JP5902477B2 - パケット交換ネットワークにおける同期通信デバイスの配信遅延補償 - Google Patents

パケット交換ネットワークにおける同期通信デバイスの配信遅延補償 Download PDF

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Description

本発明は機器の同期調整に関する。より詳細には、機器の相互同期調整(inter−synchronizing)のための、コミュニケーション・ネットワークを介する同期信号の伝送、及びパケット交換ネットワークに接続された通信デバイスの配信遅延の補償に関する。
特定の機器、例えばビデオ機器(例えばカメラ又はビデオレコーダ)は、一度同期された基準時間ベースによって、同期されたデータ(例えばビデオ画像)を提供する。この同期化は同期信号を機器に発信することによってなされ、これは、ビデオ機器の(非制限(non−limiting))ケースでは、例えば「ジェネロック(Genlock)」と呼ばれている。同期信号の伝送が専用のケーブルによってされる場合、例えば同軸タイプによる場合には、他のいかなる信号フローも、このケーブルで通信されることはない。その結果として、同期する機器のさまざまなアイテムに対して、同期信号を送信する際の遅延は一定であり、かつ、ジッタは無い。受信された同期信号を基準として、機器の各々のレシーバ・アイテムは、そのオペレーションに固有で、かつ、それぞれのデータセット(例えば画像)が同じ同期化の対象である機器のそれぞれのアイテムから生成されるデータセットと位相が厳格に一致することを保証する、タイミングクロック(又は基準時間ベース、又は、参照クロック信号)を再構築することが可能である。したがって、例えば、2台のカメラは、それぞれ異なるが、位相及び周波数が相互に厳格に合っているビデオ・コンテンツを例えば生成することができる。クロックの位相及び周波数は、いわゆるタイミングを意味する。機器が、それぞれの機器によって異なる伝送の遅れ及びジッタの存在するコミュニケーション・ネットワーク(たとえば、パケットスイッチングネットワークに接続されている場合、例えば有線でのネットワーク(イーサーネット)あるいは無線ベースのIPネットワーク)に接続されている場合、同期信号を送信することはもはや可能でない。同期信号を代表するサンプリングされたランプ信号が、ネットワーク部分に送信される。
より正確に言うと、送る側において、基準クロック、及びコンテンツ・チック(例えばイメージチック(image ticks))を回復することを可能にする情報は同期信号(例えばジェネロック)から抽出される。これは機器のマスター・アイテムによって配信される。基準クロック信号は、第1及び第2のカウンタを供給する。第1及び第2のカウンタは、第1及び第2の同期ランプ信号を配信するものであり、それぞれ最後に回復したコンテンツ・チックからの、及び最後の基準・チックからの基準クロック信号のチック(ticks)の数を表す。第1のカウンタの値は、コンテンツ・チックが回復する毎に、ゼロにセットされる。第3のカウンタは、第1のランプ信号0の設定の数を計り、この数が、選ばれた閾値に等しくなる毎に、基準チックを生成する。第2のカウンタ(一般に、「PCR」(Program Clock Reference)と呼ばれる)の値は、基準チックが生成される毎に、ゼロにセットされる。第2のランプ信号はサンプリング周波数(それは、通常、ネットワークによって提供される)に従ってサンプリングされる。そして、結果として生じるサンプルは、パケットのフレームによって機器のレシーバ・アイテムにネットワークを介して送信される。
ビデオ・コンテンツの場合、625ラインの標準であれば、コンテンツ・チックの期間は例えば40msに等しい点に留意すべきである。
受信側において、ネットワークを介して受信されるサンプルは、フェーズロックループ(PLL)に同期させるために使用される。したがって、開始基準クロック信号を再構築する。より正確に言うと、フェーズロックループは、伝送された第2のサンプリングされたランプ信号に基づいて、基準クロック信号を再構築する。そして、これは、第2のランプ信号を再構築する。この第2のランプ信号は、送信側でサンプリングされたものと位相において同一となる。処理手段は、同時カウンタの値を初期化することを担当し、第2の再構築されたランプ信号に同期する。これは、後者に基づき、再構築された基準クロック信号に基づいている。第2のランプ信号(PCR)は、送信側においては、通常の間隔(サンプリング間隔)でサンプリングされ、受信側には、不規則な間隔で到着する。これは、主に伝送によって生じるジッタが原因となっている。これらのPCR信号については、受信側の通常の間隔(Tsamp)が再び考慮される。フェーズロックループ(PLL)は、ランプを間隔Tsampのサンプリング信号によってカウントし、PCRのサンプリングの瞬間に関連するジッタをフィルタリングする役割を担う。このため、送信側で生成された第2のランプ信号(PCR)と厳格に同期した第2のランプ信号が、(受信側の)カウンタからの出力として取り出される。送信側と受信側のサンプリングの瞬間との間の不正確性は、適切なバンド幅のPLLによって吸収される。したがって、周波数及び位相に関して、再構築された受信側の基準クロックのタイミングは、送信側で生成されたものと一致する。
一旦タイミングが再構築されると、第1のランプ信号を再構築して、かつ、第2の再構築されたランプ信号と同期させることが必要である。したがって、送信側で使用されるのと同じゼロ設定期間(例えば40ms)が使用される。そして、第1のランプ信号がゼロに設定される毎に、コンテンツ・チックが生成され、かつ、コンテンツ・チックに基づいて初期の同期信号が再構築され、かつ基準クロックが再構築される。
この同期メカニズムは、国際出願PCT FR2007/050918に開示されている。
このようにすることによって、この種の基準ステーション(reference station)によって動作する機器は、同期データストリームを生成する。しかし、上述のシステムは、ストリームが生成された後の、データ配信所要時間への対処がなされないという課題がある。この課題は例えば、音、及びビデオ信号の両者が、上述のように同期してマイクロホン及びカメラに同時に取り込まれた場合に発生する。ビデオ、及びオーディオストリームの両者は、同期して取得され配信される。この種のストリームがテレビに送信される場合であって、カメラとテレビとの間のビデオストリームの配信所要時間が必ずしもマイクロホンとテレビとの間の配信所要時間と完全に一致していない場合、2つのストリーム間の遅延によって、オーディオ・リップシンク効果が、テレビに現れる。カメラ及びマイクロホンの同期信号の再構築は、テレビにおいて完全に二つのストリームが同調することを保証できない。
この問題の他の例としては、二つの同期したカメラから二つのビデオストリームがビデオミキサーに配信された場合にも発生する。例えば、二つの異なるデータパスによる異なる伝送、及び/又は、処理時間による、配信所要時間の違いのために、二つのビデオストリームのきれいな移行を行うことができない。
本発明の目的の1つは、従来技術において、さまざまな同期信号によりデータストリームが同期された場合に、さまざまなデータ配信所要時間による遅延による懸念を解消することである。これは、これらの遅延を補償するメカニズムを提供することによってなされる。
[発明の開示]
本発明が解決しようとする技術的課題は、ネットワークを介して、全ての受信側で一致した同期信号を再構築するために使用され得る情報を伝達することである。
したがって、本発明は、第1の態様に従って、パケット交換ネットワークにおいて、前記ネットワークに接続された通信デバイスにパケットを配信することが可能な基準ステーションであって:
・前記基準ステーションによって受信される同期信号からイメージチックを取り出すための手段と;
・それらのイメージチックからイメージカウンタを初期化するための手段と;
・前記イメージカウンタのm番目のリセット毎に、カウンタCPT_PCRを初期化するための手段であって、前記カウンタCPT_PCRは、前記イメージカウンタによって生成されるクロックによって駆動される、手段と;
・期間Tech毎に、前記カウンタCPT_PCRをサンプリングするための手段であって、Techは、前記ネットワークの全てのステーションに同期されたタイムベースによって発行される、手段と;
・前記カウンタCPT_PCRのサンプルPCRを含むパケットを配信するための手段と;を有し、
この目的を達成するために、前記パケットに少なくとも時間的オフセットを挿入するための手段であって、前記時間的オフセットは、前記ネットワークの予め定められたパスのデータ配信所要時間を表す、手段を有する。
本発明は、第2の態様に従って、パケット交換ネットワークを介して接続される受信通信デバイスであって、前記受信通信デバイスは、前記ネットワークに接続された基準ステーションからパケットを受信することが可能であり、前記受信通信デバイスは、前記ネットワークに接続されている発信通信デバイスからデータストリームを受信することが可能であり、前記受信通信デバイスは:
・サンプルPCRを含むパケットを受信するための手段であって、前記サンプルPCRは、期間Techにおいてなされるサンプリングオペレーションから得られ、Techは、前記ネットワークの全てのステーションに同期されたタイムベースによって発行される、手段と;
・前記サンプルを受信し、合成されたクロックCLK_out及びローカル・サンプルPC_Rlocを、各Tech期間において配信する位相ロックループPLLによって、カウンタランプCSR_PCRを生成するための手段と;
・前記カウンタランプCSR_PCRがゼロと等しくなる毎に、前記合成されたクロックCLK_outによって駆動されたイメージカウンタCPTを初期化するための手段と;
・前記イメージカウンタCPTがゼロに等しくなる毎に、イメージチックを生成するための手段と;
・前記イメージチックから同期信号を生成するための手段と;を有し、
この目的を達成するために、受信通信デバイスは、
・少なくとも前記パケットに挿入された時間的オフセット値を受信するための手段と;
・送信通信デバイスからデータストリームを受信するための手段と;
・受信されたデータストリームから、受信された時間的オフセットの中で、どの時間的オフセットを考慮しなければならないかを決定するための手段と;
・考慮された時間的オフセットで、前記受信されたデータストリームを時間的にシフトするための手段と;を有する。
本発明は、第3の態様に従って、
パケット交換ネットワークを介して接続される送信通信デバイスであって、前記送信通信デバイスは、前記ネットワークに接続された基準ステーションからパケットを受信することが可能であり、前記送信通信デバイスは、前記ネットワークを介してデータストリームを送ることが可能であり、前記送信通信デバイスは:
・サンプルPCRを含むパケットを受信するための手段であって、前記サンプルPCRは、期間Techにおいてなされるサンプリングオペレーションから得られ、Techは、前記ネットワークの全てのステーションに同期されたタイムベースによって発行される、手段と;
・前記サンプルを受信し、合成されたクロックCLK_out及びローカル・サンプルPC_Rlocを、各Tech期間において配信する位相ロックループPLLによって、カウンタランプCSR_PCRを生成するための手段と;
・前記カウンタランプCSR_PCRがゼロと等しくなる毎に、前記合成されたクロックCLK_outによって駆動されたイメージカウンタCPTを初期化するための手段と;
・前記イメージカウンタCPTがゼロに等しくなる毎に、イメージチックを生成するための手段と;
・前記イメージチックから同期信号を生成するための手段と;を有する。
この目的で、送信通信デバイスは、
・前記同期信号に同期して、ネットワークを介して、データストリームを送信するための手段と;
・前記送信通信デバイスの識別を前記データストリームに挿入するための手段と;
を有する。
本発明は、第4の態様に従って、パケット交換ネットワークを介して接続される2台の通信デバイス間で、周波数1/Techで実現されるカウンタランプのサンプルを転送するための同期化伝送用コンテナであって、Techは、全ての通信デバイスに同期されたタイムベースによって発行される。
このために、当該同期化伝送用コンテナは、前記ネットワークの予め定められたパスにおけるデータ配信所要時間を示す少なくとも時間的オフセット、を有する。
都合のよいことに、受信通信デバイスは、考慮された時間的オフセットによって、前記生成された同期信号を時間的にシフトするための手段、を更に有する。
本発明の第1の効果は、国際出願PCT FR2007/050918での開示に類似した受信デバイスに複数の送信通信デバイスによって送られるストリームの同時の位相制御を保証することを提供する能力に関する。特に、本願発明で使用されるPCRランプは、先の出願に記載されているランプ信号と同様である。
本発明の第2の効果は、基準信号を回復するために使用されるプロトコルの用途の広さである。他のタイプのネットワークインフラストラクチャに対しても、少ない変更で適合することができる。自動的な産業システムや、WAN環境に対しても適合することができる。
本発明の第3の効果は、複数のデータパスによって生じるフロー遅延の補償を扱う簡単な解決策であるということである。それらは、長いため、これらの遅延はネットワーク遅延を減らす従来のシステムだけでは補償することができない。
本発明の第4の効果は、それが正確な解決策であるということである。この場合に、「正確」な面として、規則的に配信される時間オフセット値は、製作の環境変化(新しい通信機器の取り外し及び設置)によって、時間的に修正され得る。
特定の開示された態様を以下に記載する。これらの態様が単に本発明が必要とし得る特定の形式の概要を提供するだけを示すものであり、かつ、これらの態様は本発明の範囲を制限することを目的としないと理解されなければならない。実際、本発明は、後述する態様以外のものを含んでもよい。
本願は、添付の図に即して以下の実施例によってより良く理解され、決して内容を制限するためのものではない。
本発明によるビデオ生産環境のブロック図を示す。 本発明によって同期化伝送用コンテナ構造の実施例を示す。
図1は、異なるブロックがフロー・マネージメントの役割に従ったビデオ生産環境を示しており、その一覧を以下に示す。
・コンテンツ配信エリア11
・オーディオ処理エリア12
・ビデオ処理エリア13
・コンテンツ配信記憶及びモニタリングエリア16
・処理済みコンテンツモニタリングエリア17
・処理済みフローリコンビネーション及び記憶エリア18
全てのこれらのブロックは、ネットワークインターフェース(例えば以下)を有する:ビデオ・イーサネット(登録商標)・インサータVIN1、5;オーディオ・イーサネット(登録商標)・インサータ AIN、1、4;ビデオ・イーサネット(登録商標)・エクストラクタ VEX、2、6、7、8;オーディオ・イーサネット(登録商標)・エクストラクタ、AEX 2、6、7、8。インターフェース、及びネットワーク間のリンクは、図1の太い点線の矢印によって表される。矢印方向は、ブロック間のフローが流れる方向を示す。
コンテンツ配信エリアは、スタジオのコンテンツを配信する機器が配備されている。これらの機器は、さまざまなタイプに属する。たとえば、カメラ、マイクロホン、DMOD、VTR、などである。それらはビデオ・プロダクション・スタジオ又は例えば記憶として補完的な機能のために使用される機器の部分のいたる所に設置されてもよい。そして、サーバは、コンテンツ配信エリアの信号記録部分、そして、コンテンツ配信記憶及びモニタリングエリア、及び処理済みフロー理コンビネーション及び記憶エリアの信号記憶部分に設置されてもよい。
オーディオ処理エリアはオーディオ処理に関連する全ての機器が設置される。そして、ビデオ処理エリアは、ビデオ処理に関連する全ての機器が設置される。
基準エリアのブロック10は、上述した処理に従って様々なブロックに属する機器を同期させる手段が提供される。
入力されるデータフローの配信先に基づいて、異なるブロックが、異なる同期信号によって動作し、それぞれの出力のデータ配信遅延を最適化する。オペレーションの観点から、オペレータが進行中の処理を適用する前に入って来るストリームを視覚化することを必要とするので、同時にコンテンツ配信エリア、及びビデオ処理エリアから来る情報を示すことは難しい。
処理済みフローリコンビネーション及び記憶エリアの全てのレベルで、例えば前述したようにオーディオ・リップシンク効果を回避するために、データフローの関連を管理するための効率的な解決策が提供されなければならない。
ブロックのインターフェースは、後で「ジェネロックプレーン(Genlock プレーン)」と呼ばれるユニークなインデックスによって特定されてもよい。図1は、8つのジェネロックプレーンを示す:ジェネロックプレーン1は、コンテンツ配信エリアの出力を特定する。ジェネロックプレーン2、及び4は、オーディオ処理エリアの境界を示す。ジェネロックプレーン3、及び5はビデオ加工エリアの境界を示す。ジェネロックプレーン6は、コンテンツ配信記憶、及びコンテンツ配信モニタリングエリアの入力に対応する。ジェネロックプレーン7、及び8は、処理済みコンテンツモニタリングエリア、処理済みフローリコンビネーション、及び記憶領域の入力に対応する。
ジェネロックプレーンは、ネットワークに外部機器のための基準信号と認識される類推的なジェネロック信号のフレーム開始のタイミングを定める。この構造によって、ジェネロックプレーンによって送られる全てのストリームは、同期する。
図1は、ビデオ生産環境の配信されたフローの2つの異なるパスを示す。第1のフロー(実線で示された)(オーディオストリーム)は、インターフェース1から始まって、ブロック2、12、及び4を経て、ネットワークを介してインターフェース7に到着する。第2のフロー(破線で示された)(例えばビデオHDストリーム)は、インターフェース1から始まり、ブロック3、13、5を経てネットワークを介して、ブロック7に至る。
それらは、同じジェネロックプレーンによって送られるため、両方のフローが同時に送られ、それらは必ずしもインターフェース7に、同じ日付に到着しない。なぜなら、通過するブロックが異なるからである。例えば以下を考慮する:
・ネットワークは、フロー配信に1ミリ秒(ms)の遅延をもたらす。
・オーディオ・インターフェース2、及び4は、フロー配信にいかなる遅延ももたらさない;
・ブロック12(内部オーディオ処理)は、フロー配信に50msの遅延をもたらす。
・インターフェース3、及び5(内部ビデオプロセシング)は、フロー配信に50msの遅延をもたらす。
・ブロック13(ビデオプロセシング)は、フロー配信に50msの遅延をもたらす。
両方のフローが日付0に送られた場合、第2のフローは、日付1+50+50+50+1=152msでインターフェース7に到着する。これは、第2のフローが第1のフローより後で到着することを意味する、より正確に言うと100msの遅延となる。この遅延は、トポロジ、及びネットワークの構成による。これは、完全に予測可能である。そうすると、それは、補償され得る。
配信遅延を補償する容易でかつ忠実な解決策は、異なるジェネロックプレーンによって送られるデータに対する時間的オフセットの値(又は遅延値)を定期的に伝送し、且つ並行して、データの送信とデータが送信されるジェネロックプレーンの識別とを関連付けることである。
これらの2つの情報を受信することによって、受信した通信デバイスは、受信した時間的オフセットの中で、どの時間的オフセットを考慮するかを検討し、そして、受信したデータストリームを時間的にシフトし、これらの位置合わせをすることができる。
この「簡単な」特徴を持つ解決策は、時間オフセットを送信する、選択された順路と関連する。自分自身を同期させることができる受信あるいは送信するデバイスは、1588レイヤーを用い、同期化メッセージの中にある予め定められたランプ信号のサンプルを送信する。選ばれた解決策は、同期化メッセージ(配信されたパケット)の中の時間的オフセットを送ることを取り扱う。
この「確実な」特徴を持つ解決策は、ネットワークの「トポロジ」への適応性に関連している。ビデオ環境の変更は、送られる時間的オフセット値を変更することによって考慮される。
都合のよいことに、あらゆる配信されたパケットは、時間的オフセットを含む。
それから、Techが1秒に等しい場合、1秒以内に修正が考慮される。
図2は、本発明によって、基準ステーションによってネットワークを介して配信される同期化メッセージのインプリメンテーションを示している。このメッセージは、IPストリームから来るか、あるいは送信される信号を運搬するか又は配信する全ての通信デバイスによって処理される。
本発明のインプリメンテーションにおいて、同期化メッセージは、第1のフィールドを含む。これは、Techの瞬間におけるランプPCRカウンタの値に対応する。
第2のフィールド(「拡張タイプ」と呼ばれる)は、また、どんなデータが拡張を含むか、及びそれがどのように構成されるか指し示すために使用される。このフィールドは、一度だけ拡張の中に存在する。拡張タイプは、1バイトのフィールドである。都合のよいことに、時間的オフセットは、基準ステーション及びネットワークに接続された全ての通信デバイスに共通のクロックの間隔の数によって表される。
第3のフィールド(「参照フォーマット」と呼ばれる)は、また、基準ステーションによって配信される信号を示すために使用される。このフィールドは、例えば2バイトに分けられる。一方は、ビデオの基準、他方は、オーディオの基準に関連する。それは、送信側で受け取られる基準信号と同じ基準信号を受信側でも生成することができる。ビデオの基準に対しては、以下の情報が報告されなければならない:基準信号のフレームレートの情報(50Hz、60Hz、25Hz、など)、基準信号のフォーマット情報(例えばPAL−BGHI、PAL M、PAL N、NTSC−M、TLS、など)、信号のタイプの情報(SD、HD)、及び信号の表示情報例えば(1920*1080I、1920*1080P、など)。
第4のフィールド、(「ジェネロックプレーン#」と呼ぶ)は、また、現在の同期メッセージに列挙されている時間的オフセットの数を示すために使用される。「ジェネロックプレーン#」は、1バイトのフィールドである。256は、時間的オフセット又は「ジェネロックプレーン」)の最大の数である。これは、同期化メッセージに示されていてもよい。
少なくとも、nが「ジェネロックプレーン#」フィールドの値である場合、「オフセット値」と呼ばれるn個のフィールドが存在する。これらの「オフセット値」のフィールドは、時間的オフセット値を示している。これは、基準クロック間隔の数で表される(8バイトのフィールドは、2つの4バイト語に分けられる)。これらの時間的オフセット値は、上記のジェネロックプレーン#に関連づけられる基準信号を生成するために適用されなければならない。

Claims (1)

  1. パケット交換ネットワークを介して接続される受信通信デバイスであって、前記受信通信デバイスは、前記ネットワークに接続された基準ステーションからパケットを受信することが可能であり、前記受信通信デバイスは、前記ネットワークに接続されている送信通信デバイスからデータストリームを受信することが可能であり、前記受信通信デバイスは、
    サンプルと、異なったジェネロックプレーンによって送られる前記データストリームに対する時間的オフセット値とを含む前記パケットを受信するための手段と、
    前記サンプルを用いて同期信号を生成するための手段と、
    前記パケットの受信と並行して、前記送信通信デバイスから前記データストリームを受信するための手段であって、前記データストリームは、前記データストリームの前記ジェネロックプレーンの識別に関連付けられている、手段と、
    前記受信されたデータストリームに関連付けられている前記ジェネロックプレーンの識別に基づいて、受信された時間的オフセットの中で、どの時間的オフセットを考慮しなければならないかを決定するための手段と、
    前記決定された、考慮しなければならない時間的オフセットで、前記生成された同期信号を時間的にシフトすることにより前記受信されたデータストリームを時間的にシフトするための手段と、
    を有する受信通信デバイス。
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