KR100476135B1 - 디지털신호부호화방법및장치,디지털신호전송방법,기록매체 - Google Patents

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Abstract

디지털 부호화 방법으로서, 복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계와, 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계와, 각 디코드 시각마다 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교해서 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계와, 각 디코드 시각에 있어서 억세스 유닛의 크기가 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계와, 상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계로서, 억세스 유닛이 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족치 못한 때에 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기와의 차이값에 대해서 패딩 패킷을 사용해서 패킷화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 부호화 방법.

Description

디지털 신호 부호화 방법 및 장치, 디지털 신호 전송 방법, 기록 매체
본 발명은 동화상 신호 및 음향신호 등을 예를 들면 광자기 디스크나 자기 테이프 등의 기록 매체에 기록하고, 이것을 재생하여 디스플레이 등으로 표시하거나 텔레비전 회의 시스템, 텔레비전 전화 시스템, 방송용 기기 등 동화상 신호 및 음향 신호 등을 전송로를 통해 송신 측으로부터 수신 측으로 전송하고, 수신 측에 있어서 이것을 수신하고, 표시하는 경우 등에 사용하여, 가장 적합한 디지털 신호 부호화 방법 및 장치, 디지털 신호 기록 매체, 및 디지털 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
영상 신호나 음성 신호 등을 광자기 디스크나 자기 테이프 등의 기록 매체에 기록하고, 그들을 재생해서 디스플레이 등에 표시하거나 텔레비전 회의 시스템, 텔레비전 전화 시스템 등에 있어서 송신 측이 소정의 전송로를 통해 그들의 신호를 전송하고, 수신 측이 그들의 신호를 수신하여 표시하는 경우 등에 있어서, 최근 이들의 신호는 A/D 변환한 후, 소위 MPEG(Moving Picture Experts Group) 방식으로 부호화하여 취급되는 일이 많아지고 있다.
여기에서, 상기 MPEG는 ISO/IEC, JTC1/SC29(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission, Joint Technical Commitee 1/Sub Commitee 29)의 축적용 동화상 부호화의 검토 조직의 약칭이고, MPEG1 표준으로서 ISO11172가, MPEG2 표준으로서 ISO13818이 있다. 이들의 국제 표준에 있어서 멀티미디어 다중화의 항목에서 ISO11172-1 및 ISO13818-1이 영상의 항목으로 ISO11172-2 및 ISO13818-2가 또 음성의 항목에서 ISO11172-3 및 ISO13818-3이 각각 표준화되어 있다.
통상, 영상과 음성은 동시에 취급하므로, 일반적인 시스템에 있어서는, 영상 신호, 음성 신호 및 관련하는 데이타는 복수의 데이타를 묶어서(다중화하여) 기록· 전송한다. 그리고, 재생할 때에 다중화된 데이타를 영상 신호나 음성신호 등의 데이타의 종류별로 분리한 후 복호해서 그들의 데이타를 동기시켜서 재생한다.
데이타를 다중화하는 경우 소정의 수의 영상 신호 및 음성 신호를 개별로 부호화하고 각 신호에 대한 부호화 스트림을 생성한 후 그들의 부호화 스트림이 다중화된다.
MPEG 시스템(ISO/IEC13818-1 또는 ISO/IEC11172-1)에서는 이 다중화 스트림을 규정하고 있다. 다음에 이 MPEG 시스템에 있어서 디코더 모델 및 다중화 스트림의 구조에 대해서 설명한다. 여기에서는 설명을 간단히 하기 위해 MPEG2(ISO/IEC13818-1) 프로그램 스트림 및 MPEG1 시스템(ISO/IEC11172-1) 스트림에 대해서 상술하지만, MPEG2 시스템의 트랜스포트 스트림(ISO/IEC13818-1)도 MPEG2 프로그램 스트림과 같은 원리에 의해 디코드된다.
MPEG 시스템에서는 가상적인 디코더의 모델(STD: 시스템 타겟 디코더)이 규정되어 있어 다중화 시스템 스트림은 이 STD에 있어서 정확하고, 즉 버퍼의 오류를 초래하지 않도록 복호되어 있는 것으로 정의되어 있다.
여기에서 STD(시스템 타겟 디코더)의 동작을 설명한다. 도 6은 STD(시스템 타겟 디코더)의 일례의 개략적인 구성을 나타내고, 도 7A 및 도 7B는 MPEG2 프로그램 스트림의 구조 및 MPEG2 트랜스포트 스트림의 구조를 각각 도시한다.
STD는 내부에 시스템 타임 클록(STC: System Time Clock)(16)이라 칭하는 기준 시계를 가지고 있다. 이 STC(16)은 임의의 시간 간격으로 증가하고 있다. 한편 MPEG2 시스템의 프로그램 스트림 중은 복수의 억세스 유닛으로 구성되어 있고, 그 스트림에는 도 7에 도시하는 바와 같이 시스템 클록 기준(SCR: System Clock Reference)라 칭하는 시간 정보가 팩 헤더라 칭하는 영역으로 인코드되어 있다. 디코더는 STC가 SCR과 같아지면 그것이 해당하는 팩, 즉 프로그램 스트림의 구성 단위를 어떤 비율 즉 팩 헤더의 mux_rate field 에 인코드되어 있는 값으로 판독한다.
판독된 팩은 곧바로 그것의 구성 단위인 패킷의 종류에 따라 분리기(11)에서 각 기본 스트림 즉 비디오 스트림이나 오디오 스트림 등으로 분리되고 각 기본 스트림의 디코더 버퍼 즉 비디오 버퍼(12)나 오디오 버퍼(14)에 입력된다.
패킷 헤더에는 도 7에 도시하는 바와 같이 디코딩 타임 스탬프(DTS: Decoding Time Stamp), 프리젠테이션 타임 스탬프(PTS: Presentation Time Stamp)라 칭하는 시간 정보를 기술하는 필드가 준비되어 있어서 각각 기본 스트림의 디코드 단위(억세스 유닛)의 디코드되어야 할 시각과 표시되어야 할 시각을 나타내고 있다. 특히 DTS는 억세스 유닛이 표시되는 시간을 나타내고 있고, PTS는 억세스 유닛이 복호되는 시간을 나타내고 있다. 단 DTS=PTS로 되는 억세스 유닛에 대해서는 PTS의 값만이 인코드된다. 디코더 버퍼(12)에 입력된 억세스 유닛은 이 STC의 값이 DTS의 값과 같아졌을 때에 버퍼로부터 뽑혀져서 각 디코더, 즉 비디오 디코더(13)나 오디오 디코더(15)에 입력되어 디코드된다.
이와 같이 STD(시스템 타겟 디코더)에 있어서는 같은 기준 시계 STC(16)에 대한 디코드 시각의 정보가 각 기본 스트림의 패킷에 인코드되어 있기 때문에 비디오, 오디오, 그 밖의 데이타를 동기시켜서 재생할 수 있게 되어 있다.
또, 다중화에 있어서 이 STD의 각 기본 스트림의 디코더 버퍼가 오버플로우 및 언더플로우하지 않도록 STD로의 팩의 공급 시각 SCR(시스템 클록 레퍼런스)이 결정되고 억세스 유닛을 패킷화하는 것이 요구된다. 여기에서, 상기 오버플로우는 버퍼에 공급되는 데이타가 버퍼 용량을 넘어 버리는 것을 의미하고 언더플로우는 억세스 유닛이 디코드되어야 할 시각에 버퍼에 아직 도달하지 아니한 상태를 도시한다.
이상은, 도 7A의 MPEG2 프로그램 스트림에 대한 설명이나, 도 7B의 MPEG2 트랜스포트 스트림에 대해서도 같은 구조를 갖는다. 도 7B의 트랜스포트 스트림 헤더는 ISO/IEC13818-1에 있어서 규정되는 동기 바이트(sync_byte)에서 순회 카운터(continuity_counter)까지의 4바이트를 말한다. 클록 레퍼런스 및 디코드 시각은 도 7A의 MPEG 프로그램 스트림의 경우와 같다.
MPEG 비디오에는 GOP(Group of Pictures)라는 구조가 있고 이 단위에서 독립해서 즉 해당하는 GOP를 디코드 하는데 앞의 GOP에 속하는 화상을 필요로 하지 아니하도록 인코딩을 할 수가 있다. 따라서 복수의 비디오 스트림이 있을 때 GOP를 전환 단위로 하여 복수의 비디오 스트림을 전환할 수가 있다.
이제, 상기 조건 즉 비디오 스트림이 GOP에서 닫혀져 있는 조건으로 인코드되어 있는 2종류의 다른 프로그램 스트림에 있어서 각각을 독립해서 다중화를 행하는 경우를 고려한다. 단 프로그램 스트림의 전환을 가능하게 하기 위해 GOP의 경계가 동일한 비디오 패킷 중에 포함되는 일이 없도록 제약을 한다.
도 8은 이와 같은 조건으로 2개의 프로그램 스트림의 각각을 독립적으로 다중화하는 경우의 예 및 그것의 2개의 프로그램 스트림을 선택적으로 전환해서 출력하는 경우의 예를 도시하고 있다. 이 도 8A에 도시하는 바와 같이 프로그램 스트림(PS0)의 팩(PK0)과 팩(PK1)에 비디오 스트림(V0)의 GOP0의 데이타가 프로그램 스트림(PS0)의 팩(PK2)와 팩(PK3)에 비디오(VO)의 GOP1의 데이타가 다중화되어 있다. 또 도 8B에 도시하는 바와 같이 프로그램 스트림(PS1)의 팩(PK0, PK1, PK2)에 비디오(V1)의 GOP0의 데이타가 프로그램 스트림(PS1)의 데이타가 프로그램 스트림(PS1)의 팩(PK3)에 비디오(V1)의 GOP1의 데이타가 다중화되어 있다.
이들 도 8A 및 8B에 도시하는 바와 같은 별도로 다중화된 2개의 프로그램 스트림이 1개의 기록 매체에 기록되어 있어, 예를 들면 도 6의 판독 장치(10)가 선택적으로 프로그램 스트림을 팩 단위로 전환해서 출력할 수 있는 시스템을 상정할 때 상술한 GOP의 독립성에 의해 프로그램 스트림을 전환점에 있어서 전환했을 경우, 비디오 재생을 중단시키지 않고 연속적으로 재생하는 것이 가능하다.
즉, 예를 들어, 도 8C에 도시하는 바와 같이, 프로그램 스트림(PS0)의 팩(PK0, PK1)을 판독한 후 계속해서 프로그램 스트림(PS1)의 팩(PK3)을 판독하면 도 6의 비디오 버퍼(12)에는 비디오(V0)의 GOP0의 데이타가 입력된 후 비디오(V1)의 GOP1의 데이타가 입력되므로 비디오(V0)로부터 비디오(V1)에 영상이 전환되어도 연속적으로 재생하는 것이 가능하다. 이 예에서는 2개의 프로그램 스트림이 기록 매체에 기록되어 있다고 하였으나, 2개 이상이라도 동일하다. 이하 이들의 GOP의 전환점의 팩을 엔트리 포인트라 칭한다.
그런데 기록 매체에 복수의 프로그램 스트림이 기록되어 있어서 판독 장치가 엔트리 포인트에 있어서 판독하는 프로그램 스트림을 선택적으로 전환하는 기능을 가지고 있을 때, 매체에 기록되는 복수의 프로그램 스트림의 다중화를 각각 독립적으로 통상의 방법으로 행하면 디코더로 정확하게 디코드할 수 없는 경우가 생긴다. 이것은 다음의 2개의 이유에 의한다.
이유 1. SCR(시스템 클록 레퍼런스)의 부정합 팩 헤더에 인코드되는 SCR은 디코더로의 판독 개시 시간을 표시하므로 판독되어서 디코더에 입력되는 2개의 인접하는 팩에 대해서,
(뒤의 팩에 인코드되어 있는 SCR)
≥ (앞의 팩에 인코드되어 있는 SCR) + (앞 팩의 전송 시간)
즉, (뒤의 팩에 인코드되어 있는 SCR)
≥ (앞의 팩에 인코드되어 있는 SCR) + (앞 팩의 크기)/(판독 레이트)
의 조건을 만족하지 해야만 한다. 따라서 프로그램 스트림(PS0)을 팩(PK0, PK1, PK2, PK3, . . )과 차례로 판독하는 경우에는 상기 조건이 성립되어도(개개의 프로그램 스트림은 상기 조건이 성립하도록 다중화되어 있음). 도 8C에 도시하는 바와 같이, 프로그램 스트림(PS0)을 팩(PK0, PK1)으로 판독한 후에 엔트리 포인트로 프로그램 스트림을 전환해서 프로그램 스트림(PS1)의 팩(PK3)을 판독해서 디코더에 입력하려고 하면 프로그램 스트림(PS0)과 프로그램 스트림(PS1)의 다중화는 각각 독립적으로 행해지고 있으므로 상기 조건을 만족시킬 수 없는 것, 즉 앞의 팩의 판독이 종료되었을 때 STC가 뒤의 팩에 인코드되어 있는 SCR의 값보다 커져 뒤의 팩을 판독할 수 없게 되는 일이 있다.
이유 2. 버퍼의 파탄
판독 장치가 판독하는 프로그램 스트림의 전환을 하면 결과로서 디코더 버퍼의 파탄(오버플로우, 언더플로우)이 생길 가능성이 있다.
이 이유 2를 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 비디오 디코더 버퍼에 있어서 데이타의 점유량의 천이를 나타내고 있다. 여기에서 도 9A는 예를 들어, 도 8A에 도시하는 바와 같은 프로그램 스트림(PS0)을 팩(PK0, PK1, PK2, PK3, . . . )과 차례로 판독한 때의 버퍼의 상태이고 (a)는 비디오(V0)의 GOP의 데이터, (b)는 비디오(V0)의 GOP1의 데이타이다. 도 9B는 예를 들면 도 8B에 도시하는 바와 같은 프로그램 스트림(PS1)을 팩(PK0, PK1, PK2, PK3, . . . )과 차례로 판독한 때의 버퍼의 상태이고, (c)는 비디오(V1)의 GOP0의 데이타, (d)는 비디오(V1)의 GOP1의 데이타이다. 도 9A 및 도 9B 모두 각각 연속된 프로그램 스트림이므로 당연히 버퍼는 파탄되는 일이 없이 다중화되어 있을 것이다. 그러나 이 예와 같이 다중화된 프로그램 스트림을 예를 들면 도 8C에 도시하는 바와 같이 판독 장치가 프로그램 스트림(PS0)의 팩(PK0, PK1)으로 읽은 후 비디오를 전환하기 위해 프로그램 스트림(PS1)의 팩(PK3)을 판독했다면 버퍼에는 비디오(V0)의 GOP0의 데이타가 입력된 후 비디오(V1)의 GOP1의 데이타가 공급되므로 버퍼의 점유량의 천이는 도 9C와 같이된다. 여기에서, (e)는 비디오(V0)의 GOP0의 데이타이고, (f)는 비디오(V1)의 GOP1의 데이타이다.
비디오(V1)의 GOP1의 데이타를 디코드할 때에 판독은 SCR에 의해 버퍼로부터의 인출(引き拔き)은 DTS에 의해 결정되고 데이타의 입력 및 인출 타이밍은 (f)와 같이되므로 도 9C와 같이 버퍼의 오버플로우가 발생해 버린다.
본 발명은 상술한 상황을 감안해서 행해진 것이고 억세스 유닛의 판독 타이밍과 그것의 디코드된 후의 버퍼의 상태를 복수의 프로그램 스트림에 대해서 같게 함으로써 복수의 프로그램 스트림을 엔트리 포인트에 있어서 전환해서 판독하였을 때에 SCR의 부정합이 발생하는 일이 없고 또 버퍼의 파탄의 일어나지 아니하는 프로그램 스트림을 생성할 수 있는 디지털 신호 부호화 방법 및 장치, 디지털 신호 전송 방법 및 장치 및 이들의 방법이나 장치에 의해 얻어진 디지털 신호가 기록된 디지털 신호 기록 매체의 제공을 목적으로 한다.
(발명의 개요)
본 발명은 디지털 신호 부호화 방법으로서, 상기 방법은, 다음의 단계:
복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계와,
각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계와,
각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계로서, 상기 패킷화 단계는 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷(padding packet)을 사용하여 패킷화하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명은 디지털 신호 부호화 장치로서, 상기 장치는 다음의 구성:
복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 수신 단자와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 억세스 유닛 검출 디바이스와,
각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 최대치 검출 디바이스와,
각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 스케쥴러와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 패킷화 디바이스로서, 상기 패킷화 디바이스는 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서, 패딩 패킷을 사용하여 패킷화하는, 상기 패킷화 디바이스로 이루어진다.
또한, 본 발명은 디지털 신호 전송 방법으로서, 상기 방법은 다음의 단계:
복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계(억세스 유닛 검출기)와,
각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계(최대치 검출기)와,
각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계(스케쥴러)와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계(패킷화기)로서, 상기 패킷화 단계는 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷을 사용하여 패킷화 하는, 상기 패킷화 단계와,
상기 각각의 패킷화된 복수의 스트림을 1개의 스트림으로서 전송하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명은 기록 신호가 기록되는 기록 매체로서, 상기 기록 매체에 기록되는 상기 기록 신호는 다음의 단계:
복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부화화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계(억세스 유닛 검출기)와,
각 디코드 시각마다 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계(최대치 검출기)와,
각 디코드 시각에 있어서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계(스케쥴러)와,
상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계(패킷화기)로서, 상기 패킷화 단계는 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷을 사용하여 패킷화하는 상기 패킷화 단계를 포함하는 프로그램에 따라 처리된다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
이하 본 발명에 관한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 디지털 신호 부호화 장치의 실시 형태의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 이 제 1 실시 형태에 있어서는 동일 장면을 다른 카메라 각도에서 촬영한 복수의 비디오, 예를 들면 3종류의 비디오 스트림(VS0∼VS2)에 대한 부호화를 고려한다.
동일한 장면을 촬영한 것이기 때문에, 당연 오디오나 자막 데이타 등의 3개의 비디오 스트림(VS0∼VS2)과 함께 다중화해야 할 데이타(오디오 스트림(AS)이나, 그 밖의 스트림(TS) 등)는 3개의 비디오 스트림(VS0∼VS2)에 대해서 완전하게 동일한 것을 사용할 수가 있기 때문에, 각각 1개의 스트림이 3개의 비디오 스트림(VS0, VS2)과 다중화된다. 최종적으로 얻어지는 프로그램 스트림(PS0~PS2)을 복호 측에서 GOP(화상 그룹)마다 전환해서 재생할 때 전환점에 있어서 연속적으로 비디오가 재생 가능하기 위해서는 전환점의 시각과 필드 패리티(상부 필드로 시작하거나 바닥 필드로 시작하거나)가 비디오 스트림마다 동일할 필요가 있다. 이 조건을 만족시키기 위해 여기에서는 비디오의 화상 형태, 톱 필드 고속 플래그, 반복 고속 필드 플래그는 카메라 각도가 다른 비디오로 동일하게 코팅을 하거나 실제로는 반드시 동일하게 할 필요는 없다.
또한 상부 필드 고속 플래그 및 반복 고속 필드 플래그는 MPEG2에 있어서 정의되어 있는 플래그이고 상부 필드 고속 플래그는 해당 프레임을 화면 표시하는 경우 상부 필드와 바닥 필드의 어느 것을 먼저 출력하는 가를 표시하는 플래그이다. 또, 반복 고속 필드 플래그는 예를 들자면 영화 등의 필름 소스(24)를 해당 비디오 신호(30) 프레임으로 변환하는 때 3:2 풀다운 수법을 써서 생성된 신호를 부호화할 때에 제거된다.
본 실시 형태의 시스템에서는 다른 카메라 각도에 대한 비디오 스트림을 디코드할 때, 어느 비디오 스트림을 디코드해도 버퍼에서 억세스 유닛을 뽑아 낸(디코드) 후의 비디오 버퍼의 상태가 같아지도록 다중화할 수가 있다. 이에 의해 GOP 단위로 프로그램 스트림을 전환하였을 때에 버퍼의 상태를 같도록 할 수가 있고, 그 결과 버퍼의 파탄 없이 자국이 없는 비디오 재생이 가능하게 된다. 이하 본 실시 형태의 시스템을 설명한다.
도 1에 있어서 억세스 유닛 검출기(50, 51, 52a∼52c)는 각 기본 스트림의 억세스 유닛의 크기와 그것의 억세스 유닛의 디코드 시각 PTS(표시 시각과 디코드 시각이 다른 경우는 표시 시각 DTS도)를 검출한다. 기본 스트림의 엔코더와 다중화 장치가 일체로 된 시스템에서는 이들의 정보는 엔코더가 출력할 가능성이 크고, 이 경우 엔코더의 출력값을 사용할 수가 있다. 도 1의 예에서, 오디오 스트림 AS이 억세스 유닛 검출기(50)로 보내지고, 다른 카메라 각도에서 촬영되어 인코드된, 예컨대 3종류의 비디오 스트림(VS0, VS1, VS2)이 각각 억세스 유닛 검출기(52a, 52b, 52c)로 보내지고, 그 밖의 스트림(TS)이 억세스 유닛 검출기(51)로 보내진다. 그래서 각 억세스 유닛 검출기(50, 51, 52a∼52c)에 있어서, 각각의 기본 스트림의 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각(DTS)(필요에 다라서 표시 시각(PTS))이 검출된다.
최대치 검출기(53)는 억세스 유닛 검출기(52a, 52b, 52c)로부터의 3종류의 비디오 스트림(VS0, VS1, VS2)으로부터 각각 얻어지는 억세스 유닛의 크기를 비교하고, 억세스 유닛의 최대치를 디코드 시각마다 선택한다.
도 2에 이 선택 모양을 도시한다. 도 2에서는 알기 쉽도록 비디오 스트림(VS0, VS1, VS2)에 대한 억세스 유닛을 시간적으로 어긋나게 해서 쓰고 있으나, 이들은 동일한 디코드 시각(tn(n=1, 2, . . .))에 대한 억세스 유닛의 크기를 나타내고 있다. 디코드 시각(tN)마다 억세스 유닛의 최대치가 가상적인 비디오 스트림(PVS)의 억세스 유닛로서 선택되고 있다. 가상적인 비디오 스트림(PVS)는 이 디코드 간격과 억세스 유닛의 크기를 갖는 것으로 고려한다.
스케쥴러(54)는 이 가상적인 비디오 스트림(PVS)와 그 밖의 다중화해야 할 기본 스트림, 즉 오디오 스트림(AS)과 자막 데이타 등의 그 밖의 스트림(TS)에 대한 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각의 정보를 받아서, 패킷화해야 할 기본 스트림의 종류 패킷의 크기 팩에 붙이는 SCR 등의 제어 정보를 출력한다. 이 스케쥴러(54)는 통상의 다중화 방식에 있어서 사용하는 것과 동일해도 좋다. 예를 들면 이 스케쥴링의 기술로서 본 발명의 출원인이 먼저 일본국 특개평 7-341951호의 명세서 및 도면에 개시한 기술 등을 사용할 수가 있다. 이 일본국 출원에 대응하는 미국 출원도 또 존재한다. 또, 다른 스케쥴링의 기술을 사용해도 좋다.
패킷화 장치(55a, 55b, 55c)는 스케쥴러(54)에 의해 출력된 제어 정보를 사용해서 기본 스트림의 패킷화를 행한다. 단, 스케쥴러(54)는 가상적인 비디오 스트림(가상 비디오)(PVS)에 대해서 스케쥴링을 하고 있으므로 얻어지는 제어 정보를 그대로 써서 실제의 비디오 스트림(실제 비디오)을 패킷화해도 억세스 유닛의 인출 시에 있어서 버퍼의 점유량은 반드시 같지 않다. 그러나,
(실제 비디오의 억세스 유닛의 크기)
≤ (가상 비디오의 억세스 유닛의 크기)
가 항상 성립하므로 패킷화를 할 때 비디오의 억세스 유닛의 크기가 가상 비디오의 억세스 유닛의 크기에 만족치 아니한 경우에 패딩 패킷을 패킷화하면 버퍼에서 인출된(디코드된) 후의 버퍼 상태는 다른 각도의 비디오에 의하지 않고 일정하게 된다.
도 3A는 가상적인 비디오의 억세스 유닛(PVAU)의 크기를 나타내고 도 3B는 실제로 다중화할 비디오의 억세스 유닛(VAU)의 크기를 나타낸다. 도 3C의 실선은 다중화 스케쥴러에 의해 가상 비디오가 패킷에 어떻게 분할되는 가를 도시하고 있다. 이 스케쥴러의 출력 정보를 써서 실제로 비디오 패킷(VP)을 패킷화할 때는 가상 비디오와 실제의 비디오 스트림의 각 억세스 유닛 PVAU와 VAU와의 크기에 차가 있기 때문에, 도 3C의 사선이 실시된 부분을 조정해야만 한다. 패킷화 장치(55a∼55C)는 도 3C에서 사선이 실시된 부분에 있어서 도 3D에 도시하는 바와 같이 패딩 패킷(PP)을 출력하는 기능을 갖는다. 비디오 스트림이 도 3D와 같이 패킷화 됨으로써 다른 기본 스트림을 다중화해서 생성되는 프로그램 스트림은 도 3E와 같이된다. 이 예에서는 각 패킷화 장치에 있어서 비디오, 오디오, 자막 데이타 각각 1 스트림에 대한 다중화를 행한 예를 도시하고 있다.
또, 이와 같이 가상 비디오와 실제의 비디오 스트림의 억세스 유닛의 차이 값을 조정할 때 패딩 패킷(PP) 그 자체로 팩을 구성하고 있는 경우에는 이 패딩 패킷 PP을 전송하지 않아도 각 기본 스트림의 버퍼의 천이에는 전혀 영향을 주지 않는다. 다중화에 있어서 오버 헤드를 감소시키기 위해 즉 낭비의 데이타의 축적을 막기 위해 이와 같은 경우에는 패킷화 장치(55a∼55c)는 패딩 패킷(PP)을 패킷화하지 않는 기능을 갖는다.
즉, 본 실시예에 있어서 도 3D의 X로 도시하는 부분의 패딩 패킷(PP)은 그 자체에서 팩을 구성하고 있으므로 도 3E의 프로그램 스트림 중에는 패킷화되어 있지 않다. 단, 패킷화 장치(55)의 하드웨어를 간단히 할 때에는 패딩 패킷(PP)을 모두 패킷화해도 상관이 없으나 다중화의 오버 헤드는 증가한다.
본 실시예의 다중화기에 의해 다중화할 때의 버퍼의 동작 상태는 예를 들면 도 4와 같이 된다. 이 도 4에 있어서 점선은 가상적인 비디오에 대해서 스케쥴링을 행할 때의 비디오 버퍼 상태의 천이를 나타낸다. 실선은 가상적인 비디오 스트림에 대해서 스케쥴링을 하여 얻어지는 정보를 근거로 실제 비디오 스트림을 다중화할 때의 비디오 버퍼의 상태를 나타내고 있다. 또 시각(t1, t2, t3, . . . )은 디코드 시각을 나타내고 있다.
이 도 4 중의 X표까지는 가상 비디오와 같은 타이밍으로 비디오 버퍼로의 로드가 행해진다. 한편 도 4중의 X표에서 0표까지의 구간에서는 상기 바와 같이 가상 비디오와 실제 비디오(실제의 비디오 스트림)의 억세스 유닛과의 차이 값의 패딩 패킷으로 변환되므로, 비디오 버퍼로의 로드는 행해지지 아니하고 다음의 억세스 유닛의 로드의 개시점(도면 중 0표의 곳), 또는 디코드 시각 tn(n=1, 2, . . . )으로 될 때까지 버퍼의 데이타량은 변하지 않는다.
이 결과 모든 시각에 있어서,
(실제의 비디오의 버퍼 점유량)
≤ (가상적인 비디오의 버퍼 점유량)
이 항상 성립한다.
따라서 다른 카메라 각도로부터 촬영된 비디오 데이타를 부호화하고 본 방법에 의해 다중화를 행하여 생성되는 복수의 프로그램 스트림은 모든 시각에 따라 상기 관계식을 만족한다. 따라서 가상 비디오가 버퍼의 파탄 없이 다중화되어 있다면, 이들의 프로그램 스트림을 엔트리 포인트로 전환하여 디코드해도 버퍼의 파탄은 일어나지 않는다.
그래서 이들의 프로그램 스트림(PS0, PS1, PS2)이 예를 들면 디스크 등의 기록 매체(56)에 기록된다.
다음에 2개의 다른 카메라 각도에서 촬영되고 인코드된 비디오를 다중화하는 모양을 도 5에 나타낸다. 도 5A는 비디오(V0)의 억세스 유닛의 크기를 나타내고 도 5B는 비디오(V1)의 비디오 억세스 유닛의 크기를 나타낸다. 이 실시예에서는 GOP0, GOP1 양쪽 모두 4개의 억세스 유닛으로 구성되어 있다. GOP는 MPEG2에 정의되어 있는 화상 그룹의 의미이다. 도 5C는 억세스 유닛의 크기의 어느 쪽인가 큰 편을 선택함으로써 얻어지고 가상 비디오의 억세스 유닛의 크기를 나타낸다. 도 5D는 가상 비디오에 대해서 스케쥴링을 행한 결과, 가상 비디오가 어떻게 패킷화되는 가를 도시하고 있다. 실제의 비디오를 다중화할 때는 도 5E, 5F에 도시하는 바와 같이 가상 비디오와의 차이 값이 생길 때는 패딩(padding)을 행한다. 단 가상 비디오의 패킷이 3개 이상의 패킷으로 분할될 때에는 도 5E, 도 5F와 같이 패딩 패킷을 뒤에 채워서 2개의 패킷으로 해 버려도 좋다. 스케쥴링의 결과로서 가상 비디오에 대한 프로그램 스트림이 도 5G와 같이 다중화된다면 본 실시 형태를 써서 실제 비디오를 다중화해서 되는 프로그램 스트림은 도 5H, 도 5I와 같이 된다.
이와 같이 해서 되는 프로그램 스트림은 도 5H, 도 5I의 어느 화살표에 따라서 전환해서 디코더에 입력해도 위에 도시한 바와 같이 버퍼의 파탄을 유발시키는 일이 없고 영상-음성의 자국이 없는 재생이 가능해진다. 또한 이 실시예에서는 2개의 비디오를 고려하였으나 3개 이상의 비디오에 대해서도 같다.
이상으로 설명한 예에 있어서는 프로그램 스트림에 대해서 본 발명에 의한 방법을 적용하였으나 전송 용도에 사용되는 트랜스포트 스트림에 대해서도 본 방법은 유효하다. 트랜스포트 스트림에서는 1개의 스트림이 복수의 채널로 구성되고, 각 채널이 1개의 독립된 스트림에 해당한다. 또 각 채널을 각각 독립해서 시간 기준을 가질 수 있다. 따라서 상기 복수 프로그램 스트림에 대한 방법을 그대로 각 채널에 대해서 행하고 복수의 채널의 스트림 1개의 트랜스포트 스트림에 다중화하고 그것의 다중화된 트랜스포트 스트림을 전송한다. 그에 따라 복수의 채널을 전환할 때 다른 카메라 각도로부터 촬영된 영상에 자국이 없이 전환할 수 있게 된다.
또 상술한 실시 형태에서는 다른-카메라 각도에서 촬영된 영상을 다중화하는 것을 고려하였으나, 전혀 내용의 관계가 없는 화상에 관해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또 본 발명은 비디오에만 국한되지 않고 오디오나 그 밖의 데이타에 대해서도 적용이 가능하다.
본 발명에 의하면 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하여 디코드 시각마다 얻어지는 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교해서 그들의 최대치를 선택하고 디코드 시각에 있어서 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지는 가상 스트림을 구성하고 각각의 디지털 신호의 비트 스트림을 패킷화할 때, 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기로 만족하지 아니할 때 그 차 몫과 크기가 같은 패딩 패킷을 사용해서 패킷화하고 있기 때문에 복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 전환해서 복호해도 복호 버퍼를 파탄시키지 않고, 연속적으로 재생할 수가 있다.
즉, 본 발명에 의하면 복수의 다중화 스트림을 전환해서 재생하는 기능을 갖는 시스템용에 다중화를 할 때, 기본 스트림에서 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 구하고, 각 디코드 시각마다 억세스 유닛의 최대치를 선택하고, 그것의 최대치를 억세스 유닛의 크기로 하는 가상적인 비디오 스트림을 고려하여, 다중화의 스케쥴링을 행하고, 실제의 비디오를 다중화할 때의 가상 비디오와 실제 비디오의 차이 값이 생길 때에는 패딩을 함으로써, 복수의 다중화 스트림을 전환해서 재생할 때, 버퍼의 파탄을 일으키지 않고 또한 영상이나 음성을 중단시킴이 없도록 할 수 있다. 여기에서 이 복수의 다중화 스트림은 축적 매체의 각부에 기록되어 있어도 좋고 복수 스트림을 다시 1개의 트랜스포트 스트림으로 정리해서 방송에 사용해도 좋다.
또한, 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이나 응용예를 고려할 수 있다. 따라서 본 발명의 요지는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 형태가 되는 디지털 신호 부호화 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 가상 비디오의 억세스 유닛의 결정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 상기 실시 형태에 의해 생성되는 프로그램 스트림의 한 예를 설명하기 위한 도면.
도 4는 상기 실시 형태에 의해 생성되는 프로그램 스트림을 디코드하였을 때의 버퍼의 거동을 설명하기 위한 도면.
도 5A 내지 도 5I는 상기 실시 형태를 2개의 다른 카메라 앵글에 대한 비디오 데이터에 대해서 적용한 때에 얻어지는 프로그램 스트림을 설명하기 위한 도면.
도 6은 말하자면 MPEG 규격에 있어서 시스템 타겟 디코더(STD)의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.
도 7A 및 도 7B는 말하자면 MPEG 규격에 있어서 프로그램 스트림 및 트랜스포트 스트림의 구조의 한 예를 도시하는 도면.
도 8A 내지 도 8C는 2개의 프로그램 스트림을 각각 독립적으로 다중화하였을 때 얻어지는 스트림 및 2개의 프로그램 스트림을 전환시킬 때 얻어지는 스트림의 한 예를 설명하기 위한 도면.
도 9A 내지 도 9C는 프로그램 스트림 전환 시에 있어서 버퍼의 거동을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 판독장치 11 : 분리기
12 : 비디오 버퍼 13 : 비디오 디코더
14 : 오디오 버퍼 15 : 오디오 디코더

Claims (8)

  1. 디지털 신호 부호화 방법에 있어서:
    복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계;
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계;
    각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계;
    각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계; 및
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계로서, 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷(padding packet)을 사용하여 패킷화하는 상기 패킷화 단계를 포함하는, 디지털 신호 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각은 비디오 스트림이고,
    상기 방법은:
    적어도 오디오 스트림을 수신하는 단계; 및
    상기 가상 스트림을 가상의 비디오 스트림으로 하여, 상기 가상 스트림과 상기 적어도 오디오 스트림을 사용하여 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패킷화 단계는, 상기 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기의 정보를 사용하여 상기 비디오 스트림 및 오디오 스트림을 패킷화하는, 디지털 신호 부호화 방법.
  3. 디지털 신호 부호화 장치에 있어서:
    복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 수신 단자;
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 억세스 유닛 검출 디바이스;
    각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 최대치 검출 디바이스;
    각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 스케쥴러; 및
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 패킷화 디바이스로서, 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷을 사용하여 패킷화하는 상기 패킷화 디바이스를 포함하는, 디지털 신호 부호화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각은 비디오 스트림이고,
    상기 디지털 신호 부호화 장치는 적어도 오디오 스트림을 수신하는 수신 단자를 더 포함하고,
    상기 스케쥴러는 상기 가상 스트림을 가상의 비디오 스트림으로 하여, 상기 가상 스트림과 상기 적어도 오디오 스트림을 사용하여 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기를 결정하고,
    상기 패킷화 디바이스는 상기 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기의 정보를 사용하여, 상기 비디오 스트림 및 오디오 스트림을 패킷화하는, 디지털 신호 부호화 장치.
  5. 디지털 신호 전송 방법에 있어서:
    복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계;
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부호화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계(억세스 유닛 검출기);
    각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계(최대치 검출기);
    각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계(스케쥴러);
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계(패킷화기)로서, 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷을 사용하여 패킷화 하는, 상기 패킷화 단계; 및
    상기 각각의 패킷화된 복수의 스트림을 1개의 스트림으로서 전송하는 단계를 포함하는, 디지털 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각은 비디오 스트림이고,
    상기 방법은:
    적어도 오디오 스트림을 수신하는 단계; 및
    상기 가상 스트림을 가상의 비디오 스트림으로 하여, 상기 가상 스트림과 상기 적어도 오디오 스트림을 사용하여 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패킷화 단계는 상기 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기의 정보를 사용하여 상기 비디오 스트림 및 오디오 스트림을 패킷화하는, 디지털 신호 전송 방법.
  7. 기록 신호가 기록되는 기록 매체에 있어서:
    복수의 디지털 신호의 비트 스트림을 수신하는 단계;
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 부화화 단위인 억세스 유닛의 크기와 디코드 시각을 검출하는 단계(억세스 유닛 검출기);
    각 디코드 시각마다, 검출된 복수의 디지털 비트 스트림의 복수의 억세스 유닛의 크기를 비교하여, 억세스 유닛의 크기의 최대치를 선택하는 단계(최대치 검출기);
    각 디코드 시각에서, 억세스 유닛의 크기가 상기 선택된 최대치와 같아지도록 가상 스트림을 구성하는 단계(스케쥴러); 및
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각을 패킷화하는 단계(패킷화기)로서, 상기 억세스 유닛이 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기에 만족하지 않을 때, 상기 디지털 신호의 비트 스트림의 억세스 유닛의 크기와 상기 가상 스트림의 억세스 유닛의 크기의 차이 값에 대해서 패딩 패킷을 사용하여 패킷화하는 상기 패킷화 단계를 포함하는 프로그램에 따라 처리된 상기 신호가 기록되는, 기록 매체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 신호의 비트 스트림의 각각은 비디오 스트림이고,
    상기 프로그램은:
    적어도 오디오 스트림을 수신하는 단계; 및
    상기 가상 스트림을 가상의 비디오 스트림으로 하여, 상기 가상 스트림과 상기 적어도 오디오 스트림을 사용하여 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패킷화 단계는 상기 디코더로의 공급시각 및 패킷의 크기의 정보를 사용하여 상기 비디오 스트림 및 오디오 스트림을 패킷화하는, 기록 매체.
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