JPH11220712A

JPH11220712A - 帯域を効率的に割当てるディジタルデータ再多重装置

Info

Publication number: JPH11220712A
Application number: JP10018544A
Authority: JP
Inventors: Satoru Date; 哲伊達; Taizo Kinoshita; 泰三木下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、従来技術の問題点を解決
し、品質劣化を最小限に留め、装置コストの削減を行う
とともに効率的な帯域割当を行い、受信機での安定動作
を実現する再多重装置を提供することにある。【解決手段】入力番組の帯域と出力伝送路の帯域とか
ら各入力番組のビットレートを設定するレート変換制御
部１３と、決定されたビットレートに従って各番組毎に
ビットレートを変換するビットレート変換部１２と、レ
ート変換制御部１３にて決定した帯域割当情報に基づき
帯域を出力伝送路毎に出力する帯域割当部１５と、出力
伝送路毎の多重化部１６とをもって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル放送で
配信された複数の番組から所望の番組を抽出しディジタ
ル信号を出力する再多重装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の放送は主に、地上波放送や衛星放
送やＣＡＴＶ（Cable Television）などの伝送媒体によ
り、アナログ信号により行われている。ＣＡＴＶでは、
地上波放送で放送されている番組を再送信することが義
務づけられている。図３に示すように、アナログ信号の
場合、所望の番組を選局及び復調すると映像信号及び音
響信号３１が得られる。

【０００３】これらの信号を、ＣＡＴＶ用のヘッドエン
ド３２で伝送路３３に出力するシステムがある。

【０００４】近年、放送のディジタル化が始まり、衛星
を使ったディジタル放送がサービスされている。かかる
サービスは、放送のディジタル化により、従来のアナロ
グ放送と同程度の品質を狭い帯域で伝送できることが大
きな特徴である。従って、従来の伝送帯域でより多くの
番組を放送したり、ＨＤＴＶ（High Definition Televi
sion）クラスの高精細映像の放送を実現することができ
る。このように、ディジタル放送は、放送の世界に新た
な広がりをもたらし、ディジタルメディアを扱うＰＣな
どとの親和性を高めることができる。

【０００５】放送のディジタル化の中で大きな役割を担
っているのが、画像及び音声の圧縮符号化技術である。
ディジタル圧縮の代表例としては、国際標準規格として
定められたＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）
規格がある（１９９４年８月アスキー出版局発行藤原洋
監修「最新ＭＰＥＧ教科書」）。現在ディジタル衛星放
送で採用している符号化方式もＭＰＥＧ−２である。こ
のＭＰＥＧ規格では、大きく分けて時間的相関関係によ
る圧縮技術と空間的相関関係による圧縮技術が利用され
ている。ここでは、空間的相関関係による圧縮技術につ
いて説明する。

【０００６】空間的相関関係を利用した圧縮技術とし
て、２次元の領域に適用するＤＣＴ（Discrete Cosine
Transform）が採用されている。図８に示すように、入
力画像８０はブロックと呼ばれる８×８画素の２次元領
域８１に分割され、そのブロック毎に２次元ＤＣＴが施
される。その結果、８×８のＤＣＴ係数を得る。このＤ
ＣＴ係数は、ブロックの縦横の周波数分布を表してい
る。自然画を対象にした２次元ＤＣＴでは、一般的に直
流成分やそれに近い係数に電力が集中するという性質が
ある。そこで、求めたＤＣＴ係数の直流成分やそれに近
い低周波成分の係数には細かい量子化を行い、高周波成
分に対しては粗い量子化を行うことにより、視覚的な画
質劣化を殆んど伴わずに情報が圧縮される。

【０００７】ディジタル衛星放送で放送している番組を
ディジタルＣＡＴＶで再送信する方法の一例を図６を使
って説明する。衛星の１つの中継器で伝送される信号を
復調部６０で復調し、ディジタル信号を得る。このディ
ジタル信号は、複数の番組を含んだストリームである。
ストリームはスクランブルがかけられている場合があ
り、元の映像を得るためにデスクランブル部６１にてス
クランブルを解き、再び、再送信するシステムに合わせ
たスクランブルをスクランブル部６２でかける。スクラ
ンブルされたディジタル信号は、ヘッドエンド６３から
ケーブルに出力される。この方法では、衛星の中継器で
伝送される番組の全てを再送信することになり、所望し
ない番組までも再送信してしまうという欠点がある。さ
らに、この方法では、衛星の中継器の伝送帯域と出力先
のＣＡＴＶのキャリアの帯域が一致していなければなら
ないという欠点がある。

【０００８】再送信する方法の他の例を、図７を用いて
説明する。衛星で放送される番組の内、所望の番組を復
調部７０で選択し、得られたディジタル信号のスクラン
ブルをデスクランブル部７１で解き、復号部７２で映像
及び音声のアナログ信号を得る。次に、このアナログ信
号を符号化部７３で圧縮符号化し、スクランブル部７４
でスクランブルをかけた後に、ヘッドエンド７５からケ
ーブルに出力される。この方法では、所望の番組のみを
選択して再送信することができるが、再送信したい番組
毎に符号化装置と復号化装置を備えなければならずコス
トが増大することになる。また、伝送ビットレートは番
組毎に異なっており、再送信する番組の組合せによって
は、出力伝送路の帯域内に空いた帯域が発生することが
考えられる。つまり、仮に出力伝送路の帯域をＢとし、
選択したｎ個の番組の各帯域をｂ₀，ｂ₁，…，ｂ_nとす
る。ここで、Σｂ_n＞Ｂとすると、ｎ個の番組の全てを
多重することはできない。Σｂ_n-1＜Ｂを満たしている
ときにｎ番目の番組を多重しないとすると、０〜ｎ−１
番目までのｎ−１個の番組を多重することができるが、
Ｂ−Σｂ_n-1≒ｂ_n 且つＢ−Σｂ_n-1＜ｂ_n である状態
が十分考えられる。この場合、出力帯域にほぼ１番組分
の帯域が余剰帯域となり無駄になってしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の再送信する方法の問題点を解決し、品質劣化
を最小限に留め、装置コストの削減を行うとともに効率
的な帯域割当を行い、受信機での安定動作を実現する再
多重装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、映像及び音声
を圧縮符号化したディジタルストリームを再多重する際
に、入力番組の帯域と出力伝送路の帯域とから、入力番
組をどの出力伝送路に多重するかを決定し、ビットレー
ト変換を行い効率的な帯域の割当を行うことができる。

【００１１】本発明は、図２に示すように、ある出力伝
送路に対して多重する番組の組合せを求める演算過程２
１と、その組合せを用いて多重したときの出力伝送路内
の余剰帯域を求める計算過程２２と、得られた余剰帯域
の内余剰帯域が最小となる組合せを選択する多重組合せ
決定過程２３とにより帯域割当機能を実現する。

【００１２】また、図４に示すように、入力番組の帯域
と出力伝送路の帯域とからビットレート変換比を求める
変換比演算過程４１と、前記帯域割当機能と、からビッ
トレート変換を用いた第１次の帯域割当を実現すること
ができる。第１次の帯域割当において割当が完了しない
場合は、割当が完了するまでビットレート変換比を変更
しながら割当を行い、効率的な帯域割当を実現する。

【００１３】さらに、図５において、入力番組に優先度
を設定し、品質を保ちたい番組とそうでない番組を設定
し、優先度の低い番組のビットレート変換比を求めるビ
ットレート変換比演算過程５１と、優先度の低い番組の
ビットレート変換のみでは再多重が完了しない場合に優
先度の高い番組のビットレート変換比を求めるビットレ
ート変換比演算過程５３と、ビットレートを変換したデ
ィジタルストリームの帯域を割当てる帯域割当過程５４
と、割当が完了しない場合にさらに多重の対象となって
いる出力伝送路内の番組の帯域のビットレートの変換比
を求める変換比演算過程とにより、優先度の高い番組の
品質を維持しながら効率的な帯域割当を実現する。

【００１４】映像及び音声の符号化方式にＭＰＥＧ標準
規格など、ディジタル信号内に基準時刻信号を含むスト
リームにおいて、番組毎に基準時刻信号を抽出する基準
時刻抽出過程と、出力時に基準時刻信号を補正する基準
時刻補正過程とから、受信機において受信した信号から
正しく基準時刻信号を再生することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】ビットレート変換制御は、番組に
関して種々の情報が記述してある番組配列情報から各番
組の伝送ビットレートを読みだし、最適なビットレート
変換比を求め、各番組のビットレート変換部へ通知す
る。ビットレート変換部は、この通知されたビットレー
ト変換比で示されるビットレートに変換する。各番組毎
にビットレート変換されたビットストリームは、多重化
部で出力伝送路毎に出力する。

【００１６】入力された各番組を各出力伝送路に割当て
た際に、出力帯域内をすべて有効に使用できればよい
が、必ずしも有効に割当てることはできない。そこで番
組の伝送ビットレートを変換し多重効率を高めた割当を
行う。伝送ビットレートの変換方法の一例として、「ビ
ットレート変換方式の検討」（１９９４年テレビジョン
学会年次大会，１８３頁）がある。しかしながら、伝送
ビットレートを変換することにより、映像の画質劣化が
発生するので、伝送ビットレートの変換は最小限に留め
ることが望ましい。そこで、各番組毎に優先度を設定し
伝送ビットレートを変換する番組の選択を行い、優先度
の高い番組の品質を保つことができる。優先度設定部で
示される各番組の優先度をビットレート変換制御部へ通
知し、ビットレート変換制御部では通知された優先度に
基づき各番組のビットレートの変換比を求める。以下、
詳細に述べる。

【００１７】ビットレート変換を含まない帯域割当の方
法については、図２において、第ｉ出力伝送路に対し
て、多重する番組の組合せを組合せ演算過程２１で求め
る。次に、求めた組合せに対して、第ｉ出力伝送路に多
重した際の余剰帯域を余剰帯域演算過程２２で求める。
全ての伝送路ｉについて余剰帯域を求めたら、余剰帯域
の最も少ない組合せを最適組合せとし、これを最適組合
せ決定過程２３で求める。この帯域割当方法を用いた再
多重装置を、図９を用いて説明する。例えば、衛星回線
を伝送路とする番組配信システムにおいて、復調部９１
で得られたディジタル信号９０１は複数の番組が多重さ
れたストリームであり、番組選択部９２で多重したい番
組を選択する。以上、復調部９１から番組選択部９２を
入力番組生成部９３とし、多重したい番組数だけ入力番
組生成部を並列に並べる。入力番組生成部９３，９４の
出力は、帯域割当部９５にて前記帯域割当方法にて出力
伝送路ごとに多重する番組を出力し、多重化部９６で多
重化し出力する。

【００１８】また、入力信号には、映像及び音声信号の
他にどの番組がどの伝送路で伝送されているかなど、番
組の識別子の値が記述された番組情報配列が伝送されて
いる。この情報を基に、受信機は番組の選択動作を行う
ことができる。再多重装置において、所望の番組のみを
再送信したり、入力時の伝送路とは異なる伝送路に多重
化ストリームを出力するので、新しい番組情報配列を生
成し、伝送しなければならない。そのため、復調部９７
で得られたディジタルストリームから番組に関する情報
を抽出する番組配列情報抽出部９８において抽出した情
報は、番組配列情報記憶部９９に一時保持される。番組
配列情報は番組の伝送ビットレートや映像及び音声など
様々なディジタルデータの識別子が記述されており、帯
域の割当処理を行う際に用いる。

【００１９】新しい伝送路内のどの伝送路に番組を多重
するか、さらに多重する番組の識別子を番組配列情報生
成部９０２で生成し、帯域割当部９５へ通知し、出力す
る。所望の番組の選択は、その番組に関する識別子を番
組選択制御部９００が番組配列情報記憶部９９から読み
だし、番組選択部９００へ識別子を通知することで実現
する。番組選択部９２は、この識別子で示されるディジ
タルストリームのみを抽出する。

【００２０】このように帯域を出力側の伝送帯域に効率
的に割当ることにより余剰帯域を減らすことができる
が、選択した番組の伝送ビットレートを変換することに
よりさらに効率的な伝送を実現できる。以下、図１を用
いて説明する。復調した番組のディジタル信号１００か
らは、図９の入力番組生成部９３と同様に、番組選択部
１１により所望の番組が選択される。選択した番組は、
ビットレート変換部１２でビットレートを抑えるように
変換して出力するか、または、ビットレートを変換する
必要がない場合はディジタル信号をそのまま出力する。
ビットレート変換制御は、レート変換制御部１３で行
う。図４に、ビットレート変換を含む帯域割当方法を示
す。多重したい番組の帯域をＢ_ci（ｉ＝１，…，m）、
また、出力伝送路の帯域をＢ_oi（ｉ＝１，…，ｎ）とす
る。比較過程４０は、入力番組の帯域の総和と出力伝送
路の帯域の総和を比較する。入力番組の帯域の総和の方
が大きい場合、入力番組の帯域の総和が出力伝送路の帯
域の総和以下になるまで入力伝送路の帯域のビットレー
トを一定の割合で下げ、ビットレート変換比を変換比決
定過程４１により求める。その後、帯域割当過程４２で
帯域割当を行う。

【００２１】出力伝送路の帯域と多重した番組の帯域が
一致したとき割当完了とし、それ以外の場合、出力伝送
路ｌ内の番組のビットレートを一定の割合で下げ、ビッ
トレート変換比を変換比再設定過程４３で求める。

【００２２】一方、比較過程４０にて入力番組の帯域の
総和が出力伝送路の帯域の総和以下の場合、帯域割当過
程４４で帯域割当を行う。帯域割当が完了しない場合、
出力伝送路ｌ内の番組のビットレートを一定の割合で下
げ、ビットレート変換比再設定過程４５にてビットレー
ト変換比を求める。

【００２３】この様にして求めた入力番組ごとのビット
レート変換比は、各番組のビットレート変換部１２へ通
知される。変換情報は、さらに番組配列情報生成部１４
と帯域割当部１５へ通知される。番組配列情報生成部１
４は、多重後の番組に関する情報を生成する。また、帯
域割当部１５は、レート変換制御部１３で求めた帯域割
当情報を基に帯域割当を行い、出力伝送路ごとに出力す
る。

【００２４】ビットレートを下げることは、番組の品質
劣化を招くことになる。番組の種類は多岐に渡り、中に
は品質劣化が許容される番組と許容されない番組が存在
する。番組の品質に対する優先度を設定し、番組の品質
劣化が許容される番組からビットレートを変換し高効率
多重を実現する再多重装置を、図１０を用いて説明す
る。基本的には、図１に示すビットレート変換を含む再
多重装置と同様である。番組に対する優先度設定部１０
１にて設定された優先度を、番組配列情報生成部１０４
からレート変換制御部１０２へ通知する。

【００２５】優先度を有するビットレート変換方法につ
いては、図５を用いて説明する。入力番組の帯域の総和
と出力伝送路の帯域の総和を比較する比較過程５０の結
果、入力番組の帯域の総和が出力伝送路の帯域を上回る
場合とそうでない場合により処理が分かれる。入力番組
の帯域の総和が出力伝送路の帯域の総和を上回る場合、
優先度の低い番組に対してビットレートを抑えるビット
レート変換比設定過程５１で得られた新しい帯域に対し
て出力帯域の総和との比較過程５２で帯域の比較を行
い、入力番組の帯域が出力伝送路の帯域を上回る場合、
優先度の高い番組に対し、優先度の低い番組の変換比を
下回らないようにビットレート変換比をビットレート決
定過程５３で決定する。ビットレートを決定後、帯域割
当過程５４で帯域割当を行い、割当が完了しなければ出
力伝送路ｌ内の番組のビットレートを帯域内になるよう
にビットレート変換比再設定過程５５にて抑制する。

【００２６】一方、比較過程５０にて、入力番組帯域の
総和が出力伝送路の帯域の総和を下回る場合は、帯域割
当過程５６にて帯域割当を行い、割当が完了しない場合
は、出力伝送路ｌ内の番組のビットレート変換比を帯域
内になるようにビットレート再設定過程５７で求める。

【００２７】このようにして得られたビットレート変換
比は、ビットレート変換部１０３に通知され、各番組の
ビットレートを変換する。また、ビットレート変換比は
番組配列情報生成部１０４へ通知され、番組に関する配
列情報を生成すると共に帯域割当情報を帯域割当部１０
５へ通知する。

【００２８】これまで説明した図１，９，１０の再多重
装置は、複数の伝送路の入力に対応する。例えば、図１
１のように異なる衛星により伝送されてきた番組を、そ
れぞれのアンテナで受信した後、受信衛星切替部１１１
から各復調部へ出力することにより、複数の衛星により
配信された番組を再多重することが可能となる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、映像及び音声を含む番
組の内の所望の複数チャネルを多重し、複数の多重化す
ることができる。さらに、多重化ストリームは出力チャ
ネルの帯域に効率的に配分され、伝送効率を高めること
ができる。

【００３０】伝送効率が高まることにより、映像及び音
声に加えてディジタルコンテンツなどのデータを多重す
るための帯域を提供することができる。また、番組に優
先度を設定し、多重化の際に品質劣化を望まない番組の
品質を保ちながら多重化を実現することができる。さら
に、本発明のビットレート変換制御方法は、多重化時に
品質に偏りの少ないビットレート変換を実現することが
できる。

【００３１】入力される番組のディジタル信号に、基準
時刻信号が含まれている場合にも受信機が多重化ストリ
ームから正しく基準時刻信号を再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビットレート変換を含む再多重装置の構成図。

【図２】帯域割当を行うフローチャート。

【図３】アナログ放送の再送信システムの構成図。

【図４】ビットレート変換を含む帯域割当を行うフロー
チャート。

【図５】ビットレート変換及び優先度設定を含む帯域割
当を行うフローチャート。

【図６】ディジタル放送の再送信システムの構成図。

【図７】ディジタル放送の再送信システムの構成図。

【図８】画像符号化の処理単位を説明するための図。

【図９】帯域割当を行う再多重装置の構成図。

【図１０】ビットレート変換及び優先度設定を含む再多
重装置の構成図。

【図１１】複数入力伝送路に対応した入力部の説明図。

【符号の説明】

１１…番組選択部、１２，１０３…ビットレート変換
部、１３，１０２…ビットレート変換制御部、１４…番
組配列情報生成部、１５，１０５…帯域割当部、１６…
多重化部、２１…組合せ演算部、２２…余剰帯域演算
部、２３…組合せ決定部、３１…映像及び音声信号、３
２，６３，７５…ヘッドエンド、３３…伝送路、４０，
５０，５２…入出力帯域比較過程、４１，５１…変換比
決定過程、４２，４４，５４，５６…帯域割当過程、４
３，４５，５３，５５，５７…ビットレート変換比再設
定過程、６０，７０，９１，９７…復調部、６１，７１
…デスクランブル部、６２，７４…スクランブル部、７
２…複合化部、７３…符号化部、８０…入力画像、８１
…ブロック、９２…番組選択部、９３，９４…入力番組
生成部、９５…帯域割当部、９６…多重化部、９８…番
組配列情報抽出部、９９…番組配列情報記憶、９００…
番組選択制御部、１００，９０１…番組ディジタル信
号、９０２…番組配列情報生成部、１０１…優先度設定
部、１１１…受信衛星切替部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の番組からなるディジタルストリーム
から所望の番組を抽出するとともに新たなディジタルス
トリームを自動的に構成する再多重装置であって、入力
された複数番組の番組配列情報を抽出する番組配列情報
抽出手段と、上記番組配列情報を記憶する番組配列情報
記憶手段と、入力された複数番組から所望の番組を抽出
する複数の番組選択手段と、該複数の番組選択手段によ
り得られた各番組を出力チャネルの帯域に効率的に配分
し割当てる帯域割当手段と、該帯域割当手段の出力を出
力チャネルごとに多重化する複数の多重化手段と、該多
重化手段の出力の番組に関する新たな番組配列情報を生
成する番組配列情報生成手段と、を有することを特徴と
する再多重装置。
【請求項２】複数の番組からなるディジタルストリーム
から所望の番組を抽出するとともに新たなディジタルス
トリームを自動的に構成する再多重装置であって、入力
された複数番組の番組配列情報を抽出する番組配列情報
抽出手段と、上記番組配列情報を記憶する番組配列情報
記憶手段と、入力された複数番組から所望の番組を抽出
する複数の番組選択手段と、該複数の番組選択手段によ
り得られた各番組の伝送ビットレートを変換する複数の
ビットレート変換手段と、該複数のビットレート変換手
段の各ビットレートを設定するレート変換制御手段と、
上記複数のビットレート変換の各出力を多重化する多重
化手段と、該多重化手段の出力の番組に関する新たな番
組配列情報を生成する番組配列情報生成手段とを有する
ことを特徴とする再多重装置。
【請求項３】さらに、前記複数の番組選択手段により抽
出された各番組にビットレート変換の優先度を設定する
優先度設定手段を有し、前記レート変換制御手段が上記
優先度設定手段により設定された優先度に基づいて前記
複数のビットレート変換手段における各ビットレート変
換処理を制御することを特徴とする請求項２に記載の再
多重装置。
【請求項４】前記再多重装置が、全ての出力チャネルに
対して多重すべき入力チャネルの組合せを決定する組合
せ演算過程と、該組合せ演算過程により得られた組合せ
の余剰帯域を計算する余剰帯域計算過程と、該余剰帯域
計算過程により得られた余剰帯域が最小となる入力チャ
ネルの組合せを決定する最適組合せ決定過程とにより、
帯域割当を行うことを特徴とする請求項１に記載の再多
重装置。
【請求項５】前記レート変換制御手段が、入力チャネル
の帯域の総和と出力帯域の総和を比較する比較過程と、
該比較過程の結果によりビットレートの変換比を下げる
チャネルを求めるチャネル決定過程と、該変換後のチャ
ネルを含む全てのチャネルの帯域を割当る帯域割当演算
過程と、ビットレートの変換比を求める演算過程とによ
り、ビットレート変換を含む帯域割当を行うことを特徴
とする請求項２に記載の再多重装置。
【請求項６】前記レート変換制御手段が、入力チャネル
の帯域の総和と出力帯域の総和を比較する比較過程と、
該比較過程の結果により優先度の低いチャネルに対しビ
ットレートの変換比を求める演算過程と、優先度の高い
チャネルのビットレート変換比を求める演算過程と、ビ
ットレート変換後のチャネルを含む全てのチャネルの帯
域を割当る帯域割当演算過程とにより、ビットレート変
換を含む帯域割当を行うことを特徴とする請求項３に記
載の再多重装置。
【請求項７】さらに、前記複数の番組選択手段により得
られた各番組のディジタルストリームから基準時刻信号
を抽出する基準時刻信号抽出手段と、該基準時刻信号抽
出手段により得られた各基準時刻信号を補正する基準時
刻補正手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３
に記載の再多重装置。