JPH09224224A - バンドエッジにおけるビデオ信号内へのオーディオ信号の組み込み - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は分離されたキャリアによるオーディ
オ信号伝送と対照的に、ビデオ信号内にデジタル化され
たオーディオ信号の組み込みに関する。 【解決手段】 オーディオサンプルがビデオ信号に追加
されたシステムであるが、ビデオ情報に割り当てられた
タイムフレーム内であるためにビデオデータに取って代
わっているシステム。２個のオーディオサンプルが各ビ
デオラインの最初と最後により好ましく配置される。該
ビデオラインがビデオイメージを形成するために「積み
重ね」られる時、該オーディオはイメージの両サイド
に、それぞれイメージ幅の約６パーセントのノイズ状の
垂直な縞を形成する。本発明は該ビデオイメージを引き
伸ばし該縞を隠す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は分離されたキャリアによるオー
ディオ信号伝送と対照的に、ビデオ信号内にデジタル化
されたオーディオ信号の組み込みに関する。

【０００２】

【発明の背景】ビデオ信号は通常２キャリア、ビデオ信
号用とオーディオ信号用を使用する。総合的な複雑さは
おそらくビデオ信号内へオーディオ信号を組み込むこと
により低減される。このように組み込むにはビデオ信号
に使用される情報の総量が、割り当てられたバンド幅を
十分には占めていないことが必要とされる。典型的に割
り当てられたバンド幅は６ＭＨｚである。或る１つのビ
デオ標準のもとでは３０フレームのビデオ情報が１秒ご
とに伝送される。各フレームには５２５本の走査線情報
が含まれる。通常この標準のもとではバンド幅の中に追
加情報を挿入するのに有効な領域は存在しない。

【０００３】

【発明の要旨】本発明の１つの形式において、オーディ
オ信号がサンプリングされる。２つのサンプルが関連し
たビデオ信号の各走査線の中に挿入される。１つは該走
査線の最初に、他方は最後に挿入される。各サンプルは
その走査線内に含まれるビデオ信号の約６％に取って代
わる。全走査線におけるこの置き換え６％の累積的な効
果はビデオ映像の左右両サイドにおいて２つの狭い垂直
バンドのノイズのような映像を生成することである。本
発明によりこのバンドが取り除かれる。

【０００４】

【詳細な説明】

ＡＦＤ圧縮 図１は毎秒３０フレームで走査するビデオ信号と、加え
てそれに随伴するオーディオトラックを表している。本
発明は示されるようにフレーム数を減少させる。この減
少を実現するアプローチの１つは、全ての４フレームの
３つが除去あるいはドロップされ、そして４つの各セッ
トの内残った単一のフレームが伝送される、交互フィー
ルドドロップ（ＡＦＤ）法と呼ばれる。このアプローチ
はフレーム数を毎秒３０から７．５へ減少させる。ドロ
ップしたフレームに対応したオーディオ信号について
は、該ドロップしたフレームに対応するオーディオトラ
ックの前面に示すように、自分自身はドロップされな
い。このフレームレートの低減はビデオ信号が必要とす
るバンド幅を減少させる。

【０００５】サンプリングされたオーディオ オーディオは図示するようにサンプリグレート１５．７
３４ＫＨｚでサンプリングされる。このサンプリングレ
ートは他の図で示される水平同期パルスの周波数と同一
である。水平同期パルスそれぞれはビデオの走査線１本
と関連しているため、水平同期パルスの周波数で映像を
サンプリングすることによりオーディオサンプルの積分
倍数が、後に更に詳細説明するようにビデオ走査線それ
ぞれに挿入出来るようになる。サンプリグされたオーデ
ィオが図３で示すように、先ず図２で引き合いに出し説
明したビデオ信号に挿入される。図２で先行技術の通常
のビデオ信号を示す。この信号の関連のある２つの部分
は前方ポーチと後方ポーチである。本発明により図３で
示すように、各前方ポーチに先だってオーディオサンプ
ルのある部分を置き、各後方ポーチの直後に他のサンプ
ルを置く。

【０００６】オーディオサンプルが各走査線のビデオ信
号の１部分に取って代わる、あるいは上書きされる。す
なわち信号受信機が全ての走査線を「スタックアップ
（積み上げ）」した時、走査線全ての左側部分及び右側
部分が集合して狭い垂直のノイズのようなイメージの２
つのバンドを生成する。イメージがノイズのようである
というのはオーディオ情報からビデオ画素生成している
からである。あとで説明するように本発明はこの問題を
これら２つの垂直バンドをカバーするために、残ったイ
メージ部分を「ストレッチング（引き延ばす）」事によ
って解決する。図１と図３のオーディオサンプルは２進
数の形を取る。これら２進数はＭ−ＡＳＫ（Ｍ−振幅シ
フトキー）として知られる技術によってビデオ信号に挿
入される。図４でＭ−ＡＳＫを説明している。

【０００７】Ｍ−ＡＳＫ 単一ビット記号 図４Ａは１つの４記号数を表すＭ−ＡＳＫを示す。各記
号は１ビットから成る。各ビットは高々可能な２つの値
しか取れないため、各ビットを表すのに電圧として２つ
のレベルで十分である。（実際には電圧レベルというよ
り電圧範囲が使われる。） このようにして図４Ａで示すように「０」とラベルの付
いた電圧範囲に降下したらどんな信号でもゼロと見なさ
れ、そして「１」とラベルの付いた範囲に入ったらどん
な信号でも１と見なされる。この波形は符号化された数
１００１を表示している。

【０００８】２ビット記号 図４Ｂはもう１つ別の４記号数を表すＭ−ＡＳＫを示
す。しかし各記号は２ビットから成る。２ビット数は４
つの可能な値が取れるため、各記号を表すのに４つの電
圧レベルが必要である。この４つの電圧レベルが図示さ
れている。この波形は数０１１０００１１の符号を示し
ており、４つの記号に分割されそれぞれ２ビットで表示
している。

【０００９】３ビット記号 図４Ｃはもう１つ別の４記号数を表すＭ−ＡＳＫを示
す。しかし各記号は３ビットから成る。３ビット数は８
つの可能な値が取れるため、各記号を表すのに８つの電
圧レベルが必要である。この８つの電圧レベルが図示さ
れている。この波形は数００１０１００００１１１の符
号を示しており、４つの記号に分割されそれぞれ３ビッ
トで表示している。

【００１０】一般の場合 一般的な場合においてはＫビットから成る記号は２のＫ
乗に等しい電圧レベル数を必要とする。図４Ａ、図４Ｂ
および図４Ｃは一般の場合と一致している。図４Ａにお
いて各記号は１ビット（Ｋ＝１）である。各記号に割り
当てられたビットの当該数は２（２¹＝２）である。図
４Ｂにおいて各記号は２ビット（Ｋ＝２）である。各記
号に割り当てられたビットの当該数は４（２²＝４）で
ある。など。

【００１１】サンプルの挿入 図３は非常に近似的な仕方でオーディオサンプルの挿入
を示している。図５はより詳細にその挿入を示してい
る。オーディオサンプルはビデオ情報の最初と最後に挿
入された図５で示される２つのバンドに入れられてい
る。この２つのバンドについては更に詳細に定量的説明
を行う。

【００１２】定量的議論 これまで議論されていないが、オーバーヘッドビットが
いくつか例えばエラー訂正のため各オーディオサンプル
に付加されている。各サンプルにおける全ビット数（オ
ーディオ情報プラスオーバーヘッド）は１８である。こ
の１８ビットのグループを「パケット」と名付ける。

【００１３】走査線毎に４パケット これまでに述べたように１つのオーディオサンプルは各
ビデオ走査線に関し導き出される。これまで議論したよ
うにＡＦＤ圧縮の許で４ビデオフレームは全て単一のフ
レームに低減される。しかしながらオーディオ情報の総
量は影響を受けない。このようにしてオーディオサンプ
ルの４フレーム分の分量は単一のビデオフレームに挿入
されなければならない。

【００１４】非常に一般的な仕方で言い換えると、オー
ディオサンプリングレートは水平同期パルスの周波数に
等しいため、オーディオサンプルの数は単一フレームで
生成される走査線数（両方の場合にも５２５本）に等し
い。しかしビデオフレーム数が７５％低減（全ての４つ
が１つに低減）されているため、４フレームに関するオ
ーディオが単一フレームに詰め込まれる必要がある。こ
のようにして各走査線は、当該同期周波数によるサンプ
リングで生成された単一サンプルの代わりに、４つのオ
ーディオサンプルを伝送しなければならない。（この言
い換えは、例えばあるオーディオ情報が捨てられ他の情
報がそのオーディオ信号に付加されたため、一般的原理
を単に例示しているだけに見えるかもしれない。）

【００１５】４パケットは２４記号へＡＳＫ変調された
７２ビットから成る４個の１８ビットパケットは各ビデ
オ走査線と関連していて、走査線当たりオーディオは７
２ビット（４×１８＝７２）である。Ｍ−ＡＳＫ符号化
が採用され（図４Ｃのように）８レベルが使用され、記
号長がそれぞれ３ビットとなる。７２ビットが２４記号
（７２／３＝２４）に低減される。このようにして４個
の１８ビットパケットが、それぞれ３ビットの２４記号
として符号化される。この２４記号が図５においてバン
ド１が１２記号を含みバンド２がその他の１２記号を含
むとして示されている。

【００１６】タイミング 図５において各バンドは１２記号を含んでおり、しかも
各バンドの長さは１６マイクロ秒である。各記号は１．
３３マイクロ秒の長さＴを占めている（１６／１２＝
１．３３）。この２つのバンドは、全３２マイクロ秒と
して、ビデオ情報の左と右に１６マイクロ秒を占める。
ビデオ情報は該走査線の残り２２２マイクロ秒を占め
る。

【００１７】これらの時間間隔があるとすればこの２つ
のバンド（つまりオーディオ情報）は全走査線の約１
２．６パーセントを占める（３２／（２２２＋３２）＝
０．１２６）。通常これらバンドは集団的に左側に一つ
右側にもう１つと２つの垂直なノイズのような縞を発生
させる。本発明はオーディオで引き起こされたノイズの
ような縞を取り去りそしてビデオ情報を上に記した１
２．６％だけ引き延ばすことによってこれを収容改善す
る。この引き延ばしはマトリックス計算を含む（ビデオ
イメージは画素のマトリックスである）。そのような計
算は先行技術で知られている。

【００１８】トレーニング・シーケンス 図５は基準レベルを示す。単位はＩＲＥで図の左に示し
ている。これらレベルをあらかじめ設定することはたや
すいことではない。例えばレベル０と２０ＩＲＥと定義
された範囲が前もってそれぞれ０及び８０ミリボルト
（ｍＶ）と設定されたと仮定しよう。送信機がこの範囲
にはいるように試みに５０ｍＶの信号を送ったとして
も、受信機は色々なファクターにより例えば３８ｍＶの
信号として受け取るかもしれない。受信機は意図した信
号を受信しなかった。この問題を解決するために送信機
はトレーニングシーケンスを周期的に送信することによ
り図５で示すようなレベルを定義する。図６はそのよう
なトレーニングシーケンスの一つである。

【００１９】トレーニングシーケンスは一連の９信号で
あり、全体として３ビット記号に必要とされる８間隔を
定義する。トレーニング信号それぞれは図に示すように
２４．４４マイクロ秒の持続期間である。トレーニング
シーケンスは伝送チャネルがその他の点でアイドル状
態、例えば垂直ブランキング間隔（ＶＢＩ）の時に周期
的な時間で送信される。ＶＢＩの間、電子銃が切られ、
それでトレーニングシーケンスが送られている最中でも
トレーニングシーケンスはビデオイメージには効果を持
たない。トレーニングシーケンスは図６に示すように同
じ高さのステップを持つ階段である。しかしながら一般
的には同一のステップ高は必要としない。すなわちレベ
ル８０ＩＲＥは必ずしも２０ＩＲＥの４倍の電圧である
ことを必要としない。

【００２０】このレベル設定の一つのアプローチを図７
のフローチャートで示す。送信機は特定レベルに対応す
るアナログ信号を送信し、そして実際において受信機に
受信されたものについて問い合わせる。受信機はその信
号を計測し、そして該信号長を示す２進数を送信する。
（一般にアナログ信号に影響を与える減衰はその２進数
には影響しない）送信機がその２進数を受信したとき送
信機はその信号減衰を決定できる。この処理は全てのレ
ベルについて繰り返される。

【００２１】信号それぞれの減衰に基づいて送信機は適
宜そのレベルを設定する。例えば６番目のレベルは殆ど
減衰せず７番のレベルが大幅に減衰していることが発見
されたとしたら、望ましいことではないが通常、６番と
７番のレベルは互いに接近させるだろう。送信機はより
明確に分離するためにこれらレベルを再定義しようとす
る。

【００２２】エンコーダ 図８はオーディオサンプルをビデオ信号に挿入するのに
適したエンコーダのブロック図である。ビデオ同期検出
器３０が水平同期パルスを検出する。位相同期ループ
（ＰＬＬ）３３が同期パルスと同位相の３個のクロック
信号を生成する。図で示すように２つのクロック信号は
１３．５ＭＨｚおよび２７ＭＨｚで動き、オーディオロ
ジックブロック３４とＡＦＤビデオエンコーダ３５で示
される処理システムのクロックとして使用される。もう
１つのクロックは１５．７３４ＫＨｚであり水平同期パ
ルスの周波数と同一である。

【００２３】後者のクロックはシグマデルタコーデック
３６のトリガーに使用され、シフトレジスタ３９と一緒
に、バス３７上で水平同期パルスと同一の周波数で１４
ビットサンプルのシーケンスを生成する。（１６ビット
はサンプリングで発生させられるがそれぞれの２つの最
下位ビットは落とされる。）バス３７上に生成された各
１４ビットワードは図１で示したサンプルの１つ例えば
サンプルＳ１に該当する。

【００２４】これら１４ビットワードは図８のラッチ４
５の中に保持されそこで付加的なオーバーヘッドのビッ
ト、例えばエラー訂正ビットを付け加えることが出来
る。４つのオーバーヘッドビットの付与によって、セク
ション「定量的議論」において議論した１８ビットワー
ドに相当するバス４８上の１８ビットワードとなる。

【００２５】マルチプレクサ５１は各１８ビットワード
を６個の３ビットワードのシーケンスに分割する。各３
ビットワードがこれまで議論した該記号に相当する。各
３ビットワードは８レベルＡＳＫ５４によって（図４Ｃ
に示されたパターンに適合させるために）適切なレベル
に変換される。

【００２６】クロック信号５７に基づいて記号は１２記
号グループへグループ化され、そして図５で（部分的
に）示された信号を生成するために、該ＡＳＫ５４から
取り出されマルチプレクサ６０でビデオ信号に多重化さ
れる。この信号はビデオＤＡＣ６３によって通常のアナ
ログ信号へ再変換される。ＶＢＩトレーニングシーケン
サは図６で示したトレーニングシーケンスを発生する。
このトレーニングシーケンスはマルチプレクサ６０と６
６によりビデオ信号へ挿入される。

【００２７】デコーダ 図９はデコーダを例示している。この全体的な機能は
（１）ビデオ情報を抽出すること、（２）ビデオイメー
ジを１２．６パーセントだけ引き延ばすことで垂直な縞
のノイズを除去すること、及び（３）オーディオ情報を
回復させることである。

【００２８】ブロック７０は入ってくるアナログビデオ
信号をデジタル化する。デジタル化された信号は、ビデ
オ情報を抽出するビデオデコーダ７３へ送られ、そして
図３で示されたようなオーディオサンプルでビデオデー
タを上書きすることで作られた垂直な縞をカバーするた
めに、１２．６パーセントだけビデオイメージを引き延
ばす伸張器７６へ運ばれる。コンポーネント７３及び７
６はそれ自身先行技術である。ブロック７９は水平同期
パルスを検出し、そして位相同期ループ（ＰＬＬ）を使
用し、ブロック８２で示す処理回路によって１３．５Ｍ
Ｈｚで動作するクロック信号を発生する。

【００２９】デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）は
ブロック８８においてバス８５上のビデオ信号からオー
ディオ情報を抽出する。一方，そうしている間にブロッ
ク９２はビデオルミナンス信号のピークレベルを計算
し、そしてブロック９５はピークのビデオレベルと（図
６で示した）受信したトレーニングレベルに基づいて、
（図５で示した）９個のレベルを計算処理する。ブロッ
ク９７はオーディオ情報から３ビット記号を引き出し、
そしてブロック１００はこれらを６個の記号グループへ
組み入れる。これらグループがこれまで議論した１８ビ
ットパケットに相当する。

【００３０】（オプションになる）エラー訂正はブロッ
ク１０３で実行される。（図８のバス３７のデータに相
当する）オーディオ情報の１４ビットは図９のバス１０
９に生成される。並列１４ビットグループはシフトレジ
スタ１１２によって直列ビットストリームへ変換され、
そして示すようにオーディオを再生するデジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）変換器１１５へ送られる。そのオーディ
オは該Ｄ／Ａ変換器への入力クロックによって（示され
てない）ビデオと同期が取られる。

【００３１】重要な考察 １．通常の「ビデオ信号」は実際には分離されたキャリ
アで搬送される２個の分離信号から成る。例えばチャネ
ル５は７７．２５ＭＨｚのビデオキャリアと８１．７５
ＭＨｚのオーディオキャリアを含む。（Ｅ．Ｃ．ジョル
ダン編「無線、電子、コンピュータ及び通信技術者のた
めの参考データ」インディアナ、インディアナポリス、
ハワードＫ．サムズ会社；１９８５年、第７版、セクシ
ョン３５を参照） どちらのキャリアもそれ自身でそれぞれの情報を他方の
キャリア無しで搬送できる。すなわちもしオーディオキ
ャリアが妨害された場合テレビ受信機は、それにもかか
わらず依然ビデオイメージを表示する。逆に言えばもし
ビデオ信号が妨げられたとしても、受信機は依然オーデ
ィオを再生する。対照的に本発明においては単一のキャ
リアがオーディオとビデオの両者を含んでいる。

【００３２】２．図５における信号にはいくつのタイプ
の情報が含まれている。或るタイプはビデオ情報であり
ビデオラインに含まれる。別のタイプはオーディオ情報
でありバンド１及び２に含まれる。３番目のタイプは
「コントロール信号」といえるものであり、例えばカラ
ーバーストあるいは水平同期パルスである。該情報とコ
ントロール信号の間の一つの大きな相違はその情報信号
（つまりビデオとオーディオ情報）には、映像あるいは
音声を再生するため復号化される情報があることであ
る。コントロール信号にはそのような情報はないが、主
として該情報信号を視聴者に理解できる形に「フォーマ
ット」するために作用している。

【００３３】３．ビデオフレーム数の低減が議論され
た。低減することは本発明の実現に際して厳密には必要
ない。該低減はビデオ信号に必要とされるバンド幅を減
少させる。いくつかの場合低減は必要ではないであろ
う。

【００３４】４．本発明はビデオ会議に際し特に有用で
ある。ＡＦＤ圧縮はビデオ会議への利用に適している。

【００３５】５．図６に示したトレーニング信号の持続
時間は２４．４４マイクロ秒である。この持続時間は受
信機が各トレーニング信号の有意平均を得るのに十分な
時間を提供する。（実際トレーニング信号は示されたよ
うな完璧に直角を成す波形になることはない。それどこ
ろかノイズが乗るだろう。）

【００３６】６．１つの安全措置としてオーディオはス
クランブルをかけることが出来る。或る単純なスクラン
ブル処理の一つは各グループ内の６個の３ビットワード
の順序を図８のマルチプレクサ５１と関連させて再編成
することである。例えば６個の各グループ内の最初の順
序が１、２、３、４、５、６であったとする。この順序
は３、２、１、６、５、４へ再編成できる。図９で示す
デコーダはスクランブルの順序を知っておりそれに従っ
てスクランブルを解く。この順序は動的に変更できる。
たとえば該６個のラインの編成が可能な６の階乗あるい
は７２０の可能なシーケンスが存在する。事前に決めた
時間にエンコーダが新しいシーケンスを選択できる。デ
コーダはそれに従うかあるいはその新しいシーケンスに
ついて知らされる。

【００３７】オーディオは暗号化することもできる。例
えばエンコーダは暗号化された３ビットワードを生成す
るために照会用の或るワードかキーで各３ビットワード
とＥＸ−ＯＲ演算することが出来る。デコーダが暗号化
された該３ビットワードについて同一のキーでＥＸ−Ｏ
Ｒ演算すると元の３ビットワードが得られる。

【００３８】７．本発明は、他の情報に加えて、オーデ
ィオ情報・・・ビデオ情報・・・オーディオ情報・・・
図５ではオーディオ情報を表すバンド１・・・ビデオ情
報を表すビデオライン、及びオーディオ情報を表すバン
ド２という繰り返しシーケンスから成る単一の信号を含
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビデオ信号のフレーム数の低減及びオーディオ
信号のデジタル化を表す図である。

【図２】先行技術によるビデオ信号を示す図である。

【図３】サンプリングされたオーディオ信号をビデオ信
号に挿入した図である。

【図４Ａ】Ｍ−ＡＳＫ符号化の概念を示す図である。

【図４Ｂ】Ｍ−ＡＳＫ符号化の概念を示す図である。

【図４Ｃ】Ｍ−ＡＳＫ符号化の概念を示す図である。

【図５】図３に示したサンプリングされたオーディオ信
号の挿入をより詳しく例示した図である。

【図６】図５の左に示したＩＲＥレベルを規定するため
に伝送されるトレーニングシーケンスを表す図である。

【図７】本発明の１部分で使用される論理を示すフロー
チャートである。

【図８】サンプリングされたオーディオ信号をビデオ信
号に挿入するために使用されるエンコーダのブロック図
である。

【図９】ビデオ信号からオーディオ情報を抽出するため
に使用されるデコーダのブロック図である。

【符号の説明】

１０… ３０…ビデオ同期検出器 ３３…位相同期ループ ３４…オーディオロジック ３５…ＡＦＤビデオエンコーダ ３６…シグマデルタコーデック ３９…シフトレジスタ ５１、６０、６６…マルチプレクサ ５４…８レベルＡＳＫ ６３…ビデオＤＡＣ ６８…ＶＢＩトレーニングシーケンサ ７３…ＡＦＤビデオエンコーダ ７６…ビデオ画素伸張器 ９７…８レベルＡＳＫ検出器 １００…データ結合器 １０３…（必要な場合）エラー訂正 １１２…シフトレジスタ １１５…デジタル／アナログ変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バイロン リン ジョンソン アメリカ合衆国 46250 インディアナ, インディアナポリス，プリンス リージェ ント コート 6717

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビデオ情報を含む信号を送信する方法にお
   いて、該方法が：該ビデオ情報を包含する周期的な信号
   を送信するステップ；及び該周期的信号のビデオ情報の
   一部分の中へオーディオ情報を挿入するステップから成
   ることを特徴とするビデオ情報を含む信号を送信する方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において該オーディ
   オ情報の挿入により導入されたノイズを打ち消すステッ
   プを含むことを特徴とするビデオ情報を含む信号を送信
   する方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において該周期的な
   信号が前方ポーチと後方ポーチを含むこと；及び該オー
   ディオ情報を挿入するステップが該前方ポーチと該後方
   ポーチへオーディオ情報を挿入することを含むことを特
   徴とするビデオ情報を含む信号を送信する方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の方法において該オーディ
   オ情報を挿入するステップが、該周期的な信号の各周期
   において残存ビデオ信号に先行する部分と後行する部分
   にオーディオを挿入することを含むことを特徴とするビ
   デオ情報を含む信号を送信する方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の方法において該ビデオ情
   報のバンド幅を低減するためにビデオフレームを落とす
   ステップ；該オーディオをサンプリングするステップ；
   及び該バンド幅低減により有効となったスペースに該オ
   ーディオサンプルを挿入するステップを含むことを特徴
   とするビデオ情報を含む信号を送信する方法。
6. 【請求項６】請求項５に記載の装置において、ＡＳＫを
   使用してオーディオサンプルを符号化するステップ；及
   びＡＳＫ符号化の際使用する範囲を規定するために基準
   レベルのシーケンスを送信するステップを含むことを特
   徴とするビデオ情報を含む信号を送信する方法。