JP4758808B2 - 多重化装置、多重化方法および多重化プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、パケット単位で構成された複数のデータストリームを多重する多重化装置、多重化方法および多重化プログラムに関する。
一般に、パケット単位で構成されたデジタルデータが、連続しているデータストリームを、複数チャネル用意し、時分割に多重して多重化ストリームを生成し伝送するシステムが知られている。このようなシステムは、例えば、衛星放送やケーブルテレビのデジタル放送において、複数の独立したＭＰＥＧ−２ ＴＳ（トランスポートストリーム）の伝送に採用されている。ＭＰＥＧ−２ ＴＳを形成するＴＳパケット列には、映像情報、音声情報、テキスト値、制御情報等を伝送するパケット（以下、実ＴＳパケットと呼ぶ）のほかに、主に映像情報や音声情報の符号化を行った際の情報量の時間的な変動に対して、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングであるＮＵＬＬパケット（ヌルパケット）が存在する。
ＮＵＬＬパケットの数は、ＭＰＥＧエンコーダの動作仕様、あるいは伝送している映像情報、音声情報の圧縮率等の要因によって、長期的あるいは短期的に変動することがある（バースト性を有している）。各データストリームに含まれる特定のデータパケット（例えばＮＵＬＬパケット）がバースト性を有していると、多重化処理により生成された多重化ストリームのデータパケット量の時間変動が大きくなる。この時間変動が小さければ、その分だけ多重化ストリームに空き帯域が生じて伝送効率を高めることが可能であると考えられる。そのため、多重化処理の際に、所定の多重時間（フレームなど）に含まれる特定のデータパケットの割合の変動を抑制することが要望されている。
従来、例えば、特定のデータパケットをフレーム化して時分割多重する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された方法は、多重されるＴＳパケットの送出タイミングを分散させるものである。この方法は、多重される各ＴＳパケットの種類に応じてバッファからの送出間隔を予め取り決めることが可能な場合や、多重する各ＴＳパケットのバースト性を予め取り決めることが可能な場合に適用できる。
また、フレームに含まれるＴＳパケットの個数を増加させることにより、特定のＴＳパケットをフレーム化して時分割多重する方法もある。例えば、フレーム毎に含まれるＮＵＬＬパケットの個数の変動に比べて、より多くのＴＳパケットを追加させれば、フレームに含まれるＮＵＬＬパケットの割合が相対的に小さくなる。つまり、フレームにおけるＮＵＬＬパケットのバースト性が抑制されることとなる。
また、例えば、フレームに含まれるＴＳパケットのうちのＮＵＬＬパケットの割合が一定となるように、各データストリームに含まれるパケット（ＰＣＲパケット）の間隔を予め調整した上で、ＴＳパケットの並べ替えを行うことにより、特定のＴＳパケットをフレーム化して時分割多重する方法もある。なお、ＰＣＲ（Program Clock Reference）パケットは、受信側で基準となるクロック情報を伝送するためのパケットである。
特開２００１−１９７１０８号公報（００１３−００１８、図１）
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、各トランスポートストリーム内の対象とするＴＳパケットの送出間隔が不明な場合や、各ＴＳパケットのバースト性が不明な場合には適用できない。また、この方法では、多重される各データストリームの独立性を保つための情報を伝送しないので、複数の独立したデータストリームを多重して生成された多重化データストリームを受信した装置は、各データストリームを区別することができない。
また、フレームに含まれるＴＳパケットの個数を増加させる方法では、フレーム長が長くなるので、フレーム同期を確立するまでに要する時間が相対的に増加してしまうという問題がある。
また、ＰＣＲパケットの間隔を予め調整する方法では、ＴＳパケットの並べ替えを行う処理に伴って遅延が発生すると共に、各データストリームごとに処理部を用意しなければならないため、バッファを含む回路規模が増大してしまうという問題がある。
また、ＰＣＲパケットの間隔を予め調整する方法では、ＴＳパケットの並べ替えを行う処理に伴って遅延が発生すると共に、各データストリームごとに処理部を用意しなければならないため、バッファを含む回路規模が増大してしまうという問題がある。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の独立したデータストリームを、特定のデータパケットの割合の変動を抑制して迅速かつ簡単に多重する多重化装置、多重化方法および多重化プログラムを提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の多重化装置は、チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のデータストリームに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重する多重化装置であって、パケット情報抽出手段と、スロット割当数決定手段と、分離化情報生成手段と、パケット割当手段と、多重化処理手段とを備えることとした。
かかる構成によれば、多重化装置は、パケット情報抽出手段によって、前記各データスロットに割り当てられる各パケットが、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングを示す第１パケットであるか、または、前記第１パケット以外の伝送することを目的とするパケットである第２パケットであるかを示すパケット情報を各パケットからそれぞれ抽出する。ここで、データストリームが、例えば、ＭＰＥＧ−２ ＴＳで規定されるトランスポートストリームである場合には、第１パケットまたは第２パケットは、実ＴＳパケットまたはＮＵＬＬパケットを示す。そして、多重化装置は、スロット割当数決定手段によって、前記抽出されたパケット情報に基づいて、前記データスロットに既に割り当てられたパケットの個数に対する前記第１パケットまたは前記第２パケットの個数を示す含有率が、予め定められた数値範囲に含まれるように、スロット割当数を各チャネルごとに決定する。ここで、スロット割当数決定手段は、例えば、ＮＵＬＬパケットの含有率が第１の目標値以上、実ＴＳパケットの含有率が第２の目標値以下となるように、データスロット数を決定する。
そして、多重化装置は、分離化情報生成手段によって、多重化後に前記各データストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成する。ここで、分離化情報は、各パケットと、割り当てられたデータスロットとの対応関係を含んでいる。そして、多重化装置は、パケット割当手段によって、前記各データストリームを構成する複数のパケットを前記各データスロットにそれぞれ割当てる。そして、多重化装置は、多重化処理手段によって、前記複数のパケットが前記複数のデータスロットにそれぞれ割り当てられた前記各データストリームと、前記生成された分離化情報とを多重する処理を行う。
また、請求項２に記載の多重化装置は、請求項１に記載の多重化装置において、前記スロット割当数決定手段が、含有率算出手段と、方針決定手段と、関連付け判定手段と、スロット関連付け手段とを備えることとした。
かかる構成によれば、多重化装置は、含有率算出手段によって、前記含有率を算出し、方針決定手段によって、予め定められた目標値と前記含有率とを比較し、比較結果に基づいて、前記データスロットに関連付けるパケットを、前記第１パケットと前記第２パケットとのうちの一方とする方針を決定する。そして、多重化装置は、関連付け判定手段によって、前記パケット割当手段で割り当てた前記データスロットの空き具合に基づいて、前記方針決定手段で決定された方針に基づく一方のパケットを前記データスロットに関連付けることが可能であるか否かを判定する。そして、多重化装置は、スロット関連付け手段によって、前記一方のパケットを前記データスロットに関連付けることが可能であると判定された場合に、前記データスロットに前記一方のパケットを関連付けると共に、前記一方のパケットを前記データスロットに関連付けることができないと判定された場合に、当該データスロットに前記方針決定手段で決定された方針に基づく他方のパケットを関連付ける。
また、請求項３に記載の多重化装置は、請求項２に記載の多重化装置において、前記スロット割当数決定手段が、パケット個数判定手段と、差分加算手段とをさらに備えることとした。
かかる構成によれば、多重化装置において、スロット割当数決定手段は、パケット個数判定手段によって、前記両パケットに関連付けたデータスロットの総数が、前記全パケットの個数に達したか否かを判定する。そして、スロット割当数決定手段は、差分加算手段によって、前記両パケットに関連付けたデータスロットの総数が前記全パケットの個数に達したと判定された場合に、前記チャネルごとに、前記関連付けたデータスロットの個数と前記規定数との差分を算出し、算出された差分を、次のタイミングの前記所定多重時間の処理において、前記両パケットに関連付けたデータスロットの個数に加算する。ここで、差分を、例えば、１フレームの処理が終わった段階で関連付けが終わったチャネル別のデータスロットの個数（割当スロット数）から規定数を差し引いた値で定義するようにしてもよい。この場合には、次フレームでは、処理を始めたときに、当該チャネルにおける関連付けたデータスロット数（スロット割当数）の初期値は「０」ではなく、その差分の値となる。
また、請求項４に記載の多重化装置は、請求項２または請求項３に記載の多重化装置において、前記スロット関連付け手段が、前記各データストリームのうち、前記両パケットに関連付けられたデータスロットの個数の最も少ないデータストリームに対して優先的となるように、前記いずれかのパケットを前記データスロットに関連付けることとした。
かかる構成によれば、多重化装置は、スロット関連付け手段によって、例えば、１フレーム当たりの処理の実行中に、各データストリームに関連付けられたデータスロットの個数がどのタイミングでもほぼ均一化される。つまり、特定のチャネルについてだけ、比較的パケット数の多いデータストリームが生成されることが防止される。その結果、チャネル別の伝送効率が平均化される。
また、請求項５に記載の多重化装置は、請求項４に記載の多重化装置において、前記両パケットに関連付けたデータスロットの個数が、前記チャネルすべてにおいて、前記規定数の上限値に達したか否かを判定する規定数判定手段をさらに備え、前記スロット関連付け手段が、前記チャネルごとに前記両パケットに関連付けたデータスロットの個数が前記規定数の上限値に達していないと判定された場合に、前記いずれかのパケットを前記データスロットに関連付けることとした。
かかる構成によれば、多重化装置は、規定数判定手段によって、パケットに関連付けられたデータスロットの個数が、チャネルすべてにおいて、規定数の上限値に達していないと判定した場合に、スロット関連付け手段によって、パケットをデータスロットに関連付ける。したがって、多重化装置または受信側の装置のバッファ容量に基づいて上限値を予め定めておけば、当該バッファにおけるオーバーフロー／アンダーフローを起こさないようにすることが可能である。
また、請求項６に記載の多重化方法は、チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のデータストリームに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重する多重化装置の多重化方法であって、前記多重化装置が、パケット情報抽出ステップと、スロット割当数決定ステップと、分離化情報生成ステップと、パケット割当ステップと、多重化処理ステップとを有することとした。
かかる手順によれば、多重化方法では、多重化装置は、パケット情報抽出ステップで、前記各データスロットに割り当てられる各パケットが、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングを示す第１パケットであるか、または、前記第１パケット以外の伝送することを目的とするパケットである第２パケットであるかを示すパケット情報を各パケットからそれぞれ抽出する。そして、多重化装置は、スロット割当数決定ステップで、前記抽出されたパケット情報に基づいて、前記データスロットに既に割り当てられたパケットの個数に対する前記第１パケットまたは前記第２パケットの個数を示す含有率が、予め定められた数値範囲に含まれるように、前記データスロットの個数を各チャネルごとに決定する。そして、多重化装置は、分離化情報生成ステップで、多重化後に前記各データストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成し、パケット割当ステップで、前記各データストリームを構成する複数のパケットを前記各データスロットにそれぞれ割当てる。そして、多重化装置は、多重化処理ステップで、前記複数のパケットが前記複数のデータスロットにそれぞれ割り当てられた前記各データストリームと、前記生成された分離化情報とを多重する処理を行う。
また、請求項７に記載の多重化プログラムは、チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のデータストリームに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重するために、コンピュータを、パケット情報抽出手段、スロット割当数決定手段、分離化情報生成手段、パケット割当手段、多重化処理手段として機能させることとした。
かかる構成によれば、多重化プログラムは、パケット情報抽出手段によって、前記各データスロットに割り当てられる各パケットが、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングを示す第１パケットであるか、または、前記第１パケット以外の伝送することを目的とするパケットである第２パケットであるかを示すパケット情報を各パケットからそれぞれ抽出する。そして、多重化プログラムは、スロット割当数決定手段によって、前記抽出されたパケット情報に基づいて、前記データスロットに既に割り当てられたパケットの個数に対する前記第１パケットまたは前記第２パケットの個数を示す含有率が、予め定められた数値範囲に含まれるように、スロット割当数を各チャネルごとに決定する。そして、多重化プログラムは、分離化情報生成手段によって、多重化後に前記各データストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成し、パケット割当手段によって、前記各データストリームを構成する複数のパケットを前記各データスロットにそれぞれ割当てる。そして、多重化プログラムは、多重化処理手段によって、前記複数のパケットが前記複数のデータスロットにそれぞれ割り当てられた前記各データストリームと、前記生成された分離化情報とを多重する処理を行う。
請求項１、請求項６または請求項７に記載の発明によれば、第１パケットまたは第２パケットの含有率が予め定められた数値範囲に含まれるように、所定時間間隔当たりのスロット割当数を各チャネルごとに決定すると共に、各データストリームと分離化情報とを多重するようにしたので、複数の独立したデータストリームを、特定のデータパケットの割合の変動を抑制して迅速かつ簡単に多重することが可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、パケットの含有率が予め定められた数値範囲に含まれるように関連付けるべきパケットの種類を決定しつつ、割り当て可能であるか否かを判定した結果に基づいて、実際に割り当てるパケットの種類を変更するので、特定のパケットのバースト性が予め不明であっても、特定のデータパケットの割合の変動を抑制することが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、所定期間の処理が終了した段階で、実際に割り当てたデータスロット数と規定数との差分を算出して、次のタイミングの所定多重時間の処理において反映するので、チャネル別の所定多重時間ごとの割当スロット数を平均化できる。そのため、特定のチャネルについて、比較的パケット数の多いデータストリームが連続的に生成されることが防止される。
請求項４に記載の発明によれば、パケットを関連付けられたデータスロット数の最も少ないデータストリームに優先的にパケットを関連付けるので、チャネル別の伝送効率が平均化される。
請求項５に記載の発明によれば、パケットに関連付けられたデータスロット数が、チャネルすべてにおいて、規定数の上限値に達していない場合に、パケットをデータスロットに関連付けるので、バッファにおけるオーバーフロー／アンダーフローを起こさないようにすることが可能である。
以下、図面を参照して本発明の多重化装置および多重化方法を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。
[放送システムの構成例]
図１は、本発明の実施形態に係る多重化装置を含む放送システムの一例を示す構成図である。放送システム１は、送信装置２と、複数の受信装置３とを備えている。
送信装置２は、多重化装置１０を備えており、この多重化装置１０によって、複数のストリーム形式のデータ（データストリーム）を多重する。そして、送信装置２は、多重されたデータストリームを、例えばインターネット等のネットワークＮＷを介して各受信装置３に送信する。なお、送信装置２は、多重されたデータストリームを、放送波を介して各受信装置３に送信するように構成してもよい。
[放送システムの構成例]
図１は、本発明の実施形態に係る多重化装置を含む放送システムの一例を示す構成図である。放送システム１は、送信装置２と、複数の受信装置３とを備えている。
送信装置２は、多重化装置１０を備えており、この多重化装置１０によって、複数のストリーム形式のデータ（データストリーム）を多重する。そして、送信装置２は、多重されたデータストリームを、例えばインターネット等のネットワークＮＷを介して各受信装置３に送信する。なお、送信装置２は、多重されたデータストリームを、放送波を介して各受信装置３に送信するように構成してもよい。
以下では、データストリームを、ＭＰＥＧ−２で規定されるトランスポートストリーム(Transport Stream：ＴＳ)として説明する。トランスポートストリームは、複数のパケット（以下、ＴＳパケットと表記する）列が多重されたストリームである。トランスポートストリームを構成するすべてのＴＳパケットは、ＮＵＬＬパケット（第１パケット）と、実ＴＳパケット（第２パケット）とのうちのいずれかに分類される。本実施形態では、ＮＵＬＬパケットは、主に、映像情報や音声情報の符号化を行った際の情報量の時間的な変動に対して、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングであるＴＳパケットを意味し、実ＴＳパケットは、映像情報や音声情報、テキスト値や制御情報など実際に伝送したいＴＳパケットを意味する。
送信装置２は、後記する受信手段１１（図２参照）によって、例えば放送局から、電波塔Ｂを介して地上デジタル放送波を受信したり、人工衛星Ｊを介してＢＳ（Broadcasting Satellite）デジタル放送やＣＳ（Communication Satellite）デジタル放送等の放送波を受信したり、あるいは専用線を介してケーブルテレビの番組を受信することにより、複数のトランスポートストリームを取得する。なお、直接またはネットワークを介して１以上の他の装置から複数のトランスポートストリームを入力するように構成してもよい。
受信装置３は、多重されたトランスポートストリームから、所定のトランスポートストリームを抽出し、基準時刻タイムスタンプの整合性を保ったまま、当該受信装置３に接続された出力装置４に出力するものである。
出力装置４は、基準時刻タイムスタンプから、基準クロックを再生し、映像や音声の復号を行うことによりコンテンツを視聴可能に再生し、例えば、液晶ディスプレイ等の表示部に表示するものである。
出力装置４は、基準時刻タイムスタンプから、基準クロックを再生し、映像や音声の復号を行うことによりコンテンツを視聴可能に再生し、例えば、液晶ディスプレイ等の表示部に表示するものである。
[送信装置の横成]
図２は、図１に示した送信装置の構成を示す機能ブロック図である。
送信装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）と、通信インターフェース等（図示を省略）とを備え、ＣＰＵがＨＤＤ等に格納されたプログラムをＲＡＭに展開することにより後記する各種機能を実現する。
送信装置２は、図２に示すように、多重化装置１０に加えて、受信手段１１と、記憶手段１２と、送信手段１３とを備えている。
図２は、図１に示した送信装置の構成を示す機能ブロック図である。
送信装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）と、通信インターフェース等（図示を省略）とを備え、ＣＰＵがＨＤＤ等に格納されたプログラムをＲＡＭに展開することにより後記する各種機能を実現する。
送信装置２は、図２に示すように、多重化装置１０に加えて、受信手段１１と、記憶手段１２と、送信手段１３とを備えている。
受信手段１１は、チャネル数ＮのトランスポートストリームＴ（Ｔ1〜ＴN）を受信するものである。本実施形態では、Ｎ個のチャネルｉ（１≦ｉ≦Ｎ）に対応して、Ｎ個の受信手段１１1〜１１Nを設けることとした。
記憶手段１２は、バッファ１２０と、ＲＡＭ１２２と、ＨＤＤ１２４とを備えている。
バッファ１２０は、ＦＩＦＯ（First-In First-Out）構成の記憶装置であり、トランスポートストリームＴを格納するものである。本実施形態では、Ｎ個のチャネルに対応して、Ｎ個のバッファ１２０1〜１２０Nを設けることとした。
ＲＡＭ１２２は、一時記憶装置として演算処理等に利用されるものであり、ＨＤＤ１２４は、所定のプログラムや処理結果等を格納するものである。
送信手段１３は、多重化装置１０でトランスポートストリームＴを多重することにより生成される多重化トランスポートストリームＭを送信するものである。
記憶手段１２は、バッファ１２０と、ＲＡＭ１２２と、ＨＤＤ１２４とを備えている。
バッファ１２０は、ＦＩＦＯ（First-In First-Out）構成の記憶装置であり、トランスポートストリームＴを格納するものである。本実施形態では、Ｎ個のチャネルに対応して、Ｎ個のバッファ１２０1〜１２０Nを設けることとした。
ＲＡＭ１２２は、一時記憶装置として演算処理等に利用されるものであり、ＨＤＤ１２４は、所定のプログラムや処理結果等を格納するものである。
送信手段１３は、多重化装置１０でトランスポートストリームＴを多重することにより生成される多重化トランスポートストリームＭを送信するものである。
多重化装置１０は、チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のトランスポートストリームＴに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重するものである。ここで、規定数は、トランスポートストリームＴに対して予め割り当てられたデータスロットの個数（チャネル別のデータスロットの個数）のことである。また、本実施形態では、フレームを所定多重時間とする。フレームは、複数のデータスロットを備えており、ヘッダスロットを有する場合もある。以下では、前記した規定数は、チャネルについて１フレーム当たりに割り当てられるデータスロットの個数として説明する。
多重化装置１０は、図２に示すように、パケット情報抽出手段１０１と、スロット割当数決定手段１０２と、フレーム化情報生成手段（分離化情報生成手段）１０３と、パケット割当手段１０４と、多重化処理手段１０５とを備えている。
パケット情報抽出手段１０１は、各データスロットに割り当てられる各ＴＳパケットが、ＮＵＬＬパケットであるのか、それとも実ＴＳパケットであるのかを示すパケット情報を各パケットから抽出するものである。このパケット情報抽出手段１０１は、バッファ１２０1〜１２０Nに格納された１フレーム当たりのすべてのＴＳパケット（全パケット）について、パケット情報を抽出する。抽出されたパケット情報はスロット割当数決定手段１０２に出力される。
図３は、図２に示したパケット情報抽出手段の抽出するパケット情報を説明するための説明図である。ここでは、一例として、チャネル数Ｎを「５」として説明する。Ｔ1〜Ｔ5は、チャネル「１」〜チャネル「５」にそれぞれ対応したトランスポートストリームを示す。トランスポートストリームＴ1〜Ｔ5に含まれるＴＳパケットは、バッファ１２０1〜１２０5に格納された１フレーム当たりのすべてのＴＳパケット（全パケット）である。各トランスポートストリームＴ1〜Ｔ5は、それぞれ１０個のＴＳパケットから構成される。つまり、各チャネルの規定数はそれぞれ「１０」である。したがって、第１フレームｆ1および第２フレームｆ2に含まれる全スロット数は「５０」である。なお、ヘッダスロット数を「０」とした。バッファ１２０1〜１２０5から取り出されるＴＳパケットは、図３の右から順に並んでいるものとする。各トランスポートストリームＴ1〜Ｔ5は、図３に示すように、バースト的にＮＵＬＬパケットを含んでいる。パケット情報抽出手段１０１は、パケット情報を各バッファ１２０1〜１２０5から抽出する。
具体的には、第１フレームｆ1において、トランスポートストリームＴ1を構成するＴＳパケットＰ（１，１）〜Ｐ（１，８）は、実ＴＳパケットである（図３では、「実ＴＳＰ」と表示）。これに対して、トランスポートストリームＴ1を構成するＴＳパケットＰ（１，９），Ｐ（１，１０）は、ＮＵＬＬパケットである（図３では、「ＮＵＬＬ」と表示）。また、第１フレームｆ1において、例えば、トランスポートストリームＴ2を構成するＴＳパケットＰ（２，１）もＮＵＬＬパケットである。以下同様に、ＴＳパケットＰ（３，１）はＮＵＬＬパケットであり、ＴＳパケットＰ（４，１），Ｐ（５，１）は実ＴＳパケットである。また、第２フレームｆ2において、トランスポートストリームＴ1を構成するＴＳパケットのうち、先頭の８個のＴＳパケットは、実ＴＳパケットである。これに対して、トランスポートストリームＴ1を構成する残りのＴＳパケットは、ＮＵＬＬパケットである。以下、パケット情報の説明を省略する。
図２に戻って、多重化装置１０の構成の説明を続ける。
スロット割当数決定手段１０２は、パケット情報抽出手段１０１によって抽出されたパケット情報に基づいて、データスロットを既に割り当てられたＴＳパケットの個数に対するＮＵＬＬパケットの個数を示すＮＵＬＬパケット含有率Ｒが、予め定められた数値範囲に含まれるように、データスロットの個数を各チャネルｉごとに決定するものである。詳細は後記するが、スロット割当数決定手段１０２は、図３において破線で示したフレームの中でデータスロットの個数を各チャネルｉごとに決定する。決定された個数の情報は、フレーム化情報生成手段１０３とパケット割当手段１０４とに出力される。
スロット割当数決定手段１０２は、パケット情報抽出手段１０１によって抽出されたパケット情報に基づいて、データスロットを既に割り当てられたＴＳパケットの個数に対するＮＵＬＬパケットの個数を示すＮＵＬＬパケット含有率Ｒが、予め定められた数値範囲に含まれるように、データスロットの個数を各チャネルｉごとに決定するものである。詳細は後記するが、スロット割当数決定手段１０２は、図３において破線で示したフレームの中でデータスロットの個数を各チャネルｉごとに決定する。決定された個数の情報は、フレーム化情報生成手段１０３とパケット割当手段１０４とに出力される。
フレーム化情報生成手段（分離化情報生成手段）１０３は、この多重化装置１０による多重化後に各トランスポートストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成するものである。この分離化情報は、チャネルごとの各トランスポートストリームと、各データスロットとを関連付ける情報を含んでいる。この分離化情報により、受信装置３によって、所定のトランスポートストリームだけを選択して取り出すことが可能となる。本実施形態では、フレーム化情報生成手段１０３は、前記した分離化情報の他に、フレーム同期のための情報等も生成する。以下では、これら分離化情報やフレーム同期のための情報等をまとめて制御情報と呼ぶこととする。
パケット割当手段１０４は、フレームを構成する各データスロットに、各トランスポートストリームを構成する複数のＴＳパケットをそれぞれ割当てるものである。このパケット割当手段１０４は、バッファ１２０1〜１２０Nに格納された１フレーム当たりのすべてのＴＳパケット（全パケット）を読み出し、読み出した全パケットを、各データスロットにそれぞれ割当てる。
多重化処理手段１０５は、バッファ１２０1〜１２０Nに格納された１フレーム分のすべてのＴＳパケットが各データスロットにそれぞれ割り当てられた各トランスポートストリームと、フレーム化情報生成手段１０３によって生成された制御情報（分離化情報を含む）とを多重する処理を行うものである。この多重化処理により、多重化トランスポートストリームＭが生成される。
多重化処理手段１０５の実行する多重化処理においては、以下の式（１）〜式（３）で示される関係が満たされているものとする。
まず、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目のチャネルから多重化装置１０に入力するトランスポートストリームＴiの入力レートＡ（１）〜Ａ（Ｎ）と、多重化装置１０から出力される多重化トランスポートストリームＭの伝送レートＤとの間には、式（１）に示される関係がある。
まず、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目のチャネルから多重化装置１０に入力するトランスポートストリームＴiの入力レートＡ（１）〜Ａ（Ｎ）と、多重化装置１０から出力される多重化トランスポートストリームＭの伝送レートＤとの間には、式（１）に示される関係がある。
また、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目のチャネルに関して、１フレーム当たりのトランスポートストリームＴiの規定数Ｕ（ｉ）と、１フレーム当たりの全スロット数Ｌとの間には、式（２）に示される関係がある。
また、多重化処理時に、バッファ１２０1〜１２０Nのオーバーフローやアンダーフローを起こさないために、前記した式（１）と、前記した式（２）とは、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目のチャネルに関して式（３）で関係付けられている。
なお、ヘッダスロット数Ｐ′と、１フレーム当たりの全スロット数Ｌと、多重化トランスポートストリームＭの伝送レートＤとの具体例は、以下の通りである。
例えば、ケーブルテレビのトランスモジュレーション方式で用いられる多重化フレームの場合には、Ｐ′＝１、Ｌ＝５３、Ｄ＝３１．６４４Ｍｂｐｓとなる。
また、ＢＳデジタル放送で用いられる多重フレームの場合、Ｐ′＝０、Ｌ＝４８、Ｄ＝５２．１７Ｍｂｐｓとなる。なお、このようにＰ′＝０の場合には、制御情報は、データスロット内のＴＳパケットの一部を置き換えることにより伝送される。
例えば、ケーブルテレビのトランスモジュレーション方式で用いられる多重化フレームの場合には、Ｐ′＝１、Ｌ＝５３、Ｄ＝３１．６４４Ｍｂｐｓとなる。
また、ＢＳデジタル放送で用いられる多重フレームの場合、Ｐ′＝０、Ｌ＝４８、Ｄ＝５２．１７Ｍｂｐｓとなる。なお、このようにＰ′＝０の場合には、制御情報は、データスロット内のＴＳパケットの一部を置き換えることにより伝送される。
[スロット割当数決定手段の構成]
図４は、図２に示したスロット割当数決定手段の詳細を示す機能ブロック図である。
スロット割当数決定手段１０２は、含有率算出手段２０１と、方針決定手段２０２と、パケット選別手段２０３と、規定数判定手段２０４と、関連付け判定手段２０５と、スロット関連付け手段２０６と、パケット個数判定手段２０７と、差分加算手段２０８とを備えている。
図４は、図２に示したスロット割当数決定手段の詳細を示す機能ブロック図である。
スロット割当数決定手段１０２は、含有率算出手段２０１と、方針決定手段２０２と、パケット選別手段２０３と、規定数判定手段２０４と、関連付け判定手段２０５と、スロット関連付け手段２０６と、パケット個数判定手段２０７と、差分加算手段２０８とを備えている。
含有率算出手段２０１は、パケット割当手段１０４によってデータスロットが既に割り当てられたＴＳパケットの個数に対するＮＵＬＬパケットの個数を示すＮＵＬＬパケット含有率Ｒ（０≦Ｒ≦１）を算出するものである。
方針決定手段２０２は、予め定められた目標値Ｈと、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒとを比較し、比較結果に基づいて、データスロットに関連付けるＴＳパケットを、実ＴＳパケットとＮＵＬＬパケットとのうちの一方とする方針を決定するものである。本実施形態では、方針決定手段２０２は、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒが目標値Ｈより大きい場合に、関連付けるＴＳパケットの種類を実ＴＳパケットに決定し、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒが目標値Ｈ以下の場合に、関連付けるＴＳパケットの種類をＮＵＬＬパケットに決定する。決定されたＴＳパケットの種類に関する情報は、パケット選別手段２０３に出力される。
パケット選別手段２０３は、入力情報に基づいて実ＴＳパケットとＮＵＬＬパケットのうちのいずれかをバッファ１２０1〜１２０Nから選別するものである。
具体的には、パケット選別手段２０３は、方針決定手段２０２で決定された種類がＮＵＬＬパケットの場合に、バッファ１２０1〜１２０NからＮＵＬＬパケットを選別し、方針決定手段２０２で決定されたＴＳパケットの種類が実ＴＳパケットの場合に、バッファ１２０1〜１２０Nから実ＴＳパケットを選別する。
また、パケット選別手段２０３は、後記する規定数判定手段２０４から、チャネルごとに関連付けたデータスロットの個数（以下、スロット割当数という）が規定数の上限値に達した旨を通知された場合に、方針決定手段２０２で決定されたＴＳパケットの種類と異なるＴＳパケットを選別する。
また、パケット選別手段２０３は、後記する関連付け判定手段２０５から、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることができない旨を通知された場合に、方針決定手段２０２で決定されたＴＳパケットの種類と異なるＴＳパケットを選別する。
選別されたＴＳパケットに関する情報は、規定数判定手段２０４および関連付け判定手段２０５にそれぞれ出力される。
具体的には、パケット選別手段２０３は、方針決定手段２０２で決定された種類がＮＵＬＬパケットの場合に、バッファ１２０1〜１２０NからＮＵＬＬパケットを選別し、方針決定手段２０２で決定されたＴＳパケットの種類が実ＴＳパケットの場合に、バッファ１２０1〜１２０Nから実ＴＳパケットを選別する。
また、パケット選別手段２０３は、後記する規定数判定手段２０４から、チャネルごとに関連付けたデータスロットの個数（以下、スロット割当数という）が規定数の上限値に達した旨を通知された場合に、方針決定手段２０２で決定されたＴＳパケットの種類と異なるＴＳパケットを選別する。
また、パケット選別手段２０３は、後記する関連付け判定手段２０５から、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることができない旨を通知された場合に、方針決定手段２０２で決定されたＴＳパケットの種類と異なるＴＳパケットを選別する。
選別されたＴＳパケットに関する情報は、規定数判定手段２０４および関連付け判定手段２０５にそれぞれ出力される。
規定数判定手段２０４は、スロット割当数ｕ（ｉ）が、すべてのチャネルにおいて、規定数Ｕ（ｉ）の上限値に達したか否かを判定するものである。ここで、スロット割当数ｕ（ｉ）は、処理の途中では一時的なスロット数を示し、１フレーム分の処理が終了した時点で、割り当てられた最終的なスロット数（以下、割当スロット数という）となる。また、規定数Ｕ（ｉ）の上限値（以下、単に上限値Ｅ（ｉ）ともいう）は、式（４）および式（５）の条件を満たす。
例えば、上限値Ｅ（ｉ）を有限な値とした場合、送信装置２のバッファ１２０、または受信装置３の図示しないバッファにおいて、オーバーフロー／アンダーフローを起こさないようにすることが可能である。また、上限値Ｅ（ｉ）を無限（∞）とする場合（規定数Ｕ（ｉ）の上限を設けない場合）、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒに対する目標値Ｈを達成する能力を向上させることができる。なお、上限値Ｅ（ｉ）を有限にするか無限にするかという設計事項と、送信装置２のバッファ１２０（または受信装置３のバッファ）におけるオーバーフロー／アンダーフローを起こさないためのバッファサイズとはトレードオフの関係にある。したがって、上限値Ｅ（ｉ）としては、送信装置２等の条件と、必要とする精度とを勘案した最適な値がその都度設定される。
また、規定数判定手段２０４は、スロット割当数ｕ（ｉ）が、上限値Ｅ（ｉ）に達したと判定した場合に、パケット選別手段２０３にその旨を通知する。また、規定数判定手段２０４は、スロット割当数ｕ（ｉ）が、上限値Ｅ（ｉ）に達していないと判定した場合に、スロット関連付け手段２０６にその旨を通知する。
関連付け判定手段２０５は、パケット選別手段２０３によって選別されたＴＳパケットに関する情報と、パケット割当手段１０４で割り当てたデータスロットの空き具合とに基づいて、選別されたＴＳパケットをデータスロットに関連付けることが可能か否かを判定するものである。この関連付け判定手段２０５は、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることができると判定した場合に、その旨をスロット関連付け手段２０６に通知する。一方、関連付け判定手段２０５は、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることができないと判定した場合に、その旨をパケット選別手段２０３に通知する。したがって、関連付け判定手段２０５は、選別されたＴＳパケットを介して、方針決定手段２０２で決定された方針に基づくＴＳパケットを関連付けることができないと判定した場合には、方針決定手段２０２で決定された方針とは異なるＴＳパケットについて再び関連付け判定を実行することとなる。
スロット関連付け手段２０６は、関連付け判定手段２０５から、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることが可能である旨を通知された場合に、当該ＴＳパケットをデータスロットに関連付けるものである。したがって、スロット関連付け手段２０６は、関連付け判定手段２０５で、方針決定手段２０２で決定された方針に基づく一方のＴＳパケットを関連付けることが可能であると判定された場合に、一方のＴＳパケットを関連付けると共に、一方のＴＳパケットを関連付けることができないと判定された場合に、方針決定手段２０２で決定された方針に基づく他方のＴＳパケットを関連付ける。
また、本実施形態では、スロット関連付け手段２０６は、規定数判定手段２０４から、スロット割当数ｕ（ｉ）が上限値Ｅ（ｉ）に達していない旨を通知された場合に、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることとする。
また、本実施形態では、スロット関連付け手段２０６は、各トランスポートストリームのうち、ＴＳパケットを関連付けられたデータスロットの個数の最も少ないトランスポートストリームに対して優先的となるように、ＴＳパケットをデータスロットに関連付けることとする。なお、スロット関連付け手段２０６は、データスロットの個数の最も少ないトランスポートストリームが複数存在する場合には、各トランスポートストリームの識別番号（またはチャネル識別番号）を示す「ｉ」の小さい順にＴＳパケットを関連付けることとする。
パケット個数判定手段２０７は、スロット関連付け手段２０６で関連付けたデータスロットの総数（処理済スロット数ｕ）が、１フレーム当たりの全パケットの個数（全パケット数Ｘ）に達したか否かを判定するものである。処理済スロット数ｕは、スロット割当数ｕ（ｉ）のチャネルｉについての合計値である。このパケット個数判定手段２０７は、処理済スロット数ｕが全パケット数Ｘに達していないと判定した場合に、含有率算出手段２０１にその旨を通知し、処理済スロット数ｕが全パケット数Ｘに達したと判定した場合に、差分加算手段２０８にその旨を通知する。
差分加算手段２０８は、パケット個数判定手段２０７から、処理済スロット数ｕが全パケット数Ｘに達したと判定した旨を通知された場合に、スロット割当数ｕ（ｉ）と規定数Ｕ（ｉ）との差分（以下、差分ｅ（ｉ）という）を算出し、算出された差分ｅ（ｉ）を、次フレームにおいて、スロット割当数ｕ（ｉ）に加算するものである。本実施形態では、差分ｅ（ｉ）は、式（６）で定義される。
式（６）によれば、ｉ番目のトランスポートストリームＴiが規定数Ｕ（ｉ）を超えた個数のデータスロットを割当てられた場合には、ｅ（ｉ）＞０となり、逆に、規定数Ｕ（ｉ）より少ないスロット数しか割当てられなかった場合には、ｅ（ｉ）＜０となる。したがって、差分加算手段２０８によれば、１フレーム分の処理においてスロット割当数ｕ（ｉ）が一時的に変動したとしても、数〜数十フレームで平均すれば、１フレーム当たりのスロット割当数ｕ（ｉ）をほぼ一定にすることが可能となる。
図５は、図４に示したスロット割当数決定手段で決定されたスロット数を有したフレームを説明するための説明図である。ここでは、前記した図３と同様に、チャネル数Ｎを「５」として説明する。また、チャネル１〜チャネル５にそれぞれ対応したトランスポートストリームをＴ1′〜Ｔ5′で示す。また、規定数Ｕ（１）〜Ｕ（５）はそれぞれ「１０」であり、規定数Ｕ（１）〜Ｕ（５）の上限値Ｅ（１）〜Ｅ（５）は「１５」とする。目標値Ｈは「２０％」とする。つまり、方針決定手段２０２は、１フレーム分の処理が終了した時点で、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒが「２０％」以上となるように、関連付けるＴＳパケットの種類を決定する。
第１フレームＦ1において、トランスポートストリームＴ1′を構成するＴＳパケットの個数は「１１」である。つまり、第１フレームＦ1の処理が終了した時点で、割当スロット数は、ｕ（１）＝１１となる。したがって、差分加算手段２０８は、式（６）に基づいて、ｅ（１）＝１を、第２フレームＦ2におけるスロット割当数ｕ（１）に加算することとなる。なお、トランスポートストリームＴ1′を構成するＴＳパケットＰ（１，１１）は、図３に示したトランスポートストリームＴ1を構成する第２フレームｆ2のＴＳパケットＰ（１，１）と同一である。
同様に、第１フレームＦ1において、トランスポートストリームＴ2′を構成するＴＳパケットの個数は「１１」なので、第１フレームＦ1の処理が終了した時点で、割当スロット数は、ｕ（２）＝１１となる。したがって、差分加算手段２０８は、式（６）に基づいて、ｅ（２）＝１を、第２フレームＦ2におけるスロット割当数ｕ（２）に加算することとなる。なお、トランスポートストリームＴ2′を構成するＴＳパケットＰ（２，１１）は、図３に示したトランスポートストリームＴ2を構成する第２フレームｆ2のＴＳパケットＰ（２，１）と同一である。
また、第１フレームＦ1において、トランスポートストリームＴ4′，Ｔ5′をそれぞれ構成するＴＳパケットの個数は「９」である。つまり、第１フレームＦ1の処理が終了した時点で、割当スロット数は、ｕ（４）＝９、ｕ（５）＝９となる。したがって、式（６）に基づいて、ｅ（４）＝−１、ｅ（５）＝−１が、第２フレームＦ2の処理時に、スロット割当数ｕ（４）およびスロット割当数ｕ（５）にそれぞれ加算されることとなる。つまり、第２フレームＦ2の処理を開始した時点で、スロット割当数は、ｕ（１）＝１、ｕ（２）＝１、ｕ（３）＝０、ｕ（４）＝−１、ｕ（５）＝−１となっていることになる。
そして、第２フレームＦ2の処理を開始した時点のスロット割当数ｕ（１）＝１に対応して、第２フレームＦ2において、トランスポートストリームＴ1′を構成するＴＳパケットの個数は「９」となる。同様に、スロット割当数ｕ（２）＝１、ｕ（３）＝０、ｕ（４）＝−１、ｕ（５）＝−１に対応して、トランスポートストリームＴ2′〜Ｔ5′を構成するＴＳパケットの個数はそれぞれ「９」、「１０」、「１１」、「１１」となる。
また、第２フレームＦ2の処理が終了した時点で、例えば、トランスポートストリームＴ1′の割当スロット数は、ｕ（１）＝９となるので、差分加算手段２０８は、式（６）に基づいて、ｅ（１）＝−１を、図示を省略した第３フレームＦ3におけるスロット割当数ｕ（１）に加算することとなる。なお、第２フレームＦ2において、例えば、トランスポートストリームＴ1′を構成するＴＳパケットＰ（１，９）は、図３に示したトランスポートストリームＴ1を構成する第２フレームｆ2のＴＳパケットＰ（１，１０）と同一である。
[多重化トランスポートストリームの構造]
次に、図２に示した多重化処理手段１０５で生成される多重化トランスポートストリームの構造について図６を参照して説明する。図６は、図２に示した多重化処理手段で処理されるトランスポートストリームの構造を示す構造図であり、（ａ）はトランスポートストリーム、（ｂ）は出力される多重化トランスポートストリームをそれぞれ示している。
次に、図２に示した多重化処理手段１０５で生成される多重化トランスポートストリームの構造について図６を参照して説明する。図６は、図２に示した多重化処理手段で処理されるトランスポートストリームの構造を示す構造図であり、（ａ）はトランスポートストリーム、（ｂ）は出力される多重化トランスポートストリームをそれぞれ示している。
図６（ａ）に示すように、チャネル１〜Ｎごとに入力するＮ個のトランスポートストリームＴ1〜ＴNは、パケット割当手段１０４（図２参照）によって、データスロットが割り当てられている。ここでは、簡便のため、トランスポートストリームＴ1〜ＴNは、それぞれＫ個のＴＳパケットから構成されているものとして説明する。なお、ＴＳパケットは、図６の右から順に並んでいる。
図６（ｂ）に示すように、多重化処理手段１０５（図２参照）は、チャネル１〜チャネルＮの複数のＴＳパケットから成る１フレーム分のＴＳパケット列のヘッダ（先頭）に、フレーム化情報生成手段１０３（図２参照）で生成された制御情報をそれぞれ付加して多重化トランスポートストリームＭを生成する。例えば、ＴＳパケットＰ（１，１）、…、ＴＳパケットＰ（Ｎ，１）のヘッダに制御情報Ｉ1が付加される。
ここでは、ＴＳパケットＰ（１，１）、…、ＴＳパケットＰ（Ｎ，１）にそれぞれ割り当てられたデータスロットのことをタイムスロットＶ（１，１）、…、タイムスロットＶ（Ｎ，１）という。また、制御情報Ｉ1に割り当てられたヘッダスロットのことをタイムスロットＶ1という。そして、これら複数のデータスロットおよびヘッダスロットに相当するＬ個のタイムスロットを連結することによりフレームＦが形成される。そして、このフレームＦをＷ個連結することによりスーパーフレームＳFが形成される。なお、フレームＦ内のＴＳパケットの組合せは一例である。
[スロット割当数決定手段の動作]
スロット割当数決定手段１０２において、スロット割当数を決定する動作について、図７を参照（適宜図４および図５参照）して説明する。図７は、図４に示したスロット割当数決定手段の動作を示すフローチャートである。
スロット割当数決定手段１０２は、スロット関連付け手段２０６によって、処理済スロット数ｕを「０」（ｕ＝０）とする（ステップＳ１）。ここで、ｕ＝０は、ｕ（ｉ）＝０と同等である。そして、スロット割当数決定手段１０２は、パケット個数判定手段２０７によって、処理済スロット数ｕは、１フレーム分の全パケット数Ｘに達したか否かを判定する（ステップＳ２）。
スロット割当数決定手段１０２において、スロット割当数を決定する動作について、図７を参照（適宜図４および図５参照）して説明する。図７は、図４に示したスロット割当数決定手段の動作を示すフローチャートである。
スロット割当数決定手段１０２は、スロット関連付け手段２０６によって、処理済スロット数ｕを「０」（ｕ＝０）とする（ステップＳ１）。ここで、ｕ＝０は、ｕ（ｉ）＝０と同等である。そして、スロット割当数決定手段１０２は、パケット個数判定手段２０７によって、処理済スロット数ｕは、１フレーム分の全パケット数Ｘに達したか否かを判定する（ステップＳ２）。
処理済スロット数ｕが１フレーム分の全パケット数Ｘに達していない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、スロット割当数決定手段１０２は、含有率算出手段２０１によって、現在のＮＵＬＬパケット含有率Ｒを算出する（ステップＳ３）。そして、スロット割当数決定手段１０２は、方針決定手段２０２によって、現在のＮＵＬＬパケット含有率Ｒは目標値Ｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。
現在のＮＵＬＬパケット含有率Ｒが目標値Ｈ以下（Ｒ≦Ｈ）である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、スロット割当数決定手段１０２は、方針決定手段２０２によって、ＴＳパケットの種類をＮＵＬＬパケットに決定する。そして、スロット割当数決定手段１０２は、パケット選別手段２０３によって、ＮＵＬＬパケットを選別し（ステップＳ５）、規定数判定手段２０４によって、チャネル別のスロット割当数ｕ（ｉ）は規定数Ｕ（ｉ）の上限値Ｅ（ｉ）に達したか否かを判定する（ステップＳ６）。
スロット割当数ｕ（ｉ）が規定数Ｕ（ｉ）の上限値Ｅ（ｉ）に達していない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、スロット割当数決定手段１０２は、関連付け判定手段２０５によって、割当可能であるか否かを判定する（ステップＳ７）。割当可能である場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、スロット割当数決定手段１０２は、スロット関連付け手段２０６によって、ＮＵＬＬパケットをデータスロットに関連付ける（ステップＳ８）。これにより、パケット割当手段１０４は、該当するＴＳパケットをデータスロットに割り当てる。そして、スロット割当数決定手段１０２は、スロット関連付け手段２０６によって、該当するＴＳパケットの属するトランスポートストリームＴjについてスロット割当数ｕ（ｊ）をインクリメントし（ｕ（ｊ）←ｕ（ｊ）＋１：ステップＳ９）、ステップＳ２に戻る。
また、ステップＳ４において、これまでに割り当てられたデータスロットに関する含有率、すなわち、現在のＮＵＬＬパケット含有率Ｒが目標値Ｈより大きい（Ｒ＞Ｈ）場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、スロット割当数決定手段１０２は、方針決定手段２０２によって、ＴＳパケットの種類を実ＴＳパケットに決定する。そして、スロット割当数決定手段１０２は、パケット選別手段２０３によって、実ＴＳパケットを選別する（ステップＳ１０）。
また、前記したステップＳ６またはステップＳ７において、スロット割当数ｕ（ｉ）が規定数Ｕ（ｉ）の上限値Ｅ（ｉ）に達している場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、または、割当可能ではない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、スロット割当数決定手段１０２は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０に続いて、スロット割当数決定手段１０２は、規定数判定手段２０４によって、スロット割当数ｕ（ｉ）は規定数Ｕ（ｉ）の上限値Ｅ（ｉ）に達したか否かを判定する（ステップＳ１１）。スロット割当数ｕ（ｉ）が規定数Ｕ（ｉ）の上限値Ｅ（ｉ）に達していない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、スロット割当数決定手段１０２は、関連付け判定手段２０５によって、割当可能であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。割当可能である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、スロット割当数決定手段１０２は、スロット関連付け手段２０６によって、ＮＵＬＬパケットをデータスロットに関連付ける（ステップＳ１３）。これにより、パケット割当手段１０４は、該当するＴＳパケットをデータスロットに割り当てる。そして、スロット割当数決定手段１０２は、ステップＳ９に戻る。
また、前記したステップＳ１１またはステップＳ１２において、スロット割当数ｕ（ｉ）が規定数Ｕ（ｉ）の上限値Ｅ（ｉ）に達している場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、または、割当可能ではない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、スロット割当数決定手段１０２は、ステップＳ５に戻り、ＮＵＬＬパケットを選別する。
また、ステップＳ２において、処理済スロット数ｕが１フレーム分の全パケット数Ｘに達した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、スロット割当数決定手段１０２は、当該フレームについてのスロット数決定処理を終了し、差分加算手段２０８によって、割当スロット数ｕ（ｉ）と規定数Ｕ（ｉ）との差分ｅ（ｉ）を算出し、算出された差分ｅ（ｉ）を、次フレームにおけるスロット割当数ｕ（ｉ）に加算する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１〜Ｓ１４の処理により、例えば、図３に示す第１フレームｆ1および第２フレームｆ2は、図５に示す第１フレームＦ1および第２フレームＦ2のように、フレームの構成が変更される。なお、図５は、目標値Ｈが「２０％」の場合のフレーム構成を示している。図５では、第１フレームＦ1の処理が終了した時点におけるＮＵＬＬパケット含有率Ｒは、２０％（＝１０／５０）であり、第２フレームＦ2の処理が終了した時点におけるＮＵＬＬパケット含有率Ｒは、２０％（＝１０／５０）である。したがって、いずれのフレームでもＮＵＬＬパケット含有率Ｒは、目標値Ｈ（２０％）以上となる。
一方、このようなスロット数決定処理を実行しない場合には、多重化トランスポートストリームは、図３に示す第１フレームｆ1および第２フレームｆ2の構成のままとなってしまう。この場合には、第１フレームｆ1におけるＮＵＬＬパケット含有率Ｒは、２４％（＝１２／５０）であり、第２フレームｆ2におけるＮＵＬＬパケット含有率Ｒは、１６％（＝８／５０）である。したがって、第２フレームｆ2において、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒは、目標値Ｈ（２０％）よりも小さくなってしまうことになる。
[ＴＳパケットの取り出し順序]
次に、図３に示したフレーム構成から、図５に示したフレーム構成が生成されるまでの過程について、図８を参照して説明する。図８は、図５に示したフレームの構成が作成される過程を説明するための説明図である。
次に、図３に示したフレーム構成から、図５に示したフレーム構成が生成されるまでの過程について、図８を参照して説明する。図８は、図５に示したフレームの構成が作成される過程を説明するための説明図である。
図８に示す第１フレームＦ1において、５０個の符号（１）〜（５０）は、スロット関連付け手段２０６（図４参照）がＴＳパケットをデータスロットに関連付ける処理の順番を示している。具体的には、第１フレームＦ1において、スロット関連付け手段２０６は、処理の順番に対応して、例えば、以下の（１）〜（５）を実行する。
（１）トランスポートストリームＴ1′（１番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（２）トランスポートストリームＴ2′（２番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットにＮＵＬＬパケットを関連付ける。
（３）トランスポートストリームＴ4′（４番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（４）トランスポートストリームＴ5′（５番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（５）トランスポートストリームＴ1′（１番目のチャネル）の２番目のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
以下同様に、（６）〜（５０）の処理が実行される。
（１）トランスポートストリームＴ1′（１番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（２）トランスポートストリームＴ2′（２番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットにＮＵＬＬパケットを関連付ける。
（３）トランスポートストリームＴ4′（４番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（４）トランスポートストリームＴ5′（５番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（５）トランスポートストリームＴ1′（１番目のチャネル）の２番目のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
以下同様に、（６）〜（５０）の処理が実行される。
表１は、スロット割当数決定手段１０２（図４参照）においてそれぞれ求められる、ＮＵＬＬパケット含有率、パケット種別、および選択されるチャネルの遷移を示している。例えば、「累計スロットナンバ」が「１」〜「５」である場合に、「チャネル」は「１」，「２」，「４」，「５」，「１」と遷移している。これは、スロット関連付け手段２０６が、第１フレームＦ1において実行する（１）〜（５）の処理に相当する。
また、図８に示す第２フレームＦ2において、５０個の符号（１）〜（５０）は、スロット関連付け手段２０６（図４参照）がＴＳパケットをデータスロットに関連付ける処理の順番を示している。具体的には、第２フレームＦ2において、スロット関連付け手段２０６は、処理の順番に対応して、例えば、以下の（１）〜（５）を実行する。
（１）トランスポートストリームＴ3′（３番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（２）トランスポートストリームＴ4′（４番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットにＮＵＬＬパケットを関連付ける。なお、第２フレームＦ2では、トランスポートストリームＴ4′の割当数は、「−１」の状態から処理が開始されるので、最右端の位置が右にシフトしている。
（３）トランスポートストリームＴ4′（４番目のチャネル）の２番目のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（４）トランスポートストリームＴ1′（１番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。なお、第２フレームＦ2では、トランスポートストリームＴ1′の割当数は、「１」の状態から処理が開始されるので、最右端の位置が左にシフトしている。
（５）トランスポートストリームＴ2′（２番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。なお、（４）と同様に、最右端の位置が左にシフトしている。
以下同様に、（６）〜（５０）の処理が実行される。
（１）トランスポートストリームＴ3′（３番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（２）トランスポートストリームＴ4′（４番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットにＮＵＬＬパケットを関連付ける。なお、第２フレームＦ2では、トランスポートストリームＴ4′の割当数は、「−１」の状態から処理が開始されるので、最右端の位置が右にシフトしている。
（３）トランスポートストリームＴ4′（４番目のチャネル）の２番目のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。
（４）トランスポートストリームＴ1′（１番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。なお、第２フレームＦ2では、トランスポートストリームＴ1′の割当数は、「１」の状態から処理が開始されるので、最右端の位置が左にシフトしている。
（５）トランスポートストリームＴ2′（２番目のチャネル）の１番目（最右端）のデータスロットに実ＴＳパケットを関連付ける。なお、（４）と同様に、最右端の位置が左にシフトしている。
以下同様に、（６）〜（５０）の処理が実行される。
表２は、スロット割当数決定手段１０２（図４参照）においてそれぞれ求められる、ＮＵＬＬパケット含有率、パケット種別、および選択されるチャネルの遷移を示している。例えば、「累計スロットナンバ」が「１」〜「５」である場合に、「チャネル」は「３」，「４」，「４」，「１」，「２」と遷移している。これは、スロット関連付け手段２０６が、第２フレームＦ2において実行する（１）〜（５）の処理に相当する。
以上説明したように、本実施の形態に係る多重化装置１０によれば、多重される各トランスポートストリームにおけるＮＵＬＬパケットのバースト的な分布を、フレームごとに平均化することができる。
以上、実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、多重化装置１０は、一般的なコンピュータを、前記した各手段として機能させるプログラム（多重化プログラム）により動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。このプログラムにより、多重化装置１０と同等の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、スロット割当数決定手段１０２は、バッファ１２０から取り出されるＴＳパケット１つだけを判断材料としているが、２つ以上のＴＳパケットを判断材料としてもよい。この場合、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒを目標値Ｈに近づける能力を高めることが可能となる。
また、本実施形態では、スロット割当数ｕ（ｉ）をフレーム当たりの変数として定義して、フレーム単位にスロット割当数を決定するものとして説明したが、スロット割当数ｕ（ｉ）をスーパーフレームＳF当たりの変数として定義して、スーパーフレーム単位にスロット割当数を決定するように構成してもよい。この場合、図６に示したように、Ｗ個のフレームを連結してスーパーフレームＳFを構成するならば、以下のように、文字の示す意味または用語を示す文字を置き換える。
Ｕ（ｉ）：各トランスポートストリームＴiに対するスーパーフレーム当たりの規定数
ヘッダスロット数Ｐ′→Ｗ×Ｐ′
全スロット数Ｌ→Ｗ×Ｌ
Ｕ（ｉ）：各トランスポートストリームＴiに対するスーパーフレーム当たりの規定数
ヘッダスロット数Ｐ′→Ｗ×Ｐ′
全スロット数Ｌ→Ｗ×Ｌ
また、本実施形態では、各トランスポートストリームＴに割り当てる順序は、チャネル識別番号（ｉ）の値の小さい順としたが、本発明は、割り当てられるデータスロットの位置を限定するものではないので、逆に大きい順としてもよい。
また、本実施形態において、ヘッダに付加される制御情報に含まれる分離化情報は、受信装置３で、所定のトランスポートストリームを抽出できれば、その記述形式は限定されるものではない。例えば、各データスロットごとに各トランスポートストリームＴの識別番号（ｉなど）を記述したものでもよいし、各トランスポートストリームＴの識別番号ごとに規定数Ｕを記述したものでもよい。具体的には、分離化情報は、各トランスポートストリームＴ1，Ｔ2，Ｔ3に規定数Ｕ（１），Ｕ（２），Ｕ（３）を定めるものとする。このとき、各トランスポートストリームＴ1，Ｔ2，Ｔ3を構成するＴＳパケットを、予め定めた順番（例えば、Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3の順番）にデータスロットに、規定数Ｕ（１），Ｕ（２），Ｕ（３）の個数ずつ配置する。そして、多重された制御情報（分離化情報）を受信した受信装置３は、伝送されてきた分離化情報（規定数Ｕを含む）に基づいて、多重化トランスポートストリームＭから所定のトランスポートストリームＴを切り分けて抽出することが可能となる。なお、受信装置３によるトランスポートストリームＴの選択処理は、フレーム当たりに含まれるデータスロットの個数の変更に関わらず変化しない。
また、本実施形態の送信装置２について、トランスポートストリームＴが入力するときに、前記した式（３）を満たすために（データスロットを固定的に割当てるために）、予め定められた帯域幅のＮＵＬＬパケットを挿入することで、トランスポートストリームＴのレート変換を行うレート変換装置を備えるように構成してもよい。このような予め定められた帯域幅のＮＵＬＬパケットによって生じる空き帯域に対しても本発明は適用可能である。
また、本実施形態の規定数判定手段２０４において、上限値Ｅ（ｉ）を規定数Ｕ（ｉ）と同一の値（Ｅ（ｉ）＝Ｕ（ｉ））とするようにしてもよい。この場合、スロット関連付け手段２０６は、データスロットの個数の変更を行わず、多重化処理手段１０５は、規定数Ｕ（ｉ）どおりに多重することとなる。ただし、各トランスポートストリームＴを構成するＴＳパケットが割り当てられる際のバースト性が増し、結果として、受信装置３におけるバッファ残量の変動が大きくなるので、前記した実施形態のように、規定数Ｕ（ｉ）＜上限値Ｅ（ｉ）とすることが好ましい。
また、本実施形態では、含有率算出手段２０１は、ＮＵＬＬパケット含有率Ｒを算出するものとして説明したが、代わりに、実ＴＳパケットの含有率Ｒ′を算出するようにしてもよい。この場合には、方針決定手段２０２は、例えば、実ＴＳパケットの含有率Ｒ′が実ＴＳパケットの目標値Ｈ′より小さい場合に、関連付けるＴＳパケットの種類を実ＴＳパケットに決定し、実ＴＳパケットの含有率Ｒ′が実ＴＳパケットの目標値Ｈ′以下の場合に、関連付けるＴＳパケットの種類をＮＵＬＬパケットに決定することとなる。
また、本実施形態では、送信装置２は、多重化装置１０を備えるものとしたが、この多重化装置１０を送信装置２とは別のユニットに組み込むようにしても構わない。また、受信装置３と出力装置４とを一体のユニットで構成してもよい。
１ 放送システム
２ 送信装置
３ 受信装置
４ 出力装置
１０ 多重化装置
１０１ パケット情報抽出手段
１０２ スロット割当数決定手段
１０３ フレーム化情報生成手段（分離化情報生成手段）
１０４ パケット割当手段
１０５ 多重化処理手段
１１1〜１１N（１１） 受信手段
１２ 記憶手段
１２０1〜１２０N（１２０） バッファ
１２２ ＲＡＭ
１２４ ＨＤＤ
１３ 送信手段
２０１ 含有率算出手段
２０２ 方針決定手段
２０３ パケット選別手段
２０４ 規定数判定手段
２０５ 関連付け判定手段
２０６ スロット関連付け手段
２０７ パケット個数判定手段
２０８ 差分加算手段
２ 送信装置
３ 受信装置
４ 出力装置
１０ 多重化装置
１０１ パケット情報抽出手段
１０２ スロット割当数決定手段
１０３ フレーム化情報生成手段（分離化情報生成手段）
１０４ パケット割当手段
１０５ 多重化処理手段
１１1〜１１N（１１） 受信手段
１２ 記憶手段
１２０1〜１２０N（１２０） バッファ
１２２ ＲＡＭ
１２４ ＨＤＤ
１３ 送信手段
２０１ 含有率算出手段
２０２ 方針決定手段
２０３ パケット選別手段
２０４ 規定数判定手段
２０５ 関連付け判定手段
２０６ スロット関連付け手段
２０７ パケット個数判定手段
２０８ 差分加算手段
Claims (7)
- チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のデータストリームに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重する多重化装置であって、
前記各データスロットに割り当てられる各パケットが、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングを示す第１パケットであるか、または、前記第１パケット以外の伝送することを目的とするパケットである第２パケットであるかを示すパケット情報を前記各パケットからそれぞれ抽出するパケット情報抽出手段と、
前記抽出されたパケット情報に基づいて、前記データスロットに既に割り当てられたパケットの個数に対する前記第１パケットまたは前記第２パケットの個数を示す含有率が、予め定められた数値範囲に含まれるように、前記データスロットの個数を各チャネルごとに決定するスロット割当数決定手段と、
多重化後に前記各データストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成する分離化情報生成手段と、
前記各データストリームを構成する複数のパケットを前記各データスロットにそれぞれ割当てるパケット割当手段と、
前記複数のパケットが前記複数のデータスロットにそれぞれ割り当てられた前記各データストリームと、前記生成された分離化情報とを多重する処理を行う多重化処理手段とを備えることを特徴とする多重化装置。 - 前記スロット割当数決定手段は、
前記含有率を算出する含有率算出手段と、
予め定められた目標値と前記含有率とを比較し、比較結果に基づいて、前記データスロットに関連付けるパケットを、前記第１パケットと前記第２パケットとのうちの一方とする方針を決定する方針決定手段と、
前記パケット割当手段で割り当てた前記データスロットの空き具合に基づいて、前記方針決定手段で決定された方針に基づく一方のパケットを前記データスロットに関連付けることが可能であるか否かを判定する関連付け判定手段と、
前記一方のパケットを前記データスロットに関連付けることが可能であると判定された場合に、前記データスロットに前記一方のパケットを関連付けると共に、前記一方のパケットを前記データスロットに関連付けることができないと判定された場合に、当該データスロットに前記方針決定手段で決定された方針に基づく他方のパケットを関連付けるスロット関連付け手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の多重化装置。 - 前記スロット割当数決定手段は、
前記両パケットに関連付けたデータスロットの総数が、前記全パケットの個数に達したか否かを判定するパケット個数判定手段と、
前記両パケットに関連付けたデータスロットの総数が前記全パケットの個数に達したと判定された場合に、前記チャネルごとに、前記関連付けたデータスロットの個数と前記規定数との差分を算出し、算出された差分を、次のタイミングの前記所定多重時間の処理において、前記両パケットに関連付けたデータスロットの個数に加算する差分加算手段とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の多重化装置。 - 前記スロット関連付け手段は、前記各データストリームのうち、前記両パケットに関連付けられたデータスロットの個数の最も少ないデータストリームに対して優先的となるように、前記いずれかのパケットを前記データスロットに関連付けることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の多重化装置。
- 前記両パケットに関連付けたデータスロットの個数が、前記チャネルすべてにおいて、前記規定数の上限値に達したか否かを判定する規定数判定手段をさらに備え、
前記スロット関連付け手段は、前記チャネルごとに前記両パケットに関連付けたデータスロットの個数が前記規定数の上限値に達していないと判定された場合に、前記いずれかのパケットを前記データスロットに関連付けることを特徴とする請求項４に記載の多重化装置。 - チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のデータストリームに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重する多重化装置の多重化方法であって、
前記多重化装置は、
前記各データスロットに割り当てられる各パケットが、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングを示す第１パケットであるか、または、前記第１パケット以外の伝送することを目的とするパケットである第２パケットであるかを示すパケット情報を前記各パケットからそれぞれ抽出するパケット情報抽出ステップと、
前記抽出されたパケット情報に基づいて、前記データスロットに既に割り当てられたパケットの個数に対する前記第１パケットまたは前記第２パケットの個数を示す含有率が、予め定められた数値範囲に含まれるように、前記データスロットの個数を各チャネルごとに決定するスロット割当数決定ステップと、
多重化後に前記各データストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成する分離化情報生成ステップと、
前記各データストリームを構成する複数のパケットを前記各データスロットにそれぞれ割当てるパケット割当ステップと、
前記複数のパケットが前記複数のデータスロットにそれぞれ割り当てられた前記各データストリームと、前記生成された分離化情報とを多重する処理を行う多重化処理ステップとを有することを特徴とする多重化方法。 - チャネル別に予め定められた規定数の送出順序が予め定められたパケットから構成される複数のデータストリームに含まれる全パケットを、所定多重時間毎に、複数のデータスロットにそれぞれ割り当てて時分割多重するために、コンピュータを、
前記各データスロットに割り当てられる各パケットが、伝送レートを一定に保つことを目的としたパディングを示す第１パケットであるか、または、前記第１パケット以外の伝送することを目的とするパケットである第２パケットであるかを示すパケット情報を前記各パケットからそれぞれ抽出するパケット情報抽出手段、
前記抽出されたパケット情報に基づいて、前記データスロットに既に割り当てられたパケットの個数に対する前記第１パケットまたは前記第２パケットの個数を示す含有率が、予め定められた数値範囲に含まれるように、前記データスロットの個数を各チャネルごとに決定するスロット割当数決定手段、
多重化後に前記各データストリームを分離するための情報を示す分離化情報を生成する分離化情報生成手段、
前記各データストリームを構成する複数のパケットを前記各データスロットにそれぞれ割当てるパケット割当手段、
前記複数のパケットが前記複数のデータスロットにそれぞれ割り当てられた前記各データストリームと、前記生成された分離化情報とを多重する処理を行う多重化処理手段として機能させることを特徴とする多重化プログラム。
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