JP6813933B2 - 映像音声伝送システム、伝送方法、送信装置及び受信装置 - Google Patents

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Description

本開示は、符号化された映像/音声ストリームを伝送する、送信装置と受信装置から構成される伝送装置に関する。特に、MPEG−2 TSをMMTに変換して伝送する伝送装置、および、分散した符号化装置をGroup Of Pictures(GOP)同期させる伝送装置、および、復号装置を停止させることなく出力映像/音声ストリームを切り替える伝送装置に関する。
また、本開示は、符号化された映像/音声ストリームを伝送する、送信方法と受信方法から構成される伝送方法に関する。特に、MPEG−2 TSをMMTに変換して伝送する伝送方法、および、分散した符号化装置をGOP同期させる伝送方法、および、復号装置を停止させることなく出力映像/音声ストリームを切り替える伝送方法に関する。
エラーのある伝送路で映像/音声の符号化ストリームを伝送するコンテナフォーマット技術として、MPEG−2 Transport Stream(TS)形式(ISO/IEC 13818−1)が広く用いられている。MPEG−2 TSでは、映像/音声のメディアデータが格納されたPacketized Elementary Stream(PES)と呼ばれるデータユニットを、TSパケット(主として188バイト)に分割して伝送する。TSパケットには、Program Clock Reference(PCR)と呼ばれる送出タイムスタンプが付与される。PCRは、符号化装置のSystem Time Clock(STC)と呼ばれる27MHzのクロックに従ってカウントアップするタイムスタンプである。PCRの上位33ビットが90kHzの値を表し、下位9ビットが27MHzの値を0〜299で表す。PCRの初期値は任意で、一般的には協定世界時(UTC)等の絶対時刻との対応付けはできないが、符号化装置と復号装置の間では相対時刻として機能する。表示タイミングを制御するため、その時点より一定時間未来のPCRの上位33ビットが表示タイムスタンプ(PTS)として、PESに付与される。復号装置では、PCRとPTSを比較することによって、表示のタイミングを制御する。TSパケットはInternet Protocol(IP)を使用して伝送することもできる。しかし、TSパケット長が小さいサイズで固定であるために、IPパケット化におけるオーバーヘッドが大きいという問題がある。また、MPEG−2 TSでは、異なるIPデータフロー(送信元IPアドレス、送信元ポート番号、宛先IPアドレス、宛先ポート番号、プロトコル種別の組合せ)を組み合わせてTSパケットを伝送することができないという制約があった。
そこで、MPEG−2 TSの後継として標準化されたMMT(ISO/IEC 23008−1)では、可変長パケットが採用され、効率的なIP伝送が可能である。また、複数のIPデータフローで送信された映像/音声を受信側で組み合わせることも可能である。
特開2014−90270号公報
MMTはMPEG−2 TSに比べてIP伝送との親和性が高く、高度な制御が可能であるという利点があるが、既存の符号化装置や復号装置はMPEG−2 TSによって符号化ストリームを入出力するものが一般的である。そこで、MPEG−2 TS入力を受けてMMTで送出する送信装置と、MMTを受信してMPEG−2 TSを出力する受信装置を考える。MMTは、符号化ストリームをGOP単位でMedia Processing Unit(MPU)と呼ばれるデータユニットに格納して伝送する。また、MPUの表示タイミングを制御するため、表示タイムスタンプ(mpu_presentation_time)を制御メッセージによって指定する。mpu_presentation_timeは、Network Time Protocol(NTP RFC5905)で使用される長形式タイムスタンプと同様に、1900年1月1日0時0分0秒を始点とするUTC時刻として、整数部32ビット、小数部32ビットの合計64ビットで記述される。MPEG−2 TSとMMTを相互に変換するためには、タイミング制御に使用されるPCRとUTCを相互に変換することが必要になる。STCのクロック周波数が正確に27MHzであることを前提とすれば、ある時点でのPCRとUTCの組を起点とすることによって相互変換が可能である。しかし実際には、誤差の存在が避けられないため、PCRとUTCの歩進速度が同期せず、長時間動作させると復号装置のバッファ溢れやバッファ枯渇を生じるおそれがある。そこで、本発明は、PCRとUTCの間で歩進速度が同期した相互変換を実現し、復号装置のバッファ溢れやバッファ枯渇を回避することを第一の課題とする。
ここで、同時に複数のカメラを並べて撮影した映像を複数の符号化装置によってH.265等で符号化し、各符号化装置の出力したMPEG−2 TSを複数の送信装置でMMTに変換して送信する場合を考える。受信側では、複数の受信装置でそれぞれMMTを受信し、MPEG−2 TSに変換して出力し、複数の復号装置で復号し、複数の表示装置を並べて表示する、あるいは、復号映像を合成して1つの映像として表示することを考える。このとき、各系統で同時に撮影されたフレームに付与されるmpu_presentation_timeが揃えば、複数のカメラ映像を同期して表示することができる。しかし、各映像の符号化のGOP位相がずれていると、これらを合成したときに異なるピクチャが並ぶ場合があるため、画質の非均一性によって視聴品質が劣化するおそれがある。GOPは、映像符号化処理の単位となる連続したフレームの集合であり、3種類のピクチャ(Iピクチャ、Pピクチャ、Bピクチャ)から構成されるが、一般に各ピクチャの画質には差がある。このため、映像を合成する場合にはGOPの位相を揃えることが求められる。複数の符号化装置において、GOP位相を揃えることをGOP同期と呼ぶ。
一つのGOPの中に何枚のフレームが含まれ、3種類のピクチャがどのような順番で並んでいるかという構造のことをGOP構造と呼ぶ。GOP同期を取るためには、同期させる全ての符号化装置で共通のGOP構造を使用し、かつ、フレーム周期が揃っていることが前提条件である。特許文献1には、分散した複数の装置がGOP同期を取ることができる符号化装置が開示されている。特許文献1によれば、Global Positioning System(GPS)信号等から取得した時刻情報を用いてGOP開始時刻を計算することにより、分散した複数の符号化装置が自律的にGOP同期を取ることができる。しかし、特許文献1では、装置間のクロック偏差に起因するフレーム周期の偏差を考慮していないため、符号化開始時にはGOP同期していても、動作を継続するうちにGOP位相がずれてしまうという問題がある。また、異なるGOP開始時刻から符号化を開始した装置とはGOP同期をとることが困難という問題もある。そこで、本発明は、GOP同期の実現を第二の課題とする。
すなわち、本発明は、MPEG−2 TSをMMTに変換して伝送する映像音声伝送システム、伝送方法、送信装置及び受信装置であって、前記課題を解決するために、装置間のクロック偏差を解消することによって、復号装置におけるバッファ溢れやバッファ枯渇の回避と符号化装置におけるGOP同期の実現を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る映像音声伝送システムは、絶対時刻を利用してゲンロック信号を生成することとした。
具体的には、本発明に係る映像音声伝送システムは、
配下のカメラからの映像音声信号を配下の符号化装置で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置を複数台と、
前記送信装置それぞれから送信された前記パケットを配下の復号装置で復号してそれぞれの前記映像音声信号に復号する受信装置を複数台と、
を備え、それぞれの前記符号化装置をGOP(Group Of Pictures)同期させる映像音声伝送システムであって、
それぞれの前記送信装置は、送信側クロック信号生成部、送信側ゲンロック信号生成部、スタート制御部及び送信制御部を有し、
前記送信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
前記送信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記カメラに供給し、
前記スタート制御部は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、前記カメラからの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を前記符号化装置へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御し、
前記送信制御部は、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
それぞれの受信装置は、受信側クロック信号生成部、受信側ゲンロック信号生成部、及び受信制御部を有し、
前記受信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
前記受信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記復号装置に供給し、
前記受信制御部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換する
ことを特徴とする。
また、本発明に係る伝送方法は、
配下のカメラからの映像音声信号を配下の符号化装置で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置を複数台と、
前記送信装置それぞれから送信された前記パケットを配下の復号装置で復号してそれぞれの前記映像音声信号に復号する受信装置を複数台と、
前記受信装置それぞれで復号された前記映像音声信号を合成して一つの画像として表示する表示装置を複数台と、
を備える映像音声伝送システムでの伝送方法であって、
それぞれの前記送信装置は、送信側クロック信号生成手順、送信側ゲンロック信号生成手順、スタート制御手順及び送信制御手順を行っており、
前記送信側クロック信号生成手順では、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
前記送信側ゲンロック信号生成手順では、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記カメラに供給し、
前記スタート制御手順では、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、前記カメラからの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を前記符号化装置へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御し、
前記送信制御手順では、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
それぞれの受信装置は、受信側クロック信号生成手順、受信側ゲンロック信号生成手順、及び受信制御手順を行っており、
前記受信側クロック信号生成手順では、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
前記受信側ゲンロック信号生成手順では、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記復号装置に供給し、
前記受信制御手順では、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、
それぞれの前記符号化装置をGOP同期し、且つ前記受信装置で生成する前記相対時刻を同期することを特徴とする。
また、本発明に係る送信装置は、配下のカメラからの映像音声信号を配下の符号化装置で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置であって、
送信側クロック信号生成部、送信側ゲンロック信号生成部及び送信制御部を有し、
前記送信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
前記送信側ゲンロック信号生成部は、該映像用クロックから生成したゲンロック信号を配下の前記カメラに供給し、
前記送信制御部は、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
前記符号化ストリームに含まれるタイムスタンプと前記絶対時刻に従ったタイムスタンプとの間で歩進速度が同期したタイムスタンプの変換を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る送信装置の前記送信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を算出し、該フレーム境界時刻で前記ゲンロック信号を制御しており、
前記絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、前記カメラからの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を前記符号化装置へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御するスタート制御部をさらに有し、配下の符号化装置と他の送信装置配下の符号化装置とをGOP同期させることを特徴とする。
また、本発明に係る受信装置は、カメラからの映像音声信号を符号化装置で符号化し、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、送信装置が送信した任意の伝送プロトコルのパケットを配下の復号装置で復号して前記映像音声信号に復号する受信装置であって、
受信側クロック信号生成部、受信側ゲンロック信号生成部、及び受信制御部を有し、
前記受信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
前記受信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記復号装置に供給し、
前記受信制御部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、
前記相対時刻を他の受信装置で生成する相対時刻と同期することを特徴とする。
全ての送信装置は、共通の時刻情報から共通の方法で生成したクロックをゲンロック信号としてカメラに供給する。このため、当該カメラは他のカメラと同期した映像信号を出力する。符号化装置内部のSTCのクロック周波数は、入力される映像信号のクロックに追従するため、全ての符号化装置のPCRの歩進速度が前記共通の時刻情報に同期する。また、全ての受信装置は、前記共通の時刻情報から共通の方法で生成したクロックをゲンロック信号として復号装置に供給する。このため、全ての復号装置のPCRの歩進速度が前記共通の時刻情報に同期するため、装置間のクロック偏差が解消され、PCRとUTCの間で正確な相互変換が可能となる。つまり、PCRとUTCの間での正確な相互変換により、復号装置におけるバッファ溢れやバッファ枯渇を回避することができる。
さらに、分散した複数のカメラが出力する映像信号のフレーム周期を揃えることができ、後段の符号化装置での符号化処理の周期も揃うことから、GOPの同期を保つことができる。
従って、本発明は、装置間のクロック偏差を解消することによって、復号装置におけるバッファ溢れやバッファ枯渇の回避と符号化装置におけるGOP同期の実現が可能な映像音声伝送システム、伝送方法、送信装置及び受信装置を提供することができる。
本発明に係る映像音声伝送システムの前記受信制御部は、複数の前記送信装置から受信したそれぞれの前記伝送プロトコルのパケットを保持する複数のバッファを有し、選択したいずれかの前記バッファの前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出することを特徴とする。受信装置が複数のバッファを有することで、無瞬断で複数の映像を切り替えることができる。
本発明は、装置間のクロック偏差を解消することによって、復号装置におけるバッファ溢れやバッファ枯渇の回避と符号化装置におけるGOP同期の実現が可能な映像音声伝送システム、伝送方法、送信装置及び受信装置を提供することができる。
本発明に係る送信装置を説明する図である。 本発明に係る受信装置を説明する図である。 本発明に係る送信装置のクロック信号生成部が協定世界時(UTC)へ追従する性能を説明する図である。 本発明に係る送信装置におけるフレームとスタート信号入力とのタイミングを説明する図である。 本発明に係る送信装置の動作を説明する図である。 本発明に係る映像音声伝送システムを説明する図である。 本発明に係る映像音声伝送システムを説明する図である。 本発明に係る映像音声伝送システムにおいて映像の切り替えを行うときの動作を説明する図である。 本発明に係る映像音声伝送システムを説明する図である。 本発明に係る映像音声伝送システムにおいて映像の切り替えを行うときの動作を説明する図である。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
(実施形態の条件)
本実施形態の前提条件を説明する。
符号化装置が送信装置に供給する符号化ストリームは、映像信号のクロックに従って歩進する相対時刻を含む。相対時刻は、符号化装置と復号装置の間でのみ時刻として機能するものを指す。また、符号化ストリームのペイロードである映像/音声は、前記相対時刻で表される表示タイムスタンプを有する。
例えば、符号化ストリームはMPEG−2 TS形式である。相対時刻にはPCRが該当し、表示タイムスタンプにはPTSが該当する。
カメラは供給されるゲンロック信号に同期した映像/音声信号を出力する。
符号化装置は入力信号のクロックに同期して動作するものとする。
同期動作させる符号化装置は、映像信号の入力から表示までの遅延時間およびGOP構造が同じになるように設定されているものとする。
伝送プロトコルは限定しないが、符号化ストリームに含まれる相対時刻での表示タイムスタンプを絶対時刻での表示タイムスタンプに変換し、伝送するものとする。例えば、伝送プロトコルは、MMTである。また、Real−time Transport Protocol(RTP)等に同等の機能を追加した独自のプロトコルでもよい。
復号装置は、相対時刻値を含む符号化ストリームを受信し、映像/音声を表示タイムスタンプに従って復号/出力するものとする。
(実施形態1)
本実施形態は、映像/音声の符号化ストリームをMPEG−2 TSからMMTプロトコルに変換してIPネットワークで伝送する送信装置と、MMTプロトコルで受信した映像/音声の符号化ストリームをMPEG−2 TSに変換する復号装置である。
図1は、本実施形態の送信装置10の構成を説明する図である。送信装置10は、配下のカメラ17からの映像音声信号を配下の符号化装置16で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置であって、
送信側クロック信号生成部11、送信側ゲンロック信号生成部12、スタート制御部13及び送信制御部14を有し、
送信側クロック信号生成部11は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
送信側ゲンロック信号生成部12は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下のカメラ17に供給し、
スタート制御部13は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、カメラ17からの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を符号化装置16へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御し、
送信制御部14は、符号化装置16が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
前記符号化ストリームに含まれるタイムスタンプと前記絶対時刻に従ったタイムスタンプとの間で歩進速度が同期したタイムスタンプの変換を行うことを特徴とする。
本実施形態では、カメラ17の出力映像はHigh−Definition Serial Digital Interface(HD−SDI)信号、ゲンロック信号にもHD−SDI信号を用い、音声もHD−SDI信号にエンベッドされているものとする。映像符号化方式はH.265を、音声符号化はMPEG−4 Advanced Audio Coding(AAC)を、符号化ストリーム形式はMPEG−2 TSを用いるものとする。映像用クロック信号の周波数には27MHzを用いるものとする。
なお、本実施形態においては、カメラ17、符号化装置16、及び復号装置26に特別な機能が必要無いことから、既存のカメラ、符号化装置、及び復号装置を有効に活用することが可能である。
クロック信号生成部11は、UTC等の絶対時刻を保持し、前記絶対時刻に同期した映像用クロック信号を生成する。絶対時刻の取得に、NTPやPrecision Time Protocol(PTP)、あるいはGPS信号を用いてもよい。これらの絶対時刻値取得方法と、外部から供給される1 Pulse Per Second(PPS)等のパルス信号を組み合わせて精度向上を図ってもよい。
本実施形態では、NTPを用いてUTCを取得する。そして、224Hzクロック信号生成部11−1が前記UTCと歩進速度が合うように224Hzのクロック信号源であるVoltage Controlled Crystal Oscillator(VCXO)の発振周波数を制御する。UTCは、NTPの長形式タイムスタンプ(整数部32ビット、小数部32ビット)で表現する。NTPによって取得されるUTCの系列{s、s、・・・}は誤差を含んでいると考えられるため、PID制御を用いる。s(kは自然数)に対する予測値をtとすると、制御偏差はe=s−tと表される。クロック周波数を224Hzとしたことにより、予測値はクロックの立ち上がりごとにカウンタの2−24の桁をインクリメントさせるだけで生成することができる。VCXOへの印加電圧をVk、比例ゲインをK、積分ゲインをK、微分ゲインをKとすると、PID制御は下記のように表される。
Figure 0006813933
図3に、UTCへの追従制御を行った結果の一例を示す。実験条件として、中心値10ms、標準偏差1msの正規分布に従う遅延ジッタが付加されているが、制御偏差は100マイクロ秒以下に抑えられている。さらに、1ppsや10Mpps等のパルス信号を用いて同期精度の向上を図ってもよい。
27MHzクロック信号生成部11−2は、このようにして得られた224Hzクロック信号を、Phase Lock Loop(PLL)によって分周/逓倍し、映像用クロック信号である27MHzを生成する。
ゲンロック信号生成部12は、映像用クロック信号からゲンロック信号用HD−SDI信号を生成し、カメラ17を同期させる。ゲンロック信号として使用される信号には、HD−SDI信号以外にもBlackBurst信号、3値同期信号等がある。絶対時刻から共通の第1の方法によってフレーム境界時刻を算出し、複数の分散した送信装置で同位相のゲンロック信号を生成する。共通の第1の方法として、本実施形態では、NTPの長形式タイムスタンプに合わせて1900年1月1日0時0分0秒を始点として時間軸をフレーム周期Tで分割し、i(iは0以上の整数)番目のフレーム開始時刻をiTとする。符号化装置16の動作は入力される映像信号に追従するため、カメラ17が出力する映像/音声信号をゲンロック信号で制御すれば、後段の符号化装置17も同じフレーム周期で動作するため、ゲンロック信号に追従する。このため、分散した符号化装置16間のフレーム周期の偏差を解消することができる。
スタート制御部13は、スタート信号を符号化装置16に送信するタイミングを制御する。全ての送信装置のスタート制御部13において、絶対時刻から共通の第2の方法でGOP境界時刻を算出し、前記GOP境界時刻から符号化が開始されるようにスタート信号の送信タイミングを制御する。共通の第2の方法として、本実施形態では、フレーム境界と同様に、1900年1月1日0時0分0秒を始点として時間軸をGOP周期で分割し、GOP長をLフレームとすると、j(jは0以上の整数)番目のGOPの先頭フレーム(GOP先頭候補フレームと呼ぶ)のフレーム番号をjL、該GOP開始時刻をjLTとする(図4)。
各符号化装置16が任意のGOP先頭候補フレームから符号化を開始することで、GOP同期が実現される。符号化開始をGOP先頭候補フレームに制限するため、スタート信号制御部13は、図5に示すように、符号化を開始させるスタート信号の送信タイミングを制御する。スタート信号制御部13は、外部から送信開始命令が入力されると(ステップS01)、そのときの時刻t(UTC)について、kを0以上の任意の整数として、UkL≦t<UkL+1であるか否かを判断する(ステップS02)。時刻tが前記期間に含まれない場合(ステップS02において“No”)、時刻tが前記期間に含まれるまで一時待機し(ステップS03)、時刻tが前記期間に含まれる場合(ステップS02において“Yes”)、符号化装置16に対してスタート信号を送信する(ステップS04)。ただしUは、符号化装置16にスタート信号を入力するとi番目のフレームから符号化が開始される期間の始点である。
送信制御部14では、MPEG−2 TSから映像/音声PESを抽出し、GOP単位でMPUを構成してIPネットワークに送出する。MPUの提示時刻を制御するために、GOP先頭のPTSをmpu_presentation_timeに変換して制御メッセージで伝送する。PCR基準のPTS(tPTS)を、式2によってUTC基準のmpu_presentation_time(tmpu)に変換する。
[数2]
mpu =TUTC +(tPTS −TPCR )/fSTC (2)
ただし、TUTCとTPCRは、任意のタイミングで保存したUTCとPCRの組である。
mpuとTUTCは、1900年1月1日0時0分0秒からの経過秒数とする。また、fSTC=2.7×10とし、tPTSとTPCRは27MHzでのカウント数に換算した値であるとする。すなわち、PTSは33ビットの90kHzカウンタであるため、300倍した値をtPTSとして用いる。PCRは、上位33ビットが90kHzのカウンタで、下位9ビットが0〜299までの27MHzカウンタであるため、上位33ビットの数字を300倍して下位9ビットを足した値をTPCRとして用いる。必要に応じてオフセットを挿入してもよい。
図2は、本実施形態の受信装置20の構成を説明する図である。受信装置20は、カメラ17からの映像音声信号を符号化装置16で符号化し、符号化装置16が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、送信装置10が送信した任意の伝送プロトコルのパケットを配下の復号装置26で復号して前記映像音声信号に復号する受信装置であって、
受信側クロック信号生成部21、受信側ゲンロック信号生成部22、及び受信制御部23を有し、
受信側クロック信号生成部21は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
受信側ゲンロック信号生成部22は、該絶対時刻から生成したゲンロック信号を配下の復号装置26に供給し、
受信制御部23は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、
前記相対時刻を他の受信装置で生成する相対時刻と同期することを特徴とする。
クロック信号生成部21およびゲンロック信号生成部22の機能は、送信装置のクロック信号生成部11およびゲンロック信号生成部12の機能と同様である。受信装置20は、生成したゲンロック信号によって復号装置26のフレーム位相を他の復号装置と同期させることができる。
受信制御部23は、受信したMMTプロトコルパケットから映像/音声を抽出し、映像/音声PESを再構成し、MPEG−2 TSを出力する。受信制御部23は、供給される27MHzクロック信号に従って歩進するPCRを保持し、MPEG−2 TSへのPCRやPTSの打刻に使用するが、PCRの初期値には任意性がある。全ての受信装置が、共通の第3の方法でUTCからSTCを導出することにより、初期値の任意性を解消し、複数の分散した受信装置でPCRの自律的な同期を可能にする。共通の第3の方法として、本実施形態では、1900年1月1日0時0分0秒をPCRの始点として、UTC(tUTC)からSTC(tPCR)を計算する。UTC値をからSTCへの変換は、
[数3]
PCR =tUTC ×fSTC (3)
と表される。また、mpu_presentation_timeからPTSへの変換にも数3を使用する。
受信制御部23は、復号装置26がGOP同期する複数の送信装置10から受信したそれぞれの前記伝送プロトコルのパケットを保持する複数のバッファを有し、選択したいずれかの前記バッファの前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出することを特徴とする。
受信制御部23は、複数の送信装置10から映像/音声を含むMMTプロトコルパケットを同時に受信し、MPEG−2 TSとして出力する映像/音声の切り替えを可能にするために、複数のバッファを備えてもよい。受信制御部23では、符号化装置16が付与するPCRに関わらず、受信装置20でUTCから導出したPCRを付与するため、映像/音声切り替えの前後でPCRが不連続に変化することが無い。故に、復号装置26をリセットすることなく動作を継続させることができる。
(実施形態2)
本実施形態は、異なる場所で撮影した映像を、MMTプロトコルを用いてIPネットワークで伝送し、合成して表示する映像音声伝送システム301である。図6は、当該システムの全体構成例である。
本実施形態の映像音声伝送システム301は、
配下のカメラ17からの映像音声信号を配下の符号化装置16で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置10を複数台と、
送信装置10それぞれから送信された前記パケットを配下の復号装置26で復号してそれぞれの前記映像音声信号に復号する受信装置20を複数台と、
受信装置20それぞれで復号された前記映像音声信号を合成して一つの画像として表示する表示装置30と、
を備え、それぞれの符号化装置16をGOP同期させる映像音声伝送システムであって、
それぞれの送信装置10は、送信側クロック信号生成部11、送信側ゲンロック信号生成部12、スタート制御部13及び送信制御部14を有し、
送信側クロック信号生成部11は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
送信側ゲンロック信号生成部12は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下のカメラ17に供給し、
スタート制御部13は、該絶対時刻から送信装置10間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、カメラ17からの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を符号化装置16へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御し、
送信制御部14は、符号化装置16が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
それぞれの受信装置20は、受信側クロック信号生成部21、受信側ゲンロック信号生成部22、及び受信制御部23を有し、
受信側クロック信号生成部21は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
受信側ゲンロック信号生成部22は、該絶対時刻から他の受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の復号装置26に供給し、
受信制御部23は、該絶対時刻から受信装置20間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換する
ことを特徴とする。
映像音声伝送システム301は、2台の受信装置20から出力されたHD−SDI信号を合成装置31で合成(2つの映像を縦又は横に並べて1つの映像とする)し、1本のHD−SDI信号として出力する。合成される2本の映像がGOP同期していることにより、モニタ32で表示する合成映像の画質を均一に保つことができる。
(実施形態3)
図7は、本実施形態の映像音声伝送システム302を説明する図である。映像音声伝送システム302は、複数の送信装置10からのMMTプロトコルパケットを、複数のバッファを有する単一の受信装置20が受信し、MPEG−2 TSで出力する映像/音声を切り替えて復号装置26へ出力する点が実施形態2の映像音声伝送システム301と異なる。すなわち、受信制御部23は、複数の送信装置10から受信したそれぞれの前記伝送プロトコルのパケットを保持する複数のバッファを有し、選択したいずれかの前記バッファの前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出することを特徴とする。
本実施形態では、1つのGOPで1つのMPUを構成するものとする。受信装置20のバッファでは、受信したMMTプロトコルパケットからMPUを再構成して蓄積する。制御メッセージに含まれるmpu_presentation_timeから、各MPUに表示時刻を対応付けることができる。
図8は、受信装置20が行う映像1から映像2への切り替え動作を表す図である。映像1と映像2の間でGOP境界時刻が揃っているため、映像切替の前後でも表示時刻は連続的かつ等間隔に変化する。さらに、送出するMPEG−2 TSのPCRが切替の前後で連続的に変化することから、復号装置26をリセットすることなく無瞬断での映像切替が可能である。
(実施形態4)
図9は、本実施形態の映像音声伝送システム303を説明する図である。映像音声伝送システム303は、符号化装置16を複数台備えることで信頼性を高めている。本実施形態の送信装置10は、実施形態1の送信装置10に、複数の符号化装置16からのMPEG−2 TSを個別に蓄積する複数のバッファと、当該バッファを切り替えて映像/音声をMMTプロトコルパケットでIPネットワークに送出する機能と、共通の第三の方法によってUTCから導出したPCRを複数の符号化装置16に送信する機能と、を追加した構成である。すなわち、送信制御部14に、複数の符号化装置16から受信したそれぞれの前記符号化ストリームを保持する複数のバッファを有し、選択したいずれかの前記バッファの前記符号化ストリームから前記プロトコルパケットを送出することを特徴とする。
本実施形態では、スタート制御部13が数3を用いてUTCからPCRを計算し、当該PCRをスタート信号に含めて符号化装置16へ送信する。それぞれの符号化装置16は、送信装置10から前記PCRを受信すると、前記PCRによって自身の保持するPCRを初期化するものとする。すなわち、送信装置10から前記PCRを受信した複数の符号化装置16は、出力するMPEG−2 TSのPCRが揃っているものとする。
図10は、送信装置10が行う映像3から映像4への切り替え動作を示す図である。送信制御部14のバッファで複数の符号化装置16からのMPEG−2 TSを受信し、それぞれからPESを抽出して蓄積する。複数の符号化装置16に、共通の映像信号が供給され、かつ、PCRが揃っていることから、同一のフレームがそれぞれのバッファで同一のPTSを有するPESとして蓄積される。MMTプロトコルパケットとして送出する際には、いずれか一方のバッファからPESを引き抜く。映像3と映像4は2台の符号化装置のMPEG−2 TSからそれぞれ抽出したPESの系列であるとする。仮に、一方の系列が何らかの理由で途切れたとしても、他方のバッファから同じPESを得ることができるため、映像断を回避することができる。MPUで蓄積して切り替えることも可能である。しかし、GOP単位で構成されるMPUでの切替に比べて、PES単位での切替はより短い時間間隔で制御可能である。
(発明の効果)
送信装置10において時刻情報から生成したクロックを、ゲンロック信号としてカメラに供給し、さらにカメラ17が出力する映像信号のクロックとして符号化装置16に供給することより、符号化装置のPCRの歩進速度が前記共通の時刻情報に同期する。受信装置20においても時刻情報から生成したクロックを、ゲンロック信号として復号装置に供給することにより、復号装置のPCRの歩進速度が前記共通の時刻情報に同期する。このため、装置間のクロック偏差が解消され、PCRとUTCの間で正確な相互変換が可能となることにより、復号装置におけるバッファ溢れやバッファ枯渇を回避することができる。さらに、分散した複数の符号化装置16のフレーム周期を揃え、確実なGOP同期を実現することができる。
さらに、受信装置20が複数のバッファを有し、複数の映像を切り替える場合、無瞬断での切り替えが可能となる。
さらに、送信装置10が複数のバッファを有し、同一の映像信号が入力された複数の符号化装置の映像を切り替える場合、一方の符号化装置の故障による映像断の回避が可能である。
10:送信装置
11:送信側クロック信号生成部
12:送信側ゲンロック信号生成部
13:スタート制御部
14:送信制御部
16:符号化装置
17:カメラ
20:受信装置
21:受信側クロック信号生成部
22:受信側ゲンロック信号生成部
23:受信制御部
26:復号装置
30:表示装置
31:合成装置
32:モニタ
301、302、303:映像音声伝送システム

Claims (8)

  1. 配下のカメラからの映像音声信号を配下の符号化装置で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置を複数台と、
    前記送信装置それぞれから送信された前記パケットを配下の復号装置で復号してそれぞれの前記映像音声信号に復号する受信装置を複数台と、
    を備え、それぞれの前記符号化装置をGOP(Group Of Pictures)同期させる映像音声伝送システムであって、
    それぞれの前記送信装置は、送信側クロック信号生成部、送信側ゲンロック信号生成部、スタート制御部及び送信制御部を有し、
    前記送信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
    前記送信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記カメラに供給し、
    前記スタート制御部は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、前記カメラからの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を前記符号化装置へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御し、
    前記送信制御部は、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
    それぞれの受信装置は、受信側クロック信号生成部、受信側ゲンロック信号生成部、及び受信制御部を有し、
    前記受信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
    前記受信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記復号装置に供給し、
    前記受信制御部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換する
    ことを特徴とする映像音声伝送システム。
  2. 前記受信制御部は、複数の前記送信装置から受信したそれぞれの前記伝送プロトコルのパケットを保持する複数のバッファを有し、
    選択したいずれかの前記バッファの前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出することを特徴とする請求項1に記載の映像音声伝送システム。
  3. 配下のカメラからの映像音声信号を配下の符号化装置で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置を複数台と、
    前記送信装置それぞれから送信された前記パケットを配下の復号装置で復号してそれぞれの前記映像音声信号に復号する受信装置を複数台と、
    前記受信装置それぞれで復号された前記映像音声信号を表示する表示装置を複数台と、
    を備える映像音声伝送システムでの伝送方法であって、
    それぞれの前記送信装置は、送信側クロック信号生成手順、送信側ゲンロック信号生成手順、スタート制御手順及び送信制御手順を行っており、
    前記送信側クロック信号生成手順では、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
    前記送信側ゲンロック信号生成手順では、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記カメラに供給し、
    前記スタート制御手順では、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、前記カメラからの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を前記符号化装置へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御し、
    前記送信制御手順では、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
    それぞれの受信装置は、受信側クロック信号生成手順、受信側ゲンロック信号生成手順、及び受信制御手順を行っており、
    前記受信側クロック信号生成手順では、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
    前記受信側ゲンロック信号生成手順では、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記復号装置に供給し、
    前記受信制御手順では、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、
    それぞれの前記符号化装置をGOP同期し、且つ前記受信装置で生成する前記相対時刻を同期することを特徴とする伝送方法。
  4. 配下のカメラからの映像音声信号を配下の符号化装置で符号化して任意の伝送プロトコルのパケットで送信する送信装置であって、
    送信側クロック信号生成部、送信側ゲンロック信号生成部及び送信制御部を有し、
    前記送信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
    前記送信側ゲンロック信号生成部は、該映像用クロックから生成したゲンロック信号を配下の前記カメラに供給し、
    前記送信制御部は、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを該絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換して前記伝送プロトコルのパケットとして送信し、
    前記符号化ストリームに含まれるタイムスタンプと前記絶対時刻に従ったタイムスタンプとの間で歩進速度が同期したタイムスタンプの変換を行うことを特徴とする送信装置。
  5. 前記送信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記送信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を算出し、該フレーム境界時刻で前記ゲンロック信号を制御しており、
    前記絶対時刻から前記送信装置間で共通する第2方法でGOP境界時刻を算出し、前記カメラからの映像音声信号の符号化を開始する指示であるスタート信号を前記符号化装置へ送信するタイミングを該GOP境界時刻で制御するスタート制御部をさらに有し、配下の符号化装置と他の送信装置配下の符号化装置とをGOP同期させることを特徴とする請求項4に記載の送信装置。
  6. 前記絶対時刻から前記送信装置間で共通する第3方法で導出した相対時刻を送信すること
    を特徴とする請求項4に記載の送信装置。
  7. カメラからの映像音声信号を符号化装置で符号化し、前記符号化装置が生成した符号化ストリームに含まれるタイムスタンプを絶対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、送信装置が送信した任意の伝送プロトコルのパケットを配下の復号装置で復号して前記映像音声信号に復号する受信装置であって、
    受信側クロック信号生成部、受信側ゲンロック信号生成部、及び受信制御部を有し、
    前記受信側クロック信号生成部は、絶対時刻を取得して該絶対時刻に同期した映像用クロックを生成し、
    前記受信側ゲンロック信号生成部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第1方法でフレーム境界時刻を生成し、該映像用クロックと該フレーム境界時刻から生成したゲンロック信号を配下の前記復号装置に供給し、
    前記受信制御部は、該絶対時刻から前記受信装置間で共通する第3方法で相対時刻を生成し、受信した前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出し、該符号化ストリームに含まれる前記絶対時刻に従ったタイムスタンプを、前記相対時刻に従ったタイムスタンプに置換し、
    前記相対時刻を他の受信装置で生成する相対時刻と同期することを特徴とする受信装置。
  8. 前記受信制御部は、前記復号装置がGOP同期する複数の前記送信装置から受信したそれぞれの前記伝送プロトコルのパケットを保持する複数のバッファを有し、
    選択したいずれかの前記バッファの前記伝送プロトコルのパケットから前記符号化ストリームを抽出することを特徴とする請求項7に記載の受信装置。
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