JP4698107B2 - 改良型ベイズ・カルマン時間推定装置及び方法 - Google Patents
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- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推定タイムスタンプ
【外１７】
を計算する装置であって、当該装置は、出力と、
【数２０】
【数２１】
（
【外１８】
は、時間とパケット番号との線形関係に対する小量の外乱成分）
なる線形形式を有するデータパケット番号ｔの実時間Ｙｔを受信する入力とが設けられた処理手段を有し、
【０００２】
前記処理手段は、
【０００３】
・当該データパケット番号ｔの実時間を
【数２２】
（
【外１９】
は観測誤差）
として観測し、
・その出力において
【数２３】
なる式により当該推定タイムスタンプを生成する、
装置に関する。
【０００４】
本発明はまた、請求項５の前文に記載される方法に関する。
【０００５】
【従来の技術】
このような装置及び方法は、West, M. 及び J.Harrison による「ベイズの予測及びダイナミックモデル（"Bayesian forecasting and dynamic models"）」（特に、１９９８年の Springer，第７．３項）から知られている。これに記述されているのは、ベイズ・カルマン（Bayesian Kalman）モデルである。かかるモデルは、入力データパケット番号ｔの実時間Ｙｔに基づいてタイムスタンプ
【外２０】
を予測するダイナミックリニアモデルである。この技術は、特にＭＰＥＧ（Moving Picture Encoded Group）トランスポートストリームにおいて多重化、再多重化及び多重分離するために例えばビデオ信号を分配させ合成するのに用いられるディジタルビデオ通信システム（Digital Videocommunication Systems）に適用される。例えばＭＰＥＧストリームでは、時間とパケット番号との関係は線形性があるのが通常である。実際、これらストリームの仕様は、線形性からの偏倚は僅かしか許容しておらず、これにより当該線形関係の係数は時間的に大変緩慢なものとなる。データパケット番号ｔの実時間Ｙｔは、次の線形形式で表すことができる。
【数２４】
【数２５】
ここで
【外２１】
は、時間とパケット番号との線形関係に対する小量程度のずれであり、パケットｔ−１の近くまで持続するものである。データパケット番号ｔの実時間は、
【数２６】
として観測される。ここで
【外２２】
は観測誤差である。
【外２３】
及び
【外２４】
は、当該モデルの標準の理論的設計において正規分布を呈する確率変数である。ここで、
【外２５】
についての従来の知識に基づけば、ｏtを観測した後に
【外２６】
の事後分布を導くように明確なベイズの解析を行うことができる。これにより、パケットｔの観測時間（ｏ１，…，ｏｔ）が与えられる実時間Ｙｔの推定値として
【外２７】
を明らかにするための手段としての既知のベイズ・カルマンフィルタが導かれる。West 及び Harringtons は第７．３項においてその全部の正式な導出を提示している。ＢＫと称すべきベイズ・カルマンの２つの推定値が提案されている。通常のＢＫは、
【数２７】
により定義されるトラッキング（追従）エラーｍ（ｔ）に対して最適なものである一方で、平滑化されたＢＫ推定値は、
【数２８】
により定義される平滑性に対して最適なものとなる。
【０００６】
かかる標準的なベイズ・カルマン装置及び方法の欠点は、トラッキング又は平滑化のいずれかの制約が条件を満たすだけである、という点である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記トラッキングの制約と上記平滑化の制約との双方に同時に従うことのできる、改善されたベイズ・カルマン装置及び方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために本発明による装置は、前記処理手段による計算は、
【外２８】
の値が、
【外２９】
の
【数２９】
による超過に依存するように行われることを特徴としている。
【０００９】
本発明によるこの装置の利点は、
【外３０】
の値が観測される実時間ｏｔと推定タイムスタンプ
【外３１】
との差を条件とされる点である。トラッキングが問題となった場合、
【外３２】
の最大値（これは
【外３３】
である）
がその差だけ超過され、もって
【外３４】
が、トラッキングがもはや問題とならないよう差の値を持つように選ぶことができる。かくして、得られる結果の値は、タイムスタンプの列となり、かかる列は、平滑性があり正確なものとなり、データ、サンプル及び／又はパケットにおける観測されるタイムスタンプが極めて雑音性の高いものとなり得、又はジッタを持つものとなるＳＷ−ＭＵＸ（SoftWare encoding and MUltipleXing), ＴｏｋｅｎＭｕｘ又はＤＴＳ（Decode Time Stamp）環境において特に（但し排他的ではなく）重要となる。
【００１０】
タイムスタンプは、プログラムエンコーダやスプライサ等のような、プログラム構成要素を計時、マルチプレックス、デマルチプレックス又はリマルチプレックスするデバイスや装置において非常に重要であるので、改良されたタイミング精度によって、ビデオ画像品質及び同期能力も改善される。また、これにより、ＭＰＥＧ−２トランスポートストリームによる如きトランスポートストリーム機器における当該取得時間が短縮することになる。
【００１１】
本発明による他の実施例は、前記処理手段による当該計算は、
【数３０】
の場合
【外３４】
は
【外３５】
に等しく、そうでない場合は、
【外３６】
は
【数３１】
【数３２】
【数３３】
(ｒは
【外３７】
とＹｔとの間の前の、すなわちｏｔを観測する前の相関）
として行われ、
【数３４】
である、
ことを特徴としている。
【００１２】
問題に対処する場合に有利なのは、
【外３９】
の値が当該仕様により許容される最大レートで更新され、これにより、このブーストされた推定値がカルマンの帰納法的関係において
【外４０】
の平滑ベイズ・カルマン推定値へ置き代わることである。このように工夫されたフィルタは、
【数３５】
を設定することにより達成されうる特別なケースとしての既知のベイズ・カルマンフィルタ装置を相当に拡張することとなる。本発明による装置は、３つの自由度がある。すなわち、大抵は当該ノイズの大きさの上限である。
【外４１】
と、許容される最大非線形性の上限である。
【外４２】
と、統計的なノイズ分布の分散量である。
【外４３】
すなわち
【外４４】
である。
【００１３】
本発明による装置の一実施例は、前記処理手段は、プログラム可能な処理手段であり、前記計算を行うようプログラムされている、ことを特徴としている。本発明によるこの装置には、必須のハードウェアは不要であり、当該改良型ＢＫフィルタがソフトウェアで実施可能なＰＣの如き普通のコンピュータによりその計算を実行することができる、という利点がある。
【００１４】
簡単かつ汎用性のあるプログラミングは、本発明によるさらに別の実施例の装置において実現される。かかる装置は、当該計算がＣプログラム言語でプログラムされることを特徴としている。
【００１５】
同様に、本発明による方法は、請求項５に記述されている特徴を有しており、その利点は上に詳述した通りである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による装置及び方法を、それらの付加的利点と共に添付の図を参照しつつさらに明確に説明する。図は、本発明による装置の簡略化された実施例を示している。
【００１７】
この図は、１つ以上の入力部２−１，…，２−ｎと出力部３とを有するシステム又は装置１を示している。入力部２は、装置１に含まれるマイクロプロセッサのようなプロセッサ４によってその入力信号から時間情報を抽出する処理に設定されるビデオ信号、特にＭＰＥＧ系ビデオ信号のような時間信号を伝搬することができる。かかる信号における時間情報は、データパケット番号ｔに係るＹｔと表現される時間的に実際の瞬間を表わす。その連続する実際の時間は、次のような線形性の形式を有する。
【数３６】
【数３７】
（
【外４４】
は、時間とパケット番号との線形関係に対する小量の外乱成分）プロセッサ４は、データパケット番号ｔの実時間を
【数３８】
として観測する。ここで
【外４５】
は観測誤差である。最後に、装置１は、マルチプレクサとして機能する場合に次の式による推定タイムスタンプを含めて１つの出力信号を発生する。
【数３９】
これらの推定タイムスタンプは、全ての時において正確かつ平滑になっていなければならない。一般には、次の式による推定値
【外４６】
に基づく２つの主要な制約条件がある。トラッキングの制約条件として
【数４０】
であり、平滑性の制約条件として
【数４１】
である。
【００１８】
式（１）は、実際の時間と推定時間との差がｍ（ｔ）を超えるべきではないことを表わしており、式（２）は、連続する推定時間の一次導関数がｍ（ｓ）を超えるべきではないことを表わしている。両方の要件に従うことができるものとするため、
【外４７】
の
【数４２】
による超過に依存したものとされるように推定タイムスタンプを計算することが提案される。これにより、上述したトラッキング制約条件に合う付加的な汎用性が提供される。特に、当該処理手段による計算は、次のように行われる。
【数４３】
の場合
【外４８】
は
【外４９】
に等しく、そうでない場合は、
【外５０】
は
【数４４】
【数４５】
【数４６】
(ｒは
【外５１】
とＹｔとの間の前の（すなわちｏｔの観測前の）相関性）
として行われ、
【数４７】
とされる。
【００１９】
これにより、トラッキングの問題がない場合には既知のベイズ・カルマンモデルに従うので、平滑の制約条件との適合性がとられる。これは、West, M. 及びJ. Harrison による“Bayesian forecasting and dynamic models”の特に第７．３項，Springer, １９９８に記述されている。かかる文献は、ここではこれを参照することにより組み込まれる。相関ｒ及び変数varの数式におけるスカラーマトリクス量の変化は、上記記事に記載されているような既知のベイズ・カルマンモデルから得ることができる。それらは、これらの量の極めて速い計算を考慮に入れている。
【００２０】
上記処理手段は、装置１に含まれるメモリ５に記憶されるプログラマブル処理手段としてもよいし、そうするのが一般的である。かかる手段は、上記の計算を行うようプログラムされる。したがって、ハードウェアモジュールはもう要らなくなる。計算（手法）は、いずれのプログラム言語でもプログラム可能であるが、その広範な許容性ゆえにＣプログラム言語が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置の簡略化された実施例を示す図。
【符号の説明】
１ …装置
２−１，２−２，…，２−ｎ …入力部
３ …出力部
４ …プロセッサ
５ …メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、推定タイムスタンプ
【外１７】
【数２０】
【外１８】
なる線形形式を有するデータパケット番号ｔの実時間Ｙｔを受信する入力とが設けられた処理手段を有し、
【０００２】
前記処理手段は、
【０００３】
・当該データパケット番号ｔの実時間を
【数２２】
【外１９】
として観測し、
・その出力において
【数２３】
装置に関する。
【０００４】
本発明はまた、請求項５の前文に記載される方法に関する。
【０００５】
【従来の技術】
このような装置及び方法は、West, M. 及び J.Harrison による「ベイズの予測及びダイナミックモデル（"Bayesian forecasting and dynamic models"）」（特に、１９９８年の Springer，第７．３項）から知られている。これに記述されているのは、ベイズ・カルマン（Bayesian Kalman）モデルである。かかるモデルは、入力データパケット番号ｔの実時間Ｙｔに基づいてタイムスタンプ
【外２０】
【数２４】
【外２１】
【数２６】
【外２２】
【外２３】
【外２４】
【外２５】
【外２６】
【外２７】
【数２７】
【数２８】
【０００６】
かかる標準的なベイズ・カルマン装置及び方法の欠点は、トラッキング又は平滑化のいずれかの制約が条件を満たすだけである、という点である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記トラッキングの制約と上記平滑化の制約との双方に同時に従うことのできる、改善されたベイズ・カルマン装置及び方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために本発明による装置は、前記処理手段による計算は、
【外２８】
【外２９】
【数２９】
【０００９】
本発明によるこの装置の利点は、
【外３０】
【外３１】
【外３２】
【外３３】
がその差だけ超過され、もって
【外３４】
【００１０】
タイムスタンプは、プログラムエンコーダやスプライサ等のような、プログラム構成要素を計時、マルチプレックス、デマルチプレックス又はリマルチプレックスするデバイスや装置において非常に重要であるので、改良されたタイミング精度によって、ビデオ画像品質及び同期能力も改善される。また、これにより、ＭＰＥＧ−２トランスポートストリームによる如きトランスポートストリーム機器における当該取得時間が短縮することになる。
【００１１】
本発明による他の実施例は、前記処理手段による当該計算は、
【数３０】
【外３４】
【外３５】
【外３６】
【数３１】
【外３７】
として行われ、
【数３４】
ことを特徴としている。
【００１２】
問題に対処する場合に有利なのは、
【外３９】
【外４０】
【数３５】
【外４１】
【外４２】
【外４３】
【外４４】
【００１３】
本発明による装置の一実施例は、前記処理手段は、プログラム可能な処理手段であり、前記計算を行うようプログラムされている、ことを特徴としている。本発明によるこの装置には、必須のハードウェアは不要であり、当該改良型ＢＫフィルタがソフトウェアで実施可能なＰＣの如き普通のコンピュータによりその計算を実行することができる、という利点がある。
【００１４】
簡単かつ汎用性のあるプログラミングは、本発明によるさらに別の実施例の装置において実現される。かかる装置は、当該計算がＣプログラム言語でプログラムされることを特徴としている。
【００１５】
同様に、本発明による方法は、請求項５に記述されている特徴を有しており、その利点は上に詳述した通りである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による装置及び方法を、それらの付加的利点と共に添付の図を参照しつつさらに明確に説明する。図は、本発明による装置の簡略化された実施例を示している。
【００１７】
この図は、１つ以上の入力部２−１，…，２−ｎと出力部３とを有するシステム又は装置１を示している。入力部２は、装置１に含まれるマイクロプロセッサのようなプロセッサ４によってその入力信号から時間情報を抽出する処理に設定されるビデオ信号、特にＭＰＥＧ系ビデオ信号のような時間信号を伝搬することができる。かかる信号における時間情報は、データパケット番号ｔに係るＹｔと表現される時間的に実際の瞬間を表わす。その連続する実際の時間は、次のような線形性の形式を有する。
【数３６】
【外４４】
【数３８】
【外４５】
【数３９】
【外４６】
【数４０】
【数４１】
【００１８】
式（１）は、実際の時間と推定時間との差がｍ（ｔ）を超えるべきではないことを表わしており、式（２）は、連続する推定時間の一次導関数がｍ（ｓ）を超えるべきではないことを表わしている。両方の要件に従うことができるものとするため、
【外４７】
【数４２】
【数４３】
【外４８】
【外４９】
【外５０】
【数４４】
【外５１】
として行われ、
【数４７】
【００１９】
これにより、トラッキングの問題がない場合には既知のベイズ・カルマンモデルに従うので、平滑の制約条件との適合性がとられる。これは、West, M. 及びJ. Harrison による“Bayesian forecasting and dynamic models”の特に第７．３項，Springer, １９９８に記述されている。かかる文献は、ここではこれを参照することにより組み込まれる。相関ｒ及び変数varの数式におけるスカラーマトリクス量の変化は、上記記事に記載されているような既知のベイズ・カルマンモデルから得ることができる。それらは、これらの量の極めて速い計算を考慮に入れている。
【００２０】
上記処理手段は、装置１に含まれるメモリ５に記憶されるプログラマブル処理手段としてもよいし、そうするのが一般的である。かかる手段は、上記の計算を行うようプログラムされる。したがって、ハードウェアモジュールはもう要らなくなる。計算（手法）は、いずれのプログラム言語でもプログラム可能であるが、その広範な許容性ゆえにＣプログラム言語が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置の簡略化された実施例を示す図。
【符号の説明】
１ …装置
２−１，２−２，…，２−ｎ …入力部
３ …出力部
４ …プロセッサ
５ …メモリ
Claims (5)
- 推定タイムスタンプ
【外１】
を計算することにより時間信号を処理する装置であって、当該装置は、出力と、前記時間信号を受信し
【外２】
は、時間とパケット番号との線形関係に対する小量の外乱成分）
なる線形形式を有するデータパケット番号ｔの実時間Ｙｔを表す時間情報を前記時間信号から抽出するための入力とが設けられた処理手段を有し、
前記処理手段は、
・当該データパケット番号ｔの実時間を
【外３】
は観測誤差）
として観測し、
・その出力において
ように構成され、
前記処理手段による計算は、
【外４】
の値が、当該観測された実時間ｏ ｔ と当該推定タイムスタンプとの差の分の当該観測誤差の最大値の超過に依存するように行われる、
装置。 - 請求項１に記載の装置であって、前記処理手段による当該計算は、
【外６】
は
【外７】
に等しく、そうでない場合は、
【外８】
は
【外９】
とＹｔとの間の前の相関）
として行われ、
装置。 - 請求項１又は２に記載の装置であって、前記処理手段は、プログラム可能な処理手段であり、前記計算を行うようプログラムされている、装置。
- 請求項３に記載の装置であって、前記計算は、Ｃプログラム言語によりプログラムされている、装置。
- 推定タイムスタンプ
【外１０】
を計算することにより時間信号を処理し、前記時間信号を受信することと、データパケット番号ｔの実時間Ｙｔが
【外１１】
は時間とパケット番号との線形関係に対する小程度の外乱成分）
なる線形形式を有するところの実時関Ｙ ｔ を表す時関情報を前記時関信号から抽出することと、を有し、データパケット番号ｔの実時間は、
【外１２】
は観測誤差であり、当該推定タイムスタンプは、
として生成される、
方法であって、
当該処理は、
【外１３】
は
【外１４】
に等しく、そうでない場合は、
【外１５】
は
【外１６】
とＹｔとの間の前の相関）
として行われ、
方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99203990.9 | 1999-11-26 | ||
| EP99203990 | 1999-11-26 | ||
| PCT/EP2000/010965 WO2001039504A1 (en) | 1999-11-26 | 2000-11-06 | Device and method for advanced bayesian kalman time estimation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003515988A JP2003515988A (ja) | 2003-05-07 |
| JP4698107B2 true JP4698107B2 (ja) | 2011-06-08 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001540527A Expired - Fee Related JP4698107B2 (ja) | 1999-11-26 | 2000-11-06 | 改良型ベイズ・カルマン時間推定装置及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6563871B1 (ja) |
| EP (1) | EP1155572A1 (ja) |
| JP (1) | JP4698107B2 (ja) |
| WO (1) | WO2001039504A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7185195B2 (en) * | 2003-12-14 | 2007-02-27 | Realnetworks, Inc. | Certificate based digital rights management |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3363283B2 (ja) * | 1995-03-23 | 2003-01-08 | 株式会社日立製作所 | 入力装置、入力方法、情報処理システムおよび入力情報の管理方法 |
| US5778387A (en) * | 1995-05-19 | 1998-07-07 | Sprint Communications Co., L.P. | Database automated recovery system |
| US5790543A (en) * | 1995-09-25 | 1998-08-04 | Bell Atlantic Network Services, Inc. | Apparatus and method for correcting jitter in data packets |
| SE9504316D0 (sv) * | 1995-12-01 | 1995-12-01 | Nokia Satellite Systems Ab | Sätt och system vid dataöverföring |
| US5828414A (en) * | 1996-02-23 | 1998-10-27 | Divicom, Inc. | Reduction of timing jitter in audio-video transport streams |
| JP3556380B2 (ja) * | 1996-03-13 | 2004-08-18 | 株式会社東芝 | 動画像符号タイミング推定方法、動画像復号化装置およびｍｐｅｇシステム多重化装置 |
| US5883924A (en) * | 1996-04-12 | 1999-03-16 | Hewlett Packard Company | Method and apparatus for PCR jitter measurement in an MPEG-2 transport stream using sliding window |
| US5774497A (en) * | 1996-04-12 | 1998-06-30 | Hewlett-Packard Co | Method and apparatus for PCR jitter measurement in an MPEG-2 transport stream |
| EP1053619B1 (en) * | 1998-12-02 | 2007-08-22 | Nxp B.V. | System and method for generating a real-time signal |
-
2000
- 2000-11-06 EP EP00976008A patent/EP1155572A1/en not_active Withdrawn
- 2000-11-06 WO PCT/EP2000/010965 patent/WO2001039504A1/en active Application Filing
- 2000-11-06 JP JP2001540527A patent/JP4698107B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-16 US US09/713,876 patent/US6563871B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003515988A (ja) | 2003-05-07 |
| US6563871B1 (en) | 2003-05-13 |
| EP1155572A1 (en) | 2001-11-21 |
| WO2001039504A1 (en) | 2001-05-31 |
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