JP2004343770A

JP2004343770A - 時分割多重化された映像信号の使用者クロックコードを用いたクロック復元方法及びその方法に使用される送／受信装置

Info

Publication number: JP2004343770A
Application number: JP2004145518A
Authority: JP
Inventors: Chan-Youl Kim; 讚烈金; Jun Ho Koh; 俊豪高
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: DE602004021531D1; US7203240B2; KR20040098863A; US20040228407A1; KR100487191B1; EP1478119A2; JP3869431B2; EP1478119B1; EP1478119A3

Abstract

【課題】時分割多重化デジタル映像信号に対する使用者クロックコードを用いたクロック復元方法を提供する。
【解決手段】デジタル映像信号を時分割多重化して送受信する時のクロック復元方法について、デジタル映像信号に対する時分割多重化時に所定の数の使用者クロックコードを挿入して送信する第１段階と、第１段階で送信された時間分割多重化デジタル映像信号を受信し、所定の数の使用者クロックコードを感知して抽出する第２段階と、基準クロックをカウンティングする第３段階と、第２段階で感知された所定の数の使用者クロックコードと第３段階のカウンティング値とを用いたＬＭＳ(Least Mean Square)アルゴリズムを通じて送信クロックを復元する第４段階と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はデジタル映像処理に係り、特に、デジタル映像の送受信時の同期化方法に関する。

大部分の信号伝送システムでは、非変調クロック信号を含むバイナリーデジタル信号の形態でデータを送受信する。この場合、信号の間にタイミングスキュー（timing skew）問題が発生するので、デジタルデータ送受信システムは、デジタルデータからタイミングスキュー問題を解決するとともにデータを正確に復元すべきである。これを実現するためにクロック復元回路が使用されており、正確なクロック復元のためにＰＬＬ（Phase Locked Loop）が広く使用されている。

ここで、ＰＬＬは位相ロック装置を意味し、入力信号の位相を同期させる位相同期ループ（回路）をいう。位相同期は基準信号源に対して一定の位相角で動作するように発振器又は周期信号発生器を制御することを示し、位相同期ループはデジタル変調波の同期復調、コヒーレント搬送波の追跡、臨界の延長、ビットの同期及びシンボルの同期などに使用される。位相同期は入力と出力を独立的に行えるＥＳ（elastic store）により伝送路の遅延変動や歪曲による入力信号の位相変動を吸収して特定の時間位置に入力信号のフレーム位相を合わせることをいう。

図１は一般的なＰＬＬループの代表例の構成図である。図１に示したように、一般的なＰＬＬループは、位相／周波数感知器１１、ループフィルター１２及び電圧制御発振器１３を備えてなる。

一般的なＰＬＬループを用いて、伝送されたデータからクロックを抽出する方法を、図１を参照して説明すると次の通りである。外部から入力データが入ると、位相／周波数感知器１１で入力データのクロック成分を抽出し、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）１３との位相を比較してその位相誤差をループフィルター１２の入力として印加する。ループフィルター１２は位相／周波数感知器１１から入力されるエラー信号のフィルタリングに使用され、ＰＬＬのフィードバックーループ（feed-back loop）を補償して電圧制御発振器１３を制御して位相が正確に同期したクロックを抽出する。

しかし、かかるＰＬＬを用いたクロック復元回路は、可変的なデータレートに応じて相異なる電圧制御発振器（アナログ素子）を使用しなければならないので、回路が複雑であり、セッティングポイントもアナログ制御なので敏感で正確な位相同期合わせにはかなりの労力が要求される。さらに、常用化されたデータレートのクロック抽出装置でなければ、具現が非常に困難である。

また、放送及び通信環境では相異なるデータレートでクロックを抽出する必要があるが、ＰＬＬを用いる従来の技術を使用すると、データレートの変化時ごとにハードウェア自体を変えるか、付加的なハードウェアを必要とするなどの問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、送信部で所定数の使用者クロックコードを挿入して伝送し、受信部では使用者クロックコードと受信部の基準クロックを用いて同期化されたクロックを復元するクロック復元方法及びこの方法に使用される送／受信装置を提供することにその目的がある。

さらに、本発明は、ＴＤＭ（Time Division Multiplex：時分割多重）されたＭＰＥＧ（moving picture experts group）ＴＳ（transmission stream）信号のオーバーヘッドに所定数の使用者クロックコードをＭＰＥＧＴＳのＰＣＲ（peak cell rate）のような機能を行うように付加し、受信部でＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムによる最大限の近似値を用いて所望のロック範囲（lock range）を得る方法を提供する。

このような目的を達成するため、本発明は、デジタル映像信号を時分割多重化して送受信する時のクロック復元方法において、デジタル映像信号に対する時分割多重化時に所定の数の使用者クロックコードを挿入して送信する第１段階と、この第１段階で送信された時分割多重化デジタル映像信号を受信し、該時分割多重化デジタル映像信号から所定の数の使用者クロックコードを感知して抽出する第２段階と、基準クロックをカウンティングする第３段階と、第２段階で感知された所定の数の使用者クロックコードと第３段階のカウンティング値とを用いたＬＭＳアルゴリズムを通じて送信クロックを復元する第４段階と、を含む使用者クロックコードを用いたクロック復元方法であることを特徴とする。

第１段階における使用者クロックコードの所定の数は後述の数式１６（式中、Ｎは使用者クロックコードの個数、σ_ｃは基準クロックの雑音の標準偏差、σ_ｄは予め定義されたジッターの限界値、ｍは雑音のない場合の傾斜度）により決定されるものとすることができる。また、その所定の数の使用者クロックコードは、時分割多重化デジタル映像信号におけるフレームオーバーヘッドのシンクバイト（Sync Byte）の後に位置するようにするとよい。

さらに、本発明によれば、並列構造で入力されるデジタル映像信号を直列信号に変換する並／直列変換器と、該直列信号に変換されたデジタル映像信号を時分割多重化フレームとして生成するためのフレーム生成器と、直列伝送で伝送されるデータの信頼性を検証するためのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）を生成してフレーム生成器に伝えるためのＣＲＣ生成器と、送信装置内の構成要素に対する基準クロックを提供するための基準クロック生成器と、その基準クロックを用いて同期化のための所定の数の使用者クロックコードを生成してフレーム生成器に伝える使用者クロック生成器と、フレーム生成器により生成された時分割多重化フレームを送信するための送信部と、を備えたことを特徴とする、上記のような使用者クロックコードを用いたクロック復元方法用の時分割多重化デジタル映像信号送信装置を提供する。

またその受信装置として、時分割多重化デジタル映像信号を受信して使用者クロックコードを感知し抽出する使用者クロックコード感知器と、受信装置の基準クロックを提供する基準クロック生成器と、その基準クロックをカウンティングしてその値を伝える計数器と、使用者クロックコード感知器で感知した使用者クロックコードと計数器のカウンティング値とを用いたＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出するクロック抽出器と、を備えたことを特徴とする、上記のような使用者クロックコードを用いたクロック復元方法用の時分割多重化デジタル映像信号受信装置を提供する。この受信装置におけるクロック抽出器は、使用者クロックコード感知器で感知し抽出した使用者クロックコードを用いて平均使用者クロックを検出する平均使用者クロック検出器と、計数器のカウンティング値を用いて平均基準クロックを検出する平均基準クロック検出器と、平均使用者クロックと平均基準クロックとを用いてＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出するクロック演算部と、を有するものとする。

さらに、本発明によれば、時間分割多重化デジタル映像信号受信部の同期化クロック復元方法において、時分割多重化デジタル映像信号を受信する第１段階と、該時分割多重化デジタル映像信号から使用者クロックコードを検出する第２段階と、基準クロックを生成する第３段階と、その基準クロックをカウンティングする第４段階と、使用者クロックコードと基準クロックのカウンティング値とを用いてＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出する第５段階と、を含むことを特徴とする。この方法の第５段階は、使用者クロックコードを用いて平均使用者クロックを検出する第６段階と、第４段階のカウンティング値を用いて平均基準クロックを検出する第７段階と、平均使用者クロックコードと平均基準クロックとを用いてＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出する第８段階と、を含むものとする。

本発明によれば、時分割多重化（ＴＤＭ）されたＭＰＥＧＴＳ信号のオーバーヘッドに所定数（ビット数）の使用者クロックコードをＭＰＥＧＴＳのＰＣＲ（peak cell rate）のような機能を行うように付加するようにしたことで、受信部で既存のＰＬＬ回路に比べてハードウェア的な要求事項が減少し、正確かつ容易に送信クロックを復元することができる。

さらに、本発明によれば、受信部で基準クロックをプログラムクロック（中央処理装置によりクロックの制御が可能）として使用する場合、ハードウェアの変更なしにソフトウェアのアップグレードのみでクロックを変化させ得るので、様々なデータレートのデジタル映像送受信システムでマニュアル的に容易に設定を可能にする効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に参照して詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。

図２は本発明によるクロック復元方法を使用するために使用者コードを挿入するためのＭＰＥＧＴＳ送信部の一実施例の構成図である。

図２に示したように、一般的なＭＰＥＧＴＳを受信してこれを直列信号に変換する並／直列変換器２１と、直列化されたＭＰＥＧＴＳ信号をＴＤＭフレームとして生成するためのフレーム生成器２４と、直列（シリアル）伝送でデータの信頼性を検証するためのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）生成器２３と、生成されたＴＤＭフレームを送信するための送信部２６と、各構成要素に対する基準クロックを発生する基準クロック生成器２２とで構成された一般的なＭＰＥＧＴＳ送信装置に、基準クロックを用いて同期化のための使用者クロックを生成する使用者クロック生成器２５をさらに備える。

このような構成をもつ本発明によるＭＰＥＧＴＳ送信部では、Ｎ個の使用者クロックコード（User Clock Code）をＴＤＭ化されたＭＰＥＧフレーム内に挿入する。さらに、ＴＤＭ化されたＭＰＥＧフレームにおいてＮ個の使用者クロックコードは、フレームオーバーヘッドのシンクバイト（Sync Byte）の後に位置させるのがよい。さらに、このような使用者クロックコードは“０”と“１”の反復パターンで構成される。ここで、Ｎの個数はＭＰＥＧＴＳである場合、ほぼ±３ＰＰＭの安定度を維持すべきなので、適宜に計算して挿入する。この計算方法及びその値の例に対しては次の数式１乃至数式１６を通じて詳細に説明する。

まず、Ｎの数は伝送クロックと基準クロックとの比により決定され、一般的にほぼ５００〜１０００ビットのオーバーヘッドを有するが、通常のＭＰＥＧＴＳ信号である場合はデータが連続的に入力されるので、最初初期状態でほぼ３〜４フレームのみに使用者クロックコードを挿入してもその値を計算することができる。

図３は本発明によるＭＰＥＧＴＳ受信部のクロック復元装置に対する一実施例の構成図である。図３に示したように、本発明によるＭＰＥＧＴＳ受信部のクロック復元装置は、ＴＤＭフレームを受信して使用者クロックコードを感知して抽出する使用者クロックコード感知器３１と、ＭＰＥＧＴＳ受信部の基準クロックを発生する基準クロック生成器３３と、その基準クロックをカウンティングしてその値を伝える計数器３４と、使用者クロックコード感知器３１と計数器３４からのクロック情報に応じて同期化されたクロックを抽出するクロック抽出器３２とを備えている。

特に、クロック抽出器３２につき図４に、より詳細に図示されている。すなわち、クロック抽出器３２は、使用者クロックコード感知器３１から平均使用者クロックを検出する平均使用者クロック検出器４１と、計数器３４から平均基準クロックを検出する平均基準クロック検出器４２と、平均使用者クロック検出器４１と平均基準クロック検出器４２のクロック情報に応じて同期化されたクロックを抽出するクロック演算部４３とを有する。

以下、クロック演算部４３におけるクロック抽出のためのＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムに対して説明する。

まず、使用者クロックコード感知器３１からの使用者クロックコードＸi及び計数器３４からの基準クロックのカウント値ＹiをＰ集合で表現すると次の数式１の通りである。

これをＬＭＳ最適化によって、ｍ_ｎとｂ_ｎで数式２、数式３のように表示することができる。

さらに、理想的な（ジッターのない場合）基準クロック値をＸ’、ゼロ平均（zero-mean）雑音ベクトルをｎで表示する。これにより、数式４のようになる。

さらに、ｂ_ｎを“０”と仮定する。ｂ_ｎの有限値は基準クロックで全体的な遷移（shift）と対応するので、“０"と仮定することも大きな問題とならない。

これにより、数式２は次のように表現される。

ここで、数式６を数式５に代入して数式７を得る。

さらに、数式４を適用すると、数式８となる。

ここで、ｍは雑音のない場合の傾斜度（スロープ）である。したがって、Ｙ＝ｍＸ’＋ｂであり、／ｎ＝(mean(n),mean(n),…,mean(n))である（この“／”はアッパーラインの意味）。

数式８の右項の下辺をβとして表現すると、数式９を得られる。

さらに、数式１０〜１２が得られる。

さらに、ｎ_ｉがガウシアン（Gaussian）かつ独立的であれば、数式１２の一部分は次のように推測される。

ここで、 σ_ｃは基準クロックの雑音の標準偏差であり、Ｎは大きいと仮定する。これにより、数式１３の観点から見ると、数式１２は数式１４のように表現される。

ここで、最悪のエラーは最も遠い地点で発生することが明白であり、平均値は数式１５のようになる。

以上は受信された最後のＮ点でＬＭＳ最適化により得られるエラーの標準のための数式として既に知られている。ここで、事前定義値σ_ｄ内でエラー偏差を減らすのに必要なＬＭＳ点の数字を容易に計算することができる。

数式１６を用いてシステムを設計するとき、１μｓの誤差を有する２７Mhzの基準クロックから２００nsのジッター限界を有するシステムを設計すると、Ｎ＝８４×（１μｓ／２００ns）×１＝２１００point程度の使用者クロックコードが必要である。

上述した過程を通じて本発明によるクロック復元方法を行う場合、ロック時間（lock time）が多少長くなることもある。しかし、これは映像信号ではあまり問題とならない。なぜならば、ロック時間増加がほぼ１ms以内に過ぎないからである。

以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づいて説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。

一般的なＰＬＬループの構成図。本発明によるクロック復元方法を使用するために使用者コードを挿入するためのＭＰＥＧＴＳ送信部の一実施例の構成図。本発明によるＭＰＥＧＴＳ受信部のクロック復元装置に対する一実施例の構成図。本発明によるＭＰＥＧＴＳ受信部のクロック復元装置におけるクロック抽出器に対する一実施例の詳細構成図。

符号の説明

２１並／直列変換器（PSC）
２２基準クロック生成器（Reference Clock Generator）
２３ＣＲＣ生成器（CRC Generator）
２４フレーム生成器（Frame Generator）
２５使用者クロック生成器（User Clock Generator）
２６送信部（Transmitter）
３１使用者クロックコード感知器（User Code Detector）
３２クロック抽出器（Clock Extractor）
３３基準クロック生成器（Reference Clock Generator）
３４計数器（Counter）
４１平均使用者クロック検出器（Mean User Clock Detector）
４２平均基準クロック検出器（Mean Reference Clock Detector）
４３クロック演算部（Clock Operator）

Claims

デジタル映像信号を時分割多重化して送受信する時のクロック復元方法において、
デジタル映像信号に対する時分割多重化時に所定の数の使用者クロックコードを挿入して送信する第１段階と、
前記第１段階で送信された時分割多重化デジタル映像信号を受信し、該時分割多重化デジタル映像信号から前記所定の数の使用者クロックコードを感知して抽出する第２段階と、
基準クロックをカウンティングする第３段階と、
前記第２段階で感知された前記所定の数の使用者クロックコードと前記第３段階のカウンティング値とを用いたＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを通じて送信クロックを復元する第４段階と、を含む使用者クロックコードを用いたことを特徴とするクロック復元方法。
第１段階における使用者クロックコードの所定の数は数式１（式中、Ｎは使用者クロックコードの個数、σ_ｃは基準クロックの雑音の標準偏差、σ_ｄは予め定義されたジッターの限界値、ｍは雑音のない場合の傾斜度）により決定される請求項１に記載のクロック復元方法。
所定の数の使用者クロックコードは、時分割多重化デジタル映像信号におけるフレームオーバーヘッドのシンクバイト（Sync Byte）の後に位置するようにする請求項１又は請求項２に記載のクロック復元方法。
並列構造で入力されるデジタル映像信号を直列信号に変換する並／直列変換器と、
該直列信号に変換されたデジタル映像信号を時分割多重化フレームとして生成するためのフレーム生成器と、
直列伝送で伝送されるデータの信頼性を検証するためのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）を生成して前記フレーム生成器に伝えるためのＣＲＣ生成器と、
送信装置内の構成要素に対する基準クロックを提供するための基準クロック生成器と、
前記基準クロックを用いて同期化のための所定の数の使用者クロックコードを生成して前記フレーム生成器に伝える使用者クロック生成器と、
前記フレーム生成器により生成された時分割多重化フレームを送信するための送信部と、を備えたことを特徴とする使用者クロックコードを用いたクロック復元方法用の時分割多重化デジタル映像信号送信装置。
時分割多重化デジタル映像信号を受信して使用者クロックコードを感知し抽出する使用者クロックコード感知器と、
受信装置の基準クロックを提供する基準クロック生成器と、
前記基準クロックをカウンティングしてその値を伝える計数器と、
前記使用者クロックコード感知器で感知した前記使用者クロックコードと前記計数器のカウンティング値とを用いたＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出するクロック抽出器と、を備えたことを特徴とする使用者クロックコードを用いたクロック復元方法用の時分割多重化デジタル映像信号受信装置。
クロック抽出器は、
使用者クロックコード感知器で感知し抽出した使用者クロックコードを用いて平均使用者クロックを検出する平均使用者クロック検出器と、
計数器のカウンティング値を用いて平均基準クロックを検出する平均基準クロック検出器と、
前記平均使用者クロックと前記平均基準クロックとを用いてＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出するクロック演算部と、を有する請求項５に記載の時分割多重化デジタル映像信号受信装置。
時間分割多重化デジタル映像信号受信部の同期化クロック復元方法において、
時分割多重化デジタル映像信号を受信する第１段階と、
該時分割多重化デジタル映像信号から使用者クロックコードを検出する第２段階と、
基準クロックを生成する第３段階と、
前記基準クロックをカウンティングする第４段階と、
前記使用者クロックコードと前記基準クロックのカウンティング値とを用いてＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出する第５段階と、を含むことを特徴とするクロック復元方法。
第５段階は、
使用者クロックコードを用いて平均使用者クロックを検出する第６段階と、
第４段階のカウンティング値を用いて平均基準クロックを検出する第７段階と、
前記平均使用者クロックコードと前記平均基準クロックとを用いてＬＭＳアルゴリズムにより同期化クロックを抽出する第８段階と、を含む請求項７に記載のクロック復元方法。