビデオストリームのフレームを揃えてもよい。

フレームの整列（Frame Alignment）（図１２及び図１３）
図１２に示すように、ネットワークインタフェース１７は、２つのビデオストリームのビデオパケットをインタフェース／デマルチプレクサ１８内のデマルチプレクス回路１８０に供給する。デマルチプレクス回路１８０は、フレームメモリ１８４を備える第１のチャンネルに第１のビデオストリームであるビデオ１のビデオデータを供給し、フレームメモリ１８５を備える第２のチャンネルに第２のビデオストリームであるビデオ２のビデオデータを供給する。ビデオパケットは、例えば図７に示すような構造を有する。ＩＰデータグラムヘッダは、ＵＤＰヘッダ及びＲＴＰヘッダとともに、パケットを供給すべきチャンネルを指定している。デマルチプレクス回路１８０は、ＩＰヘッダとＵＤＰヘッダを読み込み、これらのヘッダを取り除く。

ここで、図７に示すビデオパケットのビデオデータが、図１３に示すビデオデータに対応し、すなわちＲＴＰヘッダとタイプフィールドとを備えているとする。タイプフィールドは、例えばＰＡＬ等のビデオデータの種類及び他の詳細事項を識別するためのフィールドである。ＲＴＰヘッダは、一連のパケットを正しい順序で再構築するために用いられるシーケンス番号と、好ましくは各パケットに関する走査線番号とを含む（非特許文献１参照）。ＲＴＰヘッダにより、ビデオデータは、書込／読出コントローラ１８６の制御の下、パケットのシーケンスからビデオフレームを再生するための正しい順序でフレームメモリ１８４又はフレームメモリ１８５に書き込むことができる。ヘッダデコーダ１８２は、ヘッダをデコードするとともに、ビデオデータからヘッダを分離し、ヘッダが分離されたビデオデータをフレームメモリ１８４、１８５に供給し、及びこれらのフレームメモリ１８４、１８５において適切なアドレスにビデオデータを書き込むために必要な走査線番号等を示すデータを書込／読出コントローラ１８６に供給する。書込／読出コントローラ１８６は、局部フレーム同期パルスに同期して、及び必要であれば更なる遅延時間経過後に、フレームメモリ１８４、１８５からのビデオフレームの読出を開始する。

この具体例では、ヘッダデコーダ１８２とフレームメモリ１８４、１８５は、インタフェース／デマルチプレクサ１８内に組み込まれている。これに代えて、これらをビデオプロセッサ２２内に設けてもよい。

ビデオパケット
第１の実施例では、ビデオパケットは、ネットワーク６を介して、タイミングパケットとは別に伝送される。ビデオパケットは、図７に示すように、タイミングパケットと同じ基本構造を有している。ビデオパケットは、そのパケットがビデオパケットであることを示す情報を含んでいる。この情報は、周知の手法により、１つ以上のヘッダに挿入することができる。

タイミングパケットをビデオパケットとは別に送信することにより、タイミングパケットを報知することができ、これによりネットワーク上の全てのビデオプロセッサの局部クロック周波数を基準クロックに同期させ、及び局部フレーム同期パルスの周波数を、基準フレーム同期パルスの周波数に同期させることができるとともに、ビデオデータをポイントトゥポイント方式で伝送することができる。

ビデオプロセッサ２２（図１）
ビデオプロセッサ２２は、例えばモニタ、編集装置、特殊効果付与装置及び／又はビデオテープレコーダ等を含むいかなるビデオプロセッサであってもよい。

第２の実施例
第２の実施例として、第１の実施例とは異なり、タイムスタンプデータ及びフレームタイミングデータ、並びにビデオデータを共通の（報知用の）アドレスデータを有する１つのパケットに組み込んでもよい。

このようなパケットを図８に示す。このパケットは、図３又は図７を用いて説明したものと同じヘッダを有する。更に、パケットは、このパケットがタイミングパケット及びビデオパケットを結合したパケットであることを示す情報を含む。この情報は、周知の手法により、１つ以上のヘッダに挿入することができる。タイムスタンプデータフィールドは、ビデオデータフィールドの前に設けられ、タイムスタンプデータフィールドのデータ容量は小さく、ビデオデータフィールドのデータ容量は非常に大きい。ビデオシーケンスは、多くのパケットを用いて伝送される。タイミングデータは、全てのパケットではなく、一部のパケットのみに挿入される。タイミングデータは、上述のように、ネットワークの伝送容量に余裕があるとき、短い間隔であるが可変の間隔で結合ビデオパケットに挿入することができる。

図１を用いて説明すると、結合されたビデオ及びタイミングパケットは、ビデオパケットの信号源８において生成されるが、この段階では、タイムスタンプデータフィールド及びフレームタイミングデータフィールドは空である。パケットは、波線で示す接続ラインＥ２を介してタイミングパケット生成器１４に供給される。タイミングパケット生成器１４は、この結合されたパケットが、マルチプレクサ１６の制御によりネットワーク６に送出される際に、タイムスタンプデータフィールドにタイムスタンプを書き込み、及びフレームタイミングデータフィールドにフレームタイミングデータを書き込む。

第３の実施例
図９に示すように、フレームタイミングデータは、パケットに挿入することができ、このパケットは、順にイーサネットフレームヘッダと、ＩＰデータグラムヘッダと、ＵＤＰヘッダと、期間δｔ_ｆのカウント値であるフレームタイミングデータと、ＣＲＣとのみからなる。この場合、上述した基準カウント値であるタイムスタンプデータは、イーサネットフレームヘッダと、これに続いてＩＰデータグラムヘッダと、ＵＤＰヘッダと、タイムスタンプデータと、ＣＲＣとを含む別のパケット（図示せず）によって送信される。

変形例
上述の実施例では、局部フレーム同期パルス発生器２３を制御するために用いられるカウント値δｔ_ｆに関する１つの測定値を含むタイミングパケットが生成される。

変形例では、図１１に示すように、カウント値δｔ_ｆに関する複数の測定値の平均値を用いて局部フレーム同期パルス発生器２３を制御する。第２のカウンタ１３は、上述のようにパケット送信時における期間δｔ_ｆの第１のカウント値を生成する。この他の１以上の更なる期間δｔ_ｆのカウント値を、後続するパケット送信時に測定する。この変形例では、図１に示す差分回路１９は、図１１のフローチャートに示すような処理を実行するプロセッサを備える。

すなわち、ステップＳ１において、累積値を０に設定し、及び期間δｔ_ｆの数をカウントするカウンタの値を０に設定する。ステップＳ３において、期間δｔ_ｆの第１のカウント値を受け取り、ステップＳ５において、カウンタの値を１増加する。ステップＳ７において、累算器の内容にδｔ_ｆを加算する。ステップＳ９において、カウンタの値が閾値数ｎに達したかを判定する。カウンタの値が閾値数ｎに達していない場合、処理はステップＳ３に戻り、次の期間δｔ_ｆが受け取られ、ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９が同様に実行される。この処理は、カウンタの値が閾値数ｎになるまで、繰り返される。カウンタの値が閾値数ｎになると、ステップＳ１１において、期間δｔ_ｆの平均値を算出する。

図１に示す送信機２は、基準クロック発生器１０と、基準フレーム同期パルス発生器１１と、ビデオパケットの信号源８とを備える。他の具体例では、送信機は、ビデオ信号の信号源を含んでいなくてもよい。すなわち、基準クロック及び基準フレーム同期パルスは、いかなるデータ信号源からも独立して動作する。そして、データ信号源は、ローカルの直接接続を介して、又はここに説明したように基準クロックに周波数同期する局部クロックと、基準フレーム同期パルスに同期する局部フレーム同期パルスとを必要とする。

上述の説明では、イーサネットネットワークに関連する具体例を示したが、本発明は、いかなる種類の非同期交換網にも同様に適用することができる。ネットワーク６は、有線ネットワークであっても無線ネットワークであってもよく、これらを組み合わせたネットワークであってもよい。

様々なビデオクロック
上述したシステムにおいて、２つ以上のビデオクロックを用いてもよい。タイミングパケットがビデオデータから独立して報知される具体例では、受信機は、特別なクロック信号に関連したこれらのタイミングパケットを選択する。タイミング情報がビデオパケットに組み込まれる具体例では、受信機は、受信機が受信しているビデオデータの供給に関連して、タイミング情報を揃えることができる。

送信機２と受信機４は、ハードウェアとして実現してもよい。これに代えて、送信機２と受信機４は、適切なデータプロセッサにおいて実行されるソフトウェアとして実現してもよく、或いはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現してもよい。好ましい実現例として、プログラマブルゲートアレーを用いてもよい。本発明の範囲には、適切なデータプロセッサにおいて実行されて、上述した本発明の少なくとも幾つかの側面を実現するコンピュータプログラムも含まれる。このようなコンピュータプログラムは、（例えば）光ディスク等の記録媒体によって提供してもよく、ネットワーク又はインターネット接続等の伝送媒体を介して提供してもよい。

図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はこれらの詳細な実施例に限定されるものではなく、当業者は、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲及び思想から逸脱することなく、ここに説明した実施例を様々に変形及び変更することができる。

ビデオ信号及び関連するクロックデータ、並びにフレームタイミングデータを送信する送信機と、対応する受信機とが接続された本発明に基づく非同期交換網の構成例を示すブロック図である。図１に示すネットワークにおける処理をクロックタイミングパケットに関連して示す図である。フレームタイミングパケットの構成例を示す図である。図１に示す受信機において用いられる周波数同期ループ（ＦＬＬ）回路の構成を示すブロック図である。図４に示すＦＬＬにおいて用いられるクロック差分回路の構成例を示すブロック図である。図４に示すＦＬＬにおいて用いられる累算器の構成例を示す図である。ビデオパケットの構成例を示す図である。フレームタイミング及びビデオパケットの構成例を示す図である。本発明に基づくフレームタイミングパケットの他の構成例を示す図である。図１に示すネットワークにおける処理をフレームタイミングパケットに関連して示す図である。図１に示す差分回路の動作モードを説明するフローチャートである。図１に示すビデオプロセッサの構成例を示すブロック図である。ビデオパケットにおけるビデオデータのフォーマットを示す図である。

Claims

非同期パケット交換網と通信を行う局部ビデオデータプロセッサの局部画像同期信号生成器の位相を、該非同期パケット交換網に接続された基準ビデオデータプロセッサの基準画像同期信号生成器の位相に同期させる同期方法であって、上記局部ビデオデータプロセッサ及び基準ビデオデータプロセッサはそれぞれ局部クロック及び基準クロックを有し、上記基準画像同期信号生成器及び局部画像同期信号生成器は、それぞれ上記基準クロック及び局部クロックに同期した周期的な基準画像同期信号及び局部画像同期信号を生成し、
当該同期方法は、
（１）上記局部クロックと基準クロックとを周波数同期させるステップと、
（２）上記基準ビデオデータプロセッサによって、上記非同期パケット交換網を介して、上記局部ビデオデータプロセッサに、上記基準クロックに基づいて、画像タイミングパケットが上記非同期パケット交換網に送出された時刻と、上記基準画像同期信号の生成の時刻との間で測定されたタイミングの差を示す基準画像同期データを提供する上記画像タイミングパケットを送信するステップと、
（３）上記局部ビデオデータプロセッサによって、上記基準画像同期データ及び上記画像タイミングパケットの到着の時刻に基づいて上記局部画像同期信号の生成のタイミングを制御するステップとを有する同期方法。
上記局部画像同期信号の生成のタイミングを制御するステップは、
（１）上記基準画像同期データと、
（２）上記局部クロックと上記局部画像同期信号とに基づいて測定された上記画像タイミングパケットの到着の時刻と
の間の差から導出された補正量によって、上記局部画像同期信号の生成の時刻を調整するステップを有することを特徴とする請求項１記載の同期方法。
（１）上記基準ビデオデータプロセッサから上記局部ビデオデータプロセッサに複数の上記画像タイミングパケットを送信するステップと、
（２）上記局部ビデオデータプロセッサによって、
（３）上記画像タイミングパケット内の基準画像同期データと、上記局部ビデオデータプロセッサにおける上記画像タイミングパケットのそれぞれの到着時刻と
の間の差の関数に基づいて上記局部画像同期信号の生成のタイミングを制御するステップとを有することを特徴とする請求項２記載の同期方法。
上記関数は、上記差の平均であることを特徴とする請求項３記載の同期方法。
上記局部画像同期信号に遅延を加算するステップを有する請求項１記載の同期方法。
上記遅延は、所定の長さの遅延であることを特徴とする請求項５記載の同期方法。
上記基準ビデオデータプロセッサは、上記基準クロックに同期して生成されるビデオデータの信号源を備え、当該同期方法は、
（１）上記基準ビデオデータプロセッサによって、上記非同期パケット交換網を介して、上記局部ビデオデータプロセッサに、上記ビデオデータを含むデータパケットを送信し、及び上記画像タイミングパケットを該データパケットとは別個に送信するステップを有することを特徴とする請求項１記載の同期方法。
上記基準ビデオデータプロセッサは、上記基準クロックに同期して生成されるビデオデータの信号源を備え、当該同期方法は、
（１）上記基準ビデオデータプロセッサによって、上記非同期パケット交換網を介して、上記局部ビデオデータプロセッサに、上記ビデオデータを含むとともに、上記基準画像同期データを提供する上記画像タイミングパケットを送信するステップを有することを特徴とする請求項１記載の同期方法。
（１）上記基準ビデオデータプロセッサにより、上記非同期パケット交換網が上記画像タイミングパケットを伝送する容量を有するときを検出するステップと、
（２）上記非同期パケット交換網が上記容量を有するときに、上記基準ビデオデータプロセッサによって上記画像タイミングパケットを送信するステップとを有する請求項１記載の同期方法。
上記局部クロックと基準クロックとを周波数同期させるステップは、
（１）上記基準ビデオデータプロセッサによって、上記非同期パケット交換網を介して、上記局部ビデオデータプロセッサに、上記局部ビデオデータプロセッサの宛先アドレスを提供するクロックタイミングパケットと、該クロックタイミングパケットが送信された時刻を示す基準クロックデータとを送信するステップと、
（２）上記局部ビデオデータプロセッサによって、上記基準クロックデータと、上記クロックタイミングパケットの到着の時刻とに基づいて、上記局部クロックの周波数を制御するステップとを有する請求項１記載の同期方法。
（１）上記基準ビデオデータプロセッサによって、上記基準クロックの周期をカウントするステップと、
（２）上記基準ビデオデータプロセッサによって、上記基準クロックデータを含む上記クロックタイミングパケットが上記非同期パケット交換網に送出された時刻に基づいて、上記基準クロックデータを上記基準クロックの周期のカウント値として設定するステップとを有する請求項１０記載の同期方法。
（１）上記局部ビデオデータプロセッサによって、上記局部クロックの周期をカウントするステップと、
（２）上記局部ビデオデータプロセッサによって、上記基準クロックデータを含むクロックタイミングパケットを受信した時刻において、上記局部クロックの周期をカウントして求めたカウント値として、局部クロックデータを生成するステップと、
（３）上記局部ビデオデータプロセッサによって、連続して受信されたクロックタイミングパケットにおける上記基準クロックデータの差分と、上記クロックタイミングパケットの受信の時刻における上記局部クロックを示す局部クロックデータの差分とに基づく誤差信号に基づいて、上記局部クロックを制御するステップとを有する請求項１１記載の同期方法。
上記誤差信号を低域通過して、低域通過された誤差信号を生成するステップを有する請求項１２記載の同期方法。
（１）上記局部ビデオデータプロセッサにより、上記低域通過された誤差信号を累積するステップと、
（２）上記局部ビデオデータプロセッサにより、上記累積誤差信号に基づいて、上記局部クロックを制御するステップとを有する請求項１３記載の同期方法。
上記基準画像同期データを含む上記クロックタイミングパケットは、上記クロックタイミングパケットから独立していることを特徴とする請求項１０記載の同期方法。
上記基準画像同期データを含む上記クロックタイミングパケットは、上記基準クロックデータをも含むことを特徴とする請求項１０記載の同期方法。
上記局部ビデオデータプロセッサによって、ビデオ信号の画像を上記局部画像同期信号に揃えるステップを有する請求項１記載の同期方法。
上記基準画像同期信号及び局部画像同期信号は、フィールド同期信号又はフレーム同期信号であることを特徴とする請求項１記載の同期方法。
上記基準画像同期データは、上記基準クロックに関して、上記画像タイミングパケットが上記非同期パケット交換網に送出された時刻と、直前の上記基準画像同期信号の再生の時刻とのタイミング差を示すことを特徴とする請求項１記載の同期方法。
少なくとも２つの基準画像同期信号に関する情報を格納する画像タイミングパケットを上記非同期パケット交換網に送出するステップを有する請求項１記載の同期方法。
請求項１記載の同期方法を実行するプログラム。
請求項２１記載のプログラムを記録した記録媒体。
（１）基準クロックを発生する基準クロック発生器と、該基準クロックに同期した周期的な基準画像同期信号を生成する基準画像同期信号生成器とを備える基準ビデオデータプロセッサと、
（２）上記基準クロックに周波数ロックされた局部クロックを発生する局部クロック発生器と、該局部クロックに同期した周期的な局部画像同期信号を生成する局部画像同期信号生成器とを備える局部ビデオデータプロセッサと、
（３）上記局部ビデオデータプロセッサと基準ビデオデータプロセッサとを非同期パケット交換方式で接続するネットワークリンクとを備え、
（４）上記基準ビデオデータプロセッサは、上記非同期パケット交換網を介して、上記局部ビデオデータプロセッサに、上記基準クロックに基づいて、画像タイミングパケットが上記非同期パケット交換網に送出された時刻と、上記基準画像同期信号の生成の時刻との間で測定されたタイミングの差を示す基準画像同期データを提供する上記画像タイミングパケットを送信する画像タイミングパケット送信手段を備え、
（５）上記局部ビデオデータプロセッサは、上記基準画像同期データ及び上記画像タイミングパケットの到着の時刻に基づいて上記局部画像同期信号の生成のタイミングを制御する制御手段を備えるビデオネットワーク。
基準クロックを発生する基準クロック発生器と、該基準クロックに同期した周期的な基準画像同期信号を生成する基準画像同期信号生成器と、上記基準クロックに基づいて、画像タイミングパケットが上記非同期パケット交換網に送出された時刻と、上記基準画像同期信号の生成の時刻との間で測定されたタイミングの差を示す基準画像同期データを提供する上記画像タイミングパケットを送信する画像タイミングパケット送信手段とを備える基準ビデオデータプロセッサに非同期パケット交換網を介して接続され、上記基準クロックに周波数ロックされた局部クロックを発生する局部クロック発生器と、該局部クロックに同期した周期的な局部画像同期信号を生成する局部画像同期信号生成器とを備える局部ビデオデータプロセッサであって、
（１）上記基準画像同期データ及び上記画像タイミングパケットの到着の時刻に基づいて上記局部画像同期信号の生成のタイミングを制御する制御手段を備える局部ビデオデータプロセッサ。
基準クロックを発生する基準クロック発生器と、該基準クロックに同期した周期的な基準画像同期信号を生成する基準画像同期信号生成器とを備え、非同期パケット交換網を介して、上記基準クロックに周波数ロックされた局部クロックを生成する局部クロック発生器と、該局部クロックに同期した周期的な局部画像同期信号を生成する局部画像同期信号生成器とを備える局部ビデオデータプロセッサに接続される基準ビデオデータプロセッサであって、
（１）上記非同期パケット交換網を介して、上記局部ビデオデータプロセッサに、上記基準クロックに基づいて、画像タイミングパケットが上記非同期パケット交換網に送出された時刻と、上記基準画像同期信号の生成の時刻との間で測定されたタイミングの差を示す基準画像同期データを提供する上記画像タイミングパケットを送信する画像タイミングパケット送信手段を備える基準ビデオデータプロセッサ。
複数のノードを備え、少なくとも１つのノードが請求項２４記載の局部ビデオデータプロセッサに接続され、少なくとも１つの他のノードが請求項２５記載の基準ビデオデータプロセッサに接続されている非同期パケット交換網。