JP5497051B2 - 信号の同期のための改善された方法、システム及び装置 - Google Patents

Description

本発明の方法、システム及び装置は、信号の処理に関するものである。
より詳細には、本発明の方法、システム及び装置は、地理的に異なる位置及び／又は異なるフォーマットで２以上の信号源から発生された（たとえばビデオ又はオーディオ信号といった）情報信号に関連する無関係の基準信号の同期に関する。
この問題について既知のアプローチは、Kupnickiによる米国特許第6191821号で概説される。

FR2007/050918は、２以上のステーションを有するパケットネットワークで同期信号を送信することを記載している。画像の手掛かりは、同期信号から抽出される。番組のクロックリファレンスカウンタは、第一のカウンタのゼロクロスおきに又はそれ以上で初期化される。番組のクロックリファレンスカウンタは、全てのTech期間をサンプリングする。Techは、全てのネットワークステーションで同期される時間基準から導出される。サンプルを含むパケットは、ネットワークで送信される。同期信号は、genlock信号である。全てのネットワークステーションで同期される時間基準は、IEC1588の時間基準である。

FR2007/050919は、パケットネットワークにおける同期信号の送信のためのセキュアなメカニズムを記載している。装置は、２以上のステーションを含むパケット通信ネットワークでパケットを送信する。装置は、信号受信機を有しており、受信信号を使用してカウンタを制御する。カウンタは、Tech期間毎にサンプリングする。Techは、ネットワークの全てのステーションで同期される時間基準から導出される。カウンタの少なくとも次にサンプリングされる値を予測する増分値が計算される。サンプル値及び関連する増分値は、パケットで送信される。全てのネットワークステーションで同期される時間基準は、IEC1588の時間基準である。受信信号は、genlock（同期ロック）信号である。通信ネットワークは、IP（Internet Protocol）ネットワークである。

FR2007/050914は、パケットネットワークにおける同期信号を送信する２つのテンポラル記述子を生成して機能させることを記載している。パケットは、２以上のステーションを含むパケット通信ネットワークで送信される。信号受信機は、受信信号から周波数及び位相を導出するために適合される。マスタカウンタは、導出された周波数及び位相により提供され、初期化される。サンプリング装置は、規則的な間隔でマスタカウンタの値をサンプリングする。マスタカウンタのサンプリングされた値から、第一のテンポラル記述子が生成される。第二のカウンタは、マスタカウンタのサンプリングが行われるのと同じ瞬間で、全てのネットワークステーションで同期される。第二のテンポラルカウンタは、第二のカウンタのサンプル値から生成される。２つのテンポラル記述子は、ネットワークにおいて一緒に送信される。パケット通信ネットワークは、IPネットワークである。第二のカウンタは、IEC1588規格により全てのネットワークステーションで同期される。受信信号は、genlock信号である。

US2008/0122986A1は、パケットネットワークにわたり転送されるビデオ信号に応じたライブビデオの制作方法及びシステムを記載している。それぞれのシステムは、パケットネットワークにパケット化された時間コード信号を供給するマスタクロックと、マスタクロックからのパケット化された時間コード信号に基づいてマスタクロックに同期されるソースクロックを有するビデオソースとを含む。

EP1513044A1は、ネットワークタイムプロトコルを使用したクロックドリフトの補償を記載している。絶対時間を生成するネットワークタイムプロトコルタイムサーバを有する。これらの絶対時間は、インターネットプロトコルゲートウェイを通して残りの音声により行われるネットワークタイムのプロトコル要求に応答して生成される。インターネットプロトコルゲートウェイを通した残りの音声は、絶対時間を周期的に要求し、調節パラメータを生成する。
US2008/012986は、パケット網にわたり転送されるビデオ信号に応じてライブビデオを制作するシステムを開示しており、このパケット網は、パケット時間コード信号をパケット網に提供するマスタークロックと、マスタークロックからのパケット時間コード信号に基づいてマスタークロックに同期されるソースクロックを有するビデオソースとを含む。
WO2006/110960A1は、メディアデータの転送に適したデータネットワークを開示する。ネットワークは、マスタークロック装置と該マスタークロック装置に接続されるネットワーク装置とを含む。
US2005/207387A1は、信頼できないデータパケット通信ネットワークにおけるマスターとスレーブとの間の時間基準を一致させる方法を開示している。特に、この文献は、ハードウェアによるタイムスタンプ方法及び関連するハードウェアを開示している。US2005/207387A1は、無線通信、産業制御網におけるバックホーリング、Eithernetネットワーク及びビルディングオートメーションにおけるタイミング信号の配信の応用を開示している。
ウェブページhttp://www.IEEE1588.com/Switches.htmのオンライン文献“IEEE1558 and Switches”では、あるネットワークにおける異なる装置の同期のためにデータネットワークの時間管理の配信サービスが開示されている。

本発明の方法及び装置は、限定されるものではないが、ビデオカメラ、テレビジョンカメラ及びビデオテープマシンのような２以上のビデオ／オーディオ／マルチメディアソースの同期を可能にする。この同期がなければ、ソース間の切り替えにより、たとえばモニタ又は他の機器が新たな信号に自身をロックしようとする一方で、画像の安定性の瞬間的な損失となるであろう。この精通している例は、テレビ番組のシーン間の滑らかな遷移とは対照的な、あるテレビ局から別のテレビ局に切り替えたときのTV画像の瞬間的な分裂である。

たとえばビデオ信号及びその関連するオーディオ信号といった、異なる位置にある信号源からの信号が統合又は結合される必要がある多くの状況が存在し、この場合、たとえばサテライトフィード又はマイクロ波のリピータ中継ネットワークから受信されたビデオ信号は、（電話）陸線を通して放送施設に送信されるその関連するオーディオ信号を有する場合がある。他の場合には、たとえば放送施設と遠隔地との間でのニュース放送又はライブといったように、リモートビデオフィードは、ローカルビデオ信号と統合される場合がある。

一般に、ビデオ及びオーディオ又はマルチメディア機器は、同期のために外部の“genlock”基準信号を使用する。genlockは、ビデオプロ（ポスト）ダクション、非線形編集及び放送スタジオ等で一般に使用される。その使用は、ビデオ及びオーディオ又はマルチメディア機器の情報の出力が外部で発生された（GEN）信号にロックされ（LOCK）、スタジオ機器（カメラ、ビデオテープレコーダ、キャラクタ又はタイトルジェネレータ等）が互いに正しく機能することを保証する。genlockにより、情報出力は、外部の信号源に同期することができる。genlock基準信号は、通常のビデオ／オーディオ情報信号の形式を一般に有するが、番組のコンテンツをもたない。

genlock基準信号は、情報信号と同じ周波数の信号であて、情報信号に影響を及ぼす周波数ドリフト又は時間基準の誤差を受けない正確なタイミング信号を発生する同期ジェネレータにより生成される。アナログカラービデオ信号では、たとえば同期ジェネレータは、処理されている特定の信号のフォーマットの公称の仕様に対応する正確な間隔で、水平同期、垂直同期、カラーリファレンス、バーストフラグ及びブランキングパルスを、カラーブラックリファレンス信号として生成する。

NTSC標準に準拠する信号又はPAL標準に準拠する信号は、今日なお及び予知できる将来に使用される一方で、デジタル技術の出現は、ベースバンド領域と圧縮（MPEG-2,-4等）量の両者において、標準精細度及び高精細度テレビジョンの広範囲に及ぶ使用を可能にしている。これら全ての新たなデジタルTV標準は、同期化される必要があるデジタルブロードキャスティング／マルチメディア機器を利用する。

放送施設から生成されるビデオ信号及び放送施設内で生成されるビデオ信号は、マスタジェネレータにより発生される基準信号にゲンロックされ、このマスタジェネレータは、各種の信号を調整する共通の時間基準を提供する。

ビデオタイプの２つの情報信号の位相整合は、多数のアライメントのレベルを含む。第一に、最も近い垂直同期パルスに対する垂直アライメントが必要とされる。次いで、正しい水平ラインが揃えられる必要がある。次のレベルに関して、それぞれの画像は、空間的に同期される（水平方向及び垂直方向）。アナログコンポジットシステムでは、サブキャリアの更なる位相整合は、正しい色再現を達成するために最終的に実行される。

現代のデジタルシステムでは、サブキャリアの概念はもはや存在せず、水平方向及び垂直方向の位相の整合のみが必要とされる。垂直方向及び水平方向（並びに該当する場合にはサブキャリア）のアライメントを示す２つの信号は、同期しているとされ、スイッチング、ミキシング、重ね合わせ等のようなプロダクションプロセスにおける更なるタイミング調節なしに互いに使用することができる。

問題は、異なる位置で信号源から発生する情報信号を結合することが必要となる時に生じる。信号経路の長さは、たとえば、ビデオ信号がサテライトを介して中継され、その関連する信号が陸線を通して送信される場合に異なり、信号間の遅延の違いを引き起こす。或いは、たとえば遠隔地である人物に遠隔地のインタビューアがインタビューするといった共通のイベントに関連する情報を含む独立なビデオ信号、又は異なるサイトにいるパネリスト間のパネルディスカッションは、信号経路が異なる場合に異なる時間で放送施設に到達する。それぞれの遠隔地の信号源は、独立の基準信号にロックされる場合があり、他の無関係な基準信号又は放送施設により使用される基準信号と正確にアライメントされない場合がある。

SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineering）及びEBU（European Broadcasting Union）は、ブロードキャストインフラ同期における開発を調査している（たとえばwww.ebu-acip.orgを参照されたい）。IP（Internet Protocol）端末を通したオーディオは、遠隔サイト又はローカルオフィスからメインスタジオのセンターにIPネットワークを通してラジオプログラムのストリーミングのためのラジオオペレーションにおいてますます使用されている。インターネットもまた、特に長距離にわたりビデオ／オーディオ／マルチメディアの貢献の様々なシナリオのために益々使用されている。ニュース通信者は、それらの報告を伝達するために、ADSL又は他の利用可能なIPネットワークを介してISDN又はインターネットを使用するそれらの機器における選択を有する。例外なしに、ある製造メーカからのIP機器は、別の製造メーカのユニットとの同期はもちろんのこと、これまで互換性が無い。ビデオ／オーディオ／マルチメディア信号転送のモードについて想定される選択の増加の観点で、ブロードキャスティング／マルチメディア機器の機能及び性能を維持又は改善することが必要とされる。

本明細書で開示されるシステムは、無関係な情報及び／又は２以上のブロードキャスト／マルチメディア機器の信号源から発生された基準信号を同期するために適しており、信号は、異なる信号フォーマットであり、及び／又は受信装置で異なる遅延を受ける場合がある。システムは、１以上のネットワークタイムサービスを含むデータネットワークを有する。複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータは、情報及び／又は基準信号を生成するため、入力としてネットワークタイムサービスからの時間管理データを受ける。情報及び／又は基準信号の位相は、最初の時間点から経過した時間に基づいて計算される。複数のスレーブ情報及び基準信号ジェネレータのうちの１つは、最初の時間点から経過した時間データを生成する基準時間カウンタを有する。基準時間カウンタは、ネットワークの配信された時間データ（network distributed time data）の信号源に接続される。

少なくとも１つの基準時間カウンタは、ローカルの時間基準により計時され、及び／又は基準時間カウンタは、到来するネットワーク時間及びローカルで実行されるスレーブ時間データとを使用して、基準時間カウンタをロックする位相ロックループ回路の一部である。

マスター基準時間ジェネレータは、２以上のブロードキャスト／マルチメディア機器の信号源から生成される無関係の情報信号を同期する信号を送信するものであり、前記信号は、異なる信号フォーマットであり、及び／又は受信装置で異なる遅延を受ける場合がある。データネットワークの配信された時間管理サービスは、マスター基準時間ジェネレータとして割り当てられたマスタージェネレータにより提供される。

スレーブ情報信号ジェネレータは、ネットワークの配信された時間管理サービスを受けるデータネットワークに接続され、前記時間は、マスター基準時間ジェネレータにより送信される。スレーブ情報信号ジェネレータは、好ましくは位相ロックループにより、マスター基準ジェネレータのタイムカウンタのカウントを再び発生する。スレーブ情報信号ジェネレータは、最初の時間点から経過した時間に基づいて情報基準信号の位相を計算する。

タイムネットワークの配信される時間管理は、IPネットワークでIEEE1588/ISO/IEC61588により提供される。

２以上のブロードキャスト／マルチメディア機器の信号源から生成された無関係の信号及び／又は基準信号を同期させる方法が提案され、前記信号は、異なる信号フォーマットであるか、及び／又は受信装置で異なる遅延を受ける場合がある。

本方法は、以下のステップを含む。１以上のネットワークタイムサービスを含むデータネットワークを設けるステップ。複数のスレーブ情報及び／基準信号ジェネレータを設けるステップ。前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータの少なくとも１つが、情報及び／又は基準信号を発生するため、入力として前記ネットワークタイムサービスからの時間管理データを受けるステップ。基準時間カウンタを有する前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータのうちの１つにより前記最初の時間点から経過した時間データを生成するステップ。前記基準時間カウンタをネットワークの配信された時間データの発生源に接続するステップ。最初の時間点でのその位相に基づいて任意の基準及び／又は情報信号の位相を計算するステップ。

本方法は、以下のステップを更に含む。１以上のマスター基準時間ジェネレータを前記データネットワークに接続するステップ。前記マスター基準時間ジェネレータは、１以上の配信された時間サービスをネットワーク上の全ての装置に供給する。１以上の複数のスレーブ装置をデータネットワークに接続するステップ。前記スレーブ装置のそれぞれは、基準信号を生成するため、入力として配信された時間データを受けることができ、基準信号の位相は、最初の時間点から経過した時間に基づいて計算される。

本方法は、以下のステップを更に含む。前記マスター基準時間ジェネレータで、外部から供給された時間であるか又はマスター基準時間ジェネレータの時間をロード及び計時する任意の時間基準である入力として、絶対時間基準を受信するステップ。

本方法は、以下のステップを更に含む。前記スレーブ基準信号ジェネレータの少なくとも１つで、ローカル時間基準による基準時間カウンタを計時するステップ。フェーズロックループを実現して、到来するネットワークの配信された時間及びローカルで実行するスレーブ基準時間データとを使用して、スレーブ基準時間カウンタをロックするステップ。デバイススタートアップで、前記スレーブ基準信号ジェネレータでの前記カウンタに最近受信された基準時間カウントをロードするステップ。

また、本方法は、以下のステップを含む。サブマイクロ秒の範囲で、TV／ラジオ／マルチメディア情報データを転送する同じネットワークを使用して、ブロードキャスト／マルチメディア装置を同期させるためにIPネットワークにわたり時間基準信号を配信（ディストリビュート）するステップ。

最初の時間点（t=0）として（任意の瞬間“epoch”）、任意の時間点が選択され、この時間点で、全ての無関係の情報及び／又は基準信号、それらのクロックエッジ及びそれらの位相の関係がアライメントされる。スレーブ基準時間カウンタは、任意の瞬間で揃えられた信号を確定的に生成するために更に処理される。ネットワークの配信された時間管理サービスは、ネットワーク上のマスター基準時間ジェネレータ及びスレーブ基準時間ジェネレータに提供される。マスター基準時間ジェネレータは、外部から供給される時間又はマスター基準時間ジェネレータのカウンタをロード又は計時する任意の時間基準である入力として絶対時間基準を受信する。又は、時間及び時間基準は、マスター基準時間ジェネレータにとってローカルである。

正確な時間カウンタは、GPSのような外部の時間ソースにロックすることができる。マスタージェネレータは、この正確なタイムカウンタの時間管理情報を複数のスレーブ装置に伝達し、次いで、複数のスレーブ装置は、それらのカウンタを本実施の形態で記載されるようにマスターにロックする。従って、マスターとスレーブは、同期して動作する時間タウンタを含む。これらの時間カウンタは、ブロードキャスト／マルチメディア機器の信号源の任意の（情報）信号を同期させるために使用される。これは、IEEE1588/ISO/IEC61588のようなネットワークの時間管理サービスを使用して達成される。

関心のある全ての基準信号の位相は、ある以前の時間点（任意の瞬間“epoch”）で定義され、従って任意の基準信号の位相は、任意の後続する時間点で計算される。スレーブジェネレータは、絶対時間と既知の関係を持つ任意の所望の基準信号を生成し、従って多数のスレーブジェネレータは、同じ信号の同期コピーを独立して生成する。これらアライメントされた基準信号は、独立した情報信号を揃えるために使用される。このアプローチは、外部のグローバルソースから導出され、且つマスタージェネレータで例示化される（instantiated）時間を提供する。

genlock信号のような基準信号は、情報信号の形式を取る。スレーブ装置は、genlock基準を使用する２つのタイプからなり、一方のタイプは、情報信号の形式で旧式の基準genlock信号を生成し、他のタイプは、情報信号を直接生成する実際のコンテンツ（メディア）処理装置である。これまで、この装置は、基準genlock信号にロックされない。本実施の形態で記載される装置／方法は、（情報コンテンツとしての情報信号を扱う）他の機器をロックするために使用される（スレーブジェネレータにおける情報信号として）基準信号を生成するために使用される。その機器の出力は、情報信号の形式である。また、この方法は、中間の基準信号の使用なしに、コンテンツの処理装置が、出力情報信号を直接生成することを可能にする。

（非確定的）IPネットワークにわたるgenlock信号を送信することは、ブロードキャスティング／マルチメディア機器の同期を可能にする。（n IP）ネットワークの時間配信システムを使用することは、ゲンロックされるそれぞれ受信（スレーブ）装置において同期された時間を提供する。マスターからスレーブに時間基準（周波数）の直接的な転送が存在せず、正確な（絶対）時間の転送のみである。スレーブ装置で動作する正確な時間管理カウンタ及び本実施の形態で提案されるように「供給される“fed”」スレーブ装置とにより、スレーブ時間基準周波数は、PLL又は他の技術を使用してマスターの時間にロックされる。

本発明のシステム／方法により解決される技術的課題は、非一定の送信時間をもつパケット交換方式のネットワークにわたり１以上の関連する基準信号又は無関係の基準信号の決定的な生成である。FR2007/050918のような従来技術の概念は、ビデオから「画像の手掛かり（image cue）」を抽出し、所定の周波数（すなわち27MHz）でプログラムクロックリファレンス（PCR）カウンタを動作させているが、本発明のシステム／方法は、非確定的なパケット指向のネットワークを介して配信される高い精度の時間を使用し、スレーブをマスターに同期させるためにどのような周波数が望まれても時間カウンタを動作させるものである。本発明のシステム／方法は、genlock同期データ／信号を提供するため、パケットで正確な時間の配信についてIPネットワークの使用による。

IEEE1588のようなプレシジョンタイムプロトコル（PTP）は、（n IP）ネットワーク又はEthernet（登録商標）のような別の非決定的なパケット指向のネットワークを介して非常に正確な時間同期を可能にする。このプロトコルは、サブマイクロ秒の範囲で、TV／ラジオ／マルチメディアデータを転送する同じ（Ethernet）ネットワークを使用してブロードキャスト／マルチメディア装置を同期させる。NTP及びSNTPのような同様の時間同期プロトコルは、要求される同期精度又は集束速度を達成しないので、良好に適さない。

IEEE1588のような時間管理サービスは、IPネットワーク上のプライベートトラフィックを使用して分散された時間サービスを提供するものであり、専用のスイッチの使用により最適化される。

本発明の方法／システムでは、時間カウント及び時間基準は、（GPSのような）グローバルソースから、又は同期及び測定用のダウンストリーム（＝時間基準）のためにそれ自身のタイミング信号を生成する任意の他の正確な電子的なクロックから導出される。本発明の方法／システムによれば、任意の信号の位相は、ある任意の瞬間（t=0）で注目され、任意の係る信号は、１以上のスレーブにより確定的に再生され、これにより、（互いに独立である）それらのスレーブの出力信号は、同期される。

最初の時間点（t=0）として任意の時間点が選択され、その最初の時間点で、全ての無関係の情報及び／又は基準信号、それらのクロックエッジ及びそれらの位相の関係は揃っていると考えられる。ネットワークの配信された時間管理サービスは、「マスター」機能を提供する。前記マスター基準時間ジェネレータで、絶対時間基準は、外部から供給された時間又はマスターの基準時間ジェネレータのカウンタをロード及びクロックする任意の時間基準である入力として受けられ、時間及び時間基準は、前記マスター基準時間ジェネレータにとってローカルである。

少なくとも１つのスレーブ基準信号ジェネレータは、ローカルの時間基準により基準時間カウンタを計時する。位相ロックループは、到来するマスター基準時間及びローカルで実行されるスレーブ基準時間データとを使用して、スレーブ基準時間カウンタをロックするために実現される。デバイススタートアップで、スレーブ基準信号ジェネレータでのカウンタには、最近受信された基準時間のカウントがロードされる。

継続的に、スレーブは、ネットワーク配信時間を受信する。それらの内部の時間カウントと到来する時間とを比較することで、それらの時間基準は、マスター時間カウントにより同期動作を達成するために調節される。

それらのクロックでの時間測定とマスター装置での時間測定との間のオフセットをスレーブ装置のセットに決定されるため、以下の手順を使用することができるが、これは、単なる例示的な動作のモードである。様々な異なるモードは、本発明のシステム／方法に適している。

次いで、スレーブで実行している時間カウントは、情報及び／又は基準信号を導出するために使用される。変数ｔを物理的な時間を表すものとする。所与のスレーブ装置について、時間ｔでのオフセットｏ(t)は、ｏ(t)＝ｓ(t)−ｍ(t)により定義される。ここでｓ(ｔ)は物理的な時間ｔでのスレーブ装置のクロックで測定された時間を表し、ｍ(t)は、物理的な時間ｔでマスター装置のクロックで測定された時間を表す。それぞれのスレーブクロックがそのクロックとマスターのクロックとの間のオフセットを再計算するのを可能にするため、マスター装置がスレーブ装置とのメッセージの交換を周期的に開始するとする。

メッセージの交換が、このオフセットが安全に一定であると考えられるように短い期間を通して行われるとする。別の想定は、マスターからスレーブに進むメッセージの遷移時間は、スレーブからマスターに進むメッセージの遷移時間に等しいことである。さらに、マスターとスレーブの両者はメッセージを送出又は受信する時間を測定することができることが更に想定される。これらの想定が実施される程度は、スレーブ装置で測定されるオフセットの精度を制限する。

それぞれのメッセージのやり取りは、全てのスレーブにマスターのクロックにより送出されるSYNCメッセージで開始する。マスターは、このメッセージを送出したときに、そのクロックで測定された時間T1をタイムスタンプする。

このSYNCメッセージを受信したスレーブは、このSYNCメッセージを受信したときに、そのクロックで測定された時間T2に気付く。ｄがこのSYNCエッセー時の遷移時間であり、且つ

は、この遷移の間の一定のオフセットである場合、以下のように示される。

次に、マスターは、マルチキャストTIME1メッセージを送出し、マスターがSYNCメッセージを送出したときに、どの時間をマスターが測定したかをスレーブに通知する。それぞれのスレーブは、ここでT1及びT2を知る。

それぞれのスレーブは、RESPONSEメッセージをマスターに送出する。スレーブは、スレーブがこのRESPONSEメッセージを送出した時間T3を測定し、マスターは、マスターがこのRESPONSEメッセージを受信した時間T4を測定する。

次いで、マスターがマルチキャストTIME4メッセージをスレーブに送出して、マスターがRESPONSEメッセージを何時受信したかをスレーブに通知する。ここでT4は、以下に示される。

スレーブは、ここで時間T1，T2，T3及びT4を知る。上記式（１）と（２）を結合して、このトランザクションの間のオフセット

は、スレーブにおける適切なコンピュータ装置で計算される。

スレーブは、ここでこのトランザクションの間のオフセット

を知る。

このオフセットが時間につれてドリフトする間、このオフセットは補正され、この次にこのトランザクションのやり取りが行われる。

たとえばアトミッククロック又はGPS（Global Positioning System）といった非常に安定した時間ソースからの絶対時間入力を有するマスター基準ジェネレータは、マスター基準信号を生成する。ピコ秒の単位に分解される時間カウンタは、最初の時間ポイントから実現され、最初の時間ポイントから経過された時間は、たとえば秒数を示す整数部分と、最初の時間点から経過された分数秒の数を示す小数部分とから構成される多ビットワードといった、時間コードデータとしてマスター基準信号に周期的にエンコードされる。

それぞれの情報信号に関連するスレーブジェネレータは、マスター基準信号にゲンロックされ、各種情報信号がそれぞれのスレーブ基準出力にロックされる。それぞれの同期イベントは、同期イベントの（最初の時間点に関する）絶対時間を特定する時間コードデータに関連される。従って、２つの信号は、その関連されるスレーブ基準信号の前のフレームにエンコードされたとき、信号の位相オフセットを表す遅延定数に従って信号のうちの１つを遅延させることで、揃えられる。従って、信号のタイミングは、同期イベントの前に検出される。このアプローチは、限定されるものではないがNTSC、PAL、AES、MPEG-2、Timecode、Time of Day、ATSC及びHDTVを含めて様々なフォーマットで基準信号を同期するために適用される。

地理的に異なる位置における２つのTVスタジオは、GPSシステム又は別の正確な時間ソースを使用してインターネットを介して正確に同期化され、一方のスタジオから他方のスタジオへの送信は同期し、信号のタイミングは、予め知られることになる。

配信された時間サービスをスレーブ基準信号のジェネレータ装置に提供するマスタジェネレータによる複数のスレーブ装置での信号の同期をモードを例示する図である。 スレーブ基準及び／又は情報信号の発生装置を例示する図である。 同期エレメントのハードウェア及びソフトウェアコンポーネントを示す図である。 個々のレイヤの相互作用を示す図である。

図１は、多数のスレーブ装置での信号の同期を提供する装置を例示する図である。このシステムでは、例示を通して、マスターのネットワークタイムジェネレータは、IEEE1588のようなサービスを使用して、分散された精度のネットワークタイムサービスをマスタ及び全てのスレーブジェネレータ装置に提供する。スレーブ装置は、ネットワークの配信時間を受信し、この情報を使用してビデオ及びオーディオ情報並びに基準信号を確定的に生成する。独立したスレーブジェネレータは、互いに時間的にアライメントされ且つ同期した信号を生成する。マスタージェネレータは、たとえばアトミッククロック又はGPS（Global Positioning System）のような高度に安定した基準である時間源からの入力を好ましくは受ける。代替的に、マスタージェネレータは、最後に知られた時間情報を使用してそれ自身の内部発振器で実行する。このジェネレータは、ブロードキャストシステムの実現にとって固有であるか、管理されるネットワークインフラのローカルの「ハウスタイム“house time”」である場合がある。

本発明の概念を可能にするために適したメカニズムは、IEEE1588，IEC/ISO61588のようなネットワーク時間管理サービスであり、このサービスは、IPネットワークでのプライベートトラフィックを使用した配信時間サービスを提供するものであり、専用のスイッチの使用により最適化される。専用のスイッチの理由は、プロトコルの精度が基礎となるネットワークトポロジーの待ち時間のジッタに依存することにある。ポイントツーポイント接続は、最も高い精度を提供し、ハブは非常に少ないネットワークのジッタを課す。非常に低いネットワーク負荷の下で又はネットワーク負荷がない状態の下で、ISOレイヤ２は、典型的には２〜１０マイクロ秒にパケット受信時間を加えて非常に低い処理時間を有する。約０．４マイクロ秒の待ち時間のジッタを持つスイッチを利用することもできる。しかし、スイッチは、キューにより動作し、記憶及び転送するので、唯一の待ち行列に入れられた最長のパケットは、１００マイクロ秒の範囲で後続のパケットについて遅延を課し、高い負荷の下で、１を超えるパケットがキューにある。プロトコルの精度の別のファクタは、マスターからスレーブへ、逆にスレーブからマスターへの両方向について遅延が完全に対称であることである。

基準信号は、基準信号に関連される情報信号にアライメントを施すために同期される。情報信号は、異なるフォーマットであるか及び／又は異なるサイトから生成される場合がある。本実施の形態で使用されるように、「情報信号」又は「情報データ」は、たとえばNTSC、PAL、SDI、MPEG-2、MPEG-4及びATCのような現在標準のビデオ信号、及び／又はAESデジタルオーディオ、MP3、MP4等のようなオーディオ信号といった、アナログ又はデジタル形式で情報を含む任意の信号を含む。本発明のアプローチは、放送施設、編集施設等による、重ね合わせ、結合、統合等のためにアライメントが施される情報に適用される。

マスタージェネレータは、絶対時間の入力から時間情報を読み取り、そのIEEE1588ジェネレータをそれに同期させる。（たとえばGPSからの）関連する外部の時間基準の使用により、IEEE1588マスタージェネレータは、非常に正確な時間配信をスレーブ装置に提供することができる。

任意の時間点は、最初の基準点（t=0）として選択され、全ての無関係のタイミング信号、クロックエッジ及び位相の関係は、最初の基準点で一致すると考えられる。genlock時間データは、情報信号が統合又は結合されることとなる任意の後の時間点でそれぞれの情報信号の位置を計算し、従って補償の遅延が適用されるようにそれぞれの信号の他の信号に対する位相のオフセットを計算するために使用される。

スレーブジェネレータは、IEEE1588ネットワーク時間にそれぞれロックされる。IEEE1588プロトコル内での補償の手順は、マスターとそれぞれのスレーブとの間の遅延の補償を提供し、従ってそれぞれのスレーブが任意の時間的な瞬間で同じ絶対の時間データを含むことを保証する。時間データを使用して、スレーブは、出力信号とそれらの時間基準とを同期させることができる。ある前の時間点で位相において新た締め定義された任意の信号について、任意の他の時間点でのその信号の位相をソフトウェア手段により計算することができる。スレーブは、進行中の時間管理データからその出力信号について必要とされる位相を導出するために必要な計算を利用する。

図２で例示されるスレーブ基準ジェネレータ装置は、たとえば進行中の時間カウントを提供するIEEE1588である、ネットワークの配信された時間サービスを受ける。さらに、基準時間カウンタが実現され、ローカルの時間基準で計時される。この時間は、受信されたネットワーク時間と比較され、誤差値が生成される。この誤差は、ローカルの基準時間カウンタとネットワークの分散された時間との間の時間差を表す。この誤差値は、ローカルカウンタが比較のときにマスターカウンタよりも時間的に前のカウント値である場合に、ローカルカウンタのカウントレートを増加するために時間基準の周波数が高められるように、ローカル時間の周波数をステア（舵取り）するために使用される。逆に、ローカルカウンタがマスターよりも大きなカウント値を有する場合、時間基準の周波数が低減される。

比較から比較まで、スレーブにおけるローカルの時間基準の周波数の誤差は、時間管理における誤差として測定され、この情報は、ループフィルタリング技術を使用して、時間を通して正しい周波数にローカルの時間基準をステアするために使用される。

結果として、スレーブgenlock時間カウンタは、マスターにおけるgenlock時間カウンタと同期し、それぞれのスレーブから導出された信号は、互いに同期する。

スタンドアロン動作のある時間後のネットワークへのスタートアップ又は再接続で、所定の基準信号の規格により許容される時間基準のオフセットにおける制限のため、ローカル時間基準をオフセットすることによりカウントを同期させる過度の時間が必要とされるように、スレーブgenlockカウンタは、マスターカウントと著しく異なる可能性がある。この場合、ループマネージメントアルゴリズムは、高速のロックを達成するため、ローカルgenlockカウンタにマスターのサンプル値をロードするのを開始する。位相ロックは、その後に開始する。

マスターカウンタと同期して動作しているので、スレーブカウンタは、genlock基準信号と同期するために使用することができる。

マスタージェネレータのアーキテクチャは、ハードウェアとプロトコル自身で実現されるタイムクリティカルな部分であって、厳密なリアルタイム条件であるソフトウェア部分から分離されるタイムクリティカルな部分を分離するコンセプトに基づく。従って、プロトコルは、低い優先度のプロセスで実行され、及び／又は低いパフォーマンスの要件をもつプロセッサで実行される。マスタージェネレータは、非常に正確なリアルタイムクロック、及びタイムスタンプを生成するタイムスタンプユニット（TSU）を有する。ソフトウェア部分は、リアルタイムクロック及びタイムスタンプユニットへのインタフェースをもつ実際のIEEE1588プロトコルを実現する。図３ａは、ＩＥＥＥ１５８８同期エレメントのハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの協働を例示する。

このアーキテクチャの意図することは、ソフトウェアコンポーネントの大部分がオペレーティングシステム（OS）に独立なモデリングをサポートする。異なる抽象化レベルをもつ３つのレイヤが提供される。プロトコルレイヤは、オペレーティングシステムに独立なPTP（Precision Time Protocol）を実現する。OSの抽象化レイヤは、PTPと選択されたオペレーティングシステムとの間のインタフェースを形成する。タスク／プロセス、セマフォ、タイマ、ソケット等といったオペレーティングシステムにより利用可能にされる機能は、OSレイヤにわたりマージされる。図３ｂは、個々のレイヤの相互作用を例示する。

プロトコルレイヤは、OSに独立であり、あるネットワークにおけるIPネットワークにおける装置の同期のためにPTPを実現する。個々の通信エレメントを同期させるための実際の処理は、個々に位置される。プロトコルレイヤ内で、プロトコルディスパッチャは、個々のプロセスの間の機能のアトミックな実行を保証する。プロトコルとOS抽象化レイヤとの間の通信は、キューと３つのインタフェースとにより実現される。

ミドルレイヤ、すなわちOS抽象化レイヤは、ネットワークに実際に存在する装置に適合される、オペレーティングシステムに依存した機能を包含する。タイムスタンプインタフェースは、同期及び遅延の要求（Sync&Delay_Req）メッセージの取得されたタイムスタンプをPTPに提供する。しかし、精度の要件に依存して、ハードウェアユニットすなわちTSU又はソフトウェアの何れかがタイムスタンプを生成する。「ソフトウェアタイムスタンプ」を生成する１つの可能性は、オペレーティングシステムに依存するNICドライバ（プロセスを送出するRX-ISR）において、伝送媒体のできるだけ近くにあることである。ローカルクロックは、クロックインタフェースを介して読み取られ、変更される。

ハードウェアリアルタイムクロックを有さない実現は、オペレーティングシステム又はたとえばUNIXデリバティブ（derivatives）の下でのナノカーネルといった最適化されたソリューションのシステムクロックを使用することができる。ローカルクロックを設定することとは別に、このインタフェースは、時間同期の品質（精度、安定性、遷移挙動等）に関与する制御アルゴリズムを含む。ポートインタフェースは、PTPメッセージの送出及び／又は受信するために使用される。IEEE1588のテレグラムは、UDP/IPを除くマルチキャストパケットを使用し、従ってIPプロトコルスタックのソケットインタフェースを通してそれらを送出及び受信することを可能にする。

クロック又はタイマは、定義されたエポーク（epoch）から時間の経過の測定を提供する装置である。バンダリクロック（boundary clock）及びオーディナリクロック（ordinary clock）といった２つのタイプのクロックが存在する場合がある。バンダリクロックは、１以上のPTPポートを持つクロックであり、それぞれのPTPポートは、PTP通信経路を分離するためのアクセスを提供する。バンダリクロックは、ルータ及び類似のネットワークエレメントにより生成される変動を除去するために使用される。タイムスタンプが生成されるアウトバウンド及びインバウンドのプロトコルスタックにおけるポイントは、クロックタイムスタンプのポイントと呼ばれる。

介在するバンダリクロックをもたない２つのPTPプロトコル間のPTP情報の通信は、直接通信である。１つのクロックを、たとえばGPSシステムといった外部の時間源に同期させ、UTC時間基準を確立することが望ましいことがある。この同期は、外部同期と呼ばれる。あるタイムスケールの起源を定義する基準時間は、エポークと呼ばれる。クロックの集合において、グランドマスタークロックは、全ての他のクロックが最終的に同期される基礎の時間源としての役割を果たす。それぞれの領域において、シングルクロック、マスタークロックが存在し、基礎の時間源としての役割を果たす。マスタークロックは、他のマスタークロックに同期し、最終的にグランドマスタークロックに同期する。Sync&Delay_Reqメッセージは、区別される特徴、メッセージのタイムスタンプポイントを含み、これらのメッセージの基準点としての役割を果たす。メッセージのタイムスタンプポイントがクロックのタイムスタンプポイントを経過したとき、あるタイムスタンプが生成され、ローカルクロックに対する必要な補正する計算するために使用される。オーディナリクロックは、１つのPTPポートをもつクロックである。

PTPは、“Precision Time Protocol”の略記である。PTPドメインは、１以上のPTPサブドメインの集合である。Sync、Delay_Req、Follow-up、Delay_Resp及びManagementといった５つの指定されたメッセージタイプが存在する。PTPメッセージは、マルチキャストを介して通信される。この通信スタイルでは、任意のノードは、メッセージを送出し、全てのノードは、このメッセージを受ける。

PTPポートは、ポートを含むクロックへの通信のための論理的なアクセスポイントである。２つのクロックが同じエポークを有し、両方のクロックによる任意の時間間隔の測定が指定された不確かさだけ異なる場合に、２つのクロックは、指定された不確かさに対して同期される。同じイベントについて２つの同期されたクロックにより生成されたタイムスタンプは、指定された不確かさだけ異なる。

Claims (6)

1. ２以上のブロードキャスト／マルチメディア機器の信号源から生成された情報及び／又は基準信号を同期させるシステムであって、
   前記情報及び／又は基準信号は、異なる信号のフォーマットであり、及び／又は受信装置で異なる遅延を受け、
   当該システムは、
   １以上のデータネットワークの時間管理サービスを含むデータネットワークであって、前記１以上のデータネットワークの時間管理サービスのマスタージェネレータは、マスター基準時間ジェネレータであり、前記マスター基準時間ジェネレータは、前記１以上のデータネットワークの時間管理サービスを利用して時間管理データを送信するよう構成され、前記時間管理データは最初の時間点から経過した時間カウントを表す、前記データネットワークと、
   複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータとを備え、
   前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータの各々は、当該システムの他の何れか各自の情報及び／又は基準信号から独立して情報及び／又は基準信号を生成するため、前記データネットワークの時間管理サービスからネットワーク時間である時間管理データを入力として受け、前記情報及び／又は基準信号の各々は、前記マスター基準時間ジェネレータのマスター基準信号と同期させるため前記最初の時間点から経過した時間に基づいて計算される位相を有し、前記情報及び／又は基準信号の各々は、他のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータにより生成される前記情報及び／又は基準信号の各々と揃えられ、
   前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータの各々は、前記マスター基準時間ジェネレータと前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータのうちの各々との間でやり取りされる同期及び応答のトランザクションに基づいて、前記最初の時間点から経過したローカル時間データを発生するローカル基準時間カウンタを有し、
   前記ローカル基準時間カウンタの各々は、ネットワークの配信される時間データの発生源に接続され、前記ネットワークの配信された時間データの発生源は、前記マスター基準時間ジェネレータであり、
   前記ローカル基準時間カウンタの少なくとも１つは、ローカルの時間基準により計時され、
   前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータのうちの少なくとも１つは、フェーズロックループにより、前記マスター基準時間ジェネレータの時間カウントを再び発生し、
   前記ローカル基準時間カウンタは、前記ローカル基準時間カウンタが前記マスター基準時間ジェネレータの時間カウントよりも小さいカウント値を有する場合に、前記ローカル基準時間カウンタのカウントレートを増加するためにローカル時間基準の周波数が高められ、前記ローカル基準時間カウンタが前記マスター基準時間ジェネレータの時間カウントよりも大きいカウント値を有する場合に、前記ローカル時間基準の周波数が減少されるように、前記ローカル基準時間カウンタをロックする前記フェーズロックループの一部である、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記マスター基準時間ジェネレータは、オペレーティングシステムを実行する、請求項１記載のシステム。
3. PTP（Precision Time Protocol）は、前記オペレーティングシステムとは独立なプロトコルレイヤで実現される、請求項２記載のシステム。
4. 前記マスタージェネレータは、GPS（Global Positioning System）システムからの入力を受ける、請求項２記載のシステム。
5. 前記マスタージェネレータは、それ自身の発振器を有する、請求項１記載のシステム。
6. ２以上のブロードキャスト／マルチメディア機器の信号源から生成された情報及び／又は基準信号を同期させるシステムが行う方法であって、
   前記情報及び／又は基準信号は、異なる信号のフォーマットであり、及び／又は受信装置で異なる遅延を受け、
   前記システムは、
   １以上のデータネットワークの時間管理サービスを含むデータネットワークであって、前記１以上のデータネットワークの時間管理サービスのマスタージェネレータは、マスター基準時間ジェネレータであり、前記マスター基準時間ジェネレータは、前記１以上のデータネットワークの時間管理サービスを利用して時間管理データを送信し、前記時間管理データは最初の時間点から経過した時間カウントを表す、前記データネットワークと、
   複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータとを備え、
   前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータの各々は、情報及び／又は基準信号を生成するため、前記データネットワークの時間管理サービスから前記時間管理データを入力として受け、前記情報及び／又は基準信号は、前記マスター基準時間ジェネレータのマスター基準信号と同期させるため前記最初の時間点から経過した時間に基づいて前記システムの他の何れか各自の情報及び／又は基準信号から独立して計算される位相を有し、前記情報及び／又は基準信号の各々は、前記他のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータにより生成される情報及び／又は基準信号の各々と揃えられ、
   前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータの各々は、前記マスター基準時間ジェネレータと前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータの各々との間でやり取りされる同期及び応答のトランザクションに基づいて、前記最初の時間点から経過したローカル時間データを発生するローカル基準時間カウンタを有し、
   前記ローカル基準時間カウンタの各々は、ネットワークの配信される時間データの発生源に接続され、前記ネットワークの配信された時間データの発生源は、前記マスター基準時間ジェネレータであり、前記ローカル基準時間カウンタの少なくとも１つは、ローカルの時間基準により計時され、
   当該方法は、
   前記複数のスレーブ情報及び／又は基準信号ジェネレータのうちの前記少なくとも１つが、フェーズロックループにより、前記マスター基準時間ジェネレータの時間カウンタを再び発生する段階であって、前記ローカル基準時間カウンタは、前記フェーズロックループの一部である、前記再び発生する段階と、
   前記フェーズロックループが、前記ローカル基準時間カウンタが前記マスター基準時間ジェネレータの時間カウントよりも小さいカウント値を有する場合に、前記ローカル基準時間カウンタのカウントレートを増加するためにローカル時間基準の周波数が高められ、前記ローカル基準時間カウンタが前記マスター基準時間ジェネレータの時間カウントよりも大きいカウント値を有する場合に、前記ローカル時間基準の周波数が減少されるように、前記ローカル基準時間カウンタをロックする段階と、
   を含むことを特徴とする方法。

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