JP2005150869A - リアルタイム放送システムとリアルタイム放送信号伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設の光ファイバ通信路を利用した、放送信号のリアルタイム通信を実現するリアルタイム放送システムを提供する。
【解決手段】 ２地点間を結ぶ既設の通信路中から、所定の基準を満たす光ファイバ通信路Ｐ１−Ｐ３を選択する。ビデオカメラ１１の撮影した映像信号は非圧縮のデジタル放送信号とされ、電気／光変換器１３と光増幅器１４を経て光ファイバ通信路Ｐ１に送出される。光ファイバ通信路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を経て出力された、デジタル放送信号は、光／電気変換器２５を経てモニタテレビジョン２７に出力される。光ファイバ通信路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３には、新たに、光増幅器Ａ１、Ａ２や光分散補償器X１、X２が挿入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、既設の光ファイバ通信路を利用した、放送信号のリアルタイム通信を実現するリアルタイム放送システムとリアルタイム放送信号伝送方法に関する。

通信システムと放送機器の発達により、世界中からリアルタイムで音声や映像信号が送られてくる。信号の圧縮技術と処理の高速化によって、衛星通信等の高価な伝送路を効率よく使用する技術も確立されている。(特許文献１)
特開２００３−０１８５５９ 特開２００３−０４３５２９ 特開２００２−２５８３３５

ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
人工衛星を利用した２地点間の中継放送等で気がつくように、伝送信号の時間遅れが円滑な会話を妨げることがある。即ち、一方の地点で発せられた音声は、音声処理回路において圧縮され通信路に向けて送信される。他方の地点でこれを受信する場合には、圧縮された信号を伸長処理した後に、音響信号に変換する。このために、相手方に声が届くまでに一秒もしくはそれ以上の時間遅れが発生することがある。

一方から他方へ一方的に信号を送信する場合には大きな問題は発生しないが、双方向通信の場合には、この時間遅れが大きな障害になる。もちろん、一方的に信号を送信する場合であっても、例えば、多地点における中継画像を一括して受信して編集をしたり、多元中継をするような放送等においては、各中継画像の時間遅れのばらつきが問題になることがある。

本発明は、以上の点に着目してなされたもので、既設の光ファイバ通信路を利用した、放送信号のリアルタイム通信を実現するリアルタイム放送システムとリアルタイム放送信号伝送方法を提供することを目的とする。

本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
２地点間を結ぶ既設の通信路中から選択された、所定の基準を満たす光ファイバ通信路と、上記２地点のうちの、一方の地点に設けられ、非圧縮のデジタル放送信号を電気信号から光信号に変換して、上記光ファイバ通信路中に送出する、電気／光変換器と、上記２地点のうちの、他方の地点に設けられ、上記光ファイバ通信路から出力された、デジタル放送信号を光信号から電気信号に変換する光／電気変換器とを備え、上記光ファイバ通信路には、その一端または両端に、その光ファイバ通信路に伝送される光信号レベルを補償するものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光増幅器が挿入されることを特徴とするリアルタイム放送システム。

この発明では、許容値以下の時間遅れで、いわゆるリアルタイムで放送信号を伝送する。放送信号の伝送には、既設の光ファイバ通信路を利用する。既設の光ファイバ通信路とは、電話会社等で一般利用者向けに提供されている広域通信回線のことである。リアルタイム放送専用に布設された専用の通信路ではない。既設の光ファイバ通信路の中から、リアルタイム放送に要求される所定の基準の光通信路を選択する。一般に、既設の光ファイバ通信路には、光ファイバと、その伝送特性を満足するための中継器等が適宜挿入されている。本発明では、この光ファイバ通信路全体を受動回路とみなして、その両端からみた伝送特性を、外付けする新たな光増幅器により補償する。

〈構成２〉
構成１に記載のリアルタイム放送システムにおいて、上記光増幅器は、ラマン増幅器からなることを特徴とするリアルタイム放送システム。

光ファイバ通信路の一端または両端にラマン増幅器を挿入すれば、長スパンの既設の光ファイバ通信路中を伝送されるデジタル放送信号を、低雑音高利得で自由に所望のレベルまで増幅できる。また、既設の光ファイバ通信路については、伝送遅延と伝送帯域といった伝送路としての所定の基準を満たせば、任意の２地点間で、放送信号の伝送ができるという特徴がある。故に、例えば、布設されていても未使用状態にあるいわゆるダークファイバ等の既設の各種の通信路を広く活用できるという効果がある。また、非圧縮のデジタル放送信号をそのまま光信号にして伝送するので、通信路全体の伝送遅延を最小限にすることができる。

〈構成３〉
構成１または２に記載のリアルタイム放送システムにおいて、上記光ファイバ通信路は、相互に縦続接続されて２地点間を結ぶ、所定の基準を満たす複数の既設の光ファイバ通信路からなり、上記いずれかの光ファイバ通信路には、一端または両端に、その光ファイバ通信路に伝送される光信号レベルを補償する光増幅器が挿入されていることを特徴とするリアルタイム放送システム。

２地点間の距離が長い場合に、所定の基準を満たす複数の既設の光ファイバ通信路を相互に縦続接続して使用する。このとき、各光ファイバ通信路ごとに、一端または両端に光増幅器を挿入するので、全体として必要十分な利得が補償される。複数の光ファイバ通信路のうち、距離の短い通信路は、大きな利得補償を必要としないから、通信路の長さに応じて、最適な増幅器で利得補償をするとよい。

〈構成４〉
構成１に記載のリアルタイム放送システムにおいて、上記一方の地点には、それぞれ異なる信号源から出力された非圧縮のデジタル放送信号を、それぞれ電気信号から異なる波長の光信号に変換する複数の電気／光変換器と、これらの電気／光変換器の出力する光信号を集合させて上記光ファイバ通信路中に送出する合波器を備え、上記他方の地点には、上記光ファイバ通信路中を伝送されたそれぞれ異なる波長の光信号を分離する分波器と、分離した光信号を電気信号に変換する複数の光／電気変換器を備えたことを特徴とするリアルタイム放送システム。

複数の信号源から出力された非圧縮のデジタル放送信号を、光信号に変換後、多重化するので、光ファイバ通信路を複数チャンネルの放送信号リアルタイム送信用として有効に利用することができる。また、光信号に変換後に多重化するので、全チャンネルについて、伝送遅延の少ない高品質な放送信号伝送が可能になる。また、多重化により通信路を有効利用できる。

〈構成５〉
構成４に記載のリアルタイム放送システムにおいて、上記一方の地点の信号源は、それぞれ非同期かつ非圧縮の映像信号及びまたは音声信号からなることを特徴とするリアルタイム放送システム。

信号源は、映像信号、音声信号、あるいは映像信号と音声信号の合成信号が適する。これらの信号は、放送信号として最もリアルタイム性が要求される。それぞれ非圧縮で放送される信号であれば、伝送遅延を最小限にすることが可能である。また、非同期でよければ、チャンネル間の位相合わせ等が不要になり伝送遅延を発生させない。さらに、各チャンネルの伝送特性を独立に最適化できるという効果がある。

〈構成６〉
２地点間を結ぶ既設の通信路中から選択された、所定の基準を満たす光ファイバ通信路と、上記２地点には、それぞれ、非圧縮のデジタル放送信号を電気信号から光信号に変換して、上記光ファイバ通信路中に送出する、電気／光変換器と、上記光ファイバ通信路から出力された、デジタル放送信号を光信号から電気信号に変換する光／電気変換器を備え、上記光ファイバ通信路には、その一端または両端に、その光ファイバ通信路を双方向に伝送される光信号レベルを補償する光増幅器が挿入されていることを特徴とするリアルタイム放送システム。

光通信路は、双方向信号伝送が可能であるから、双方向通信をすることで、通信路をより有効に利用できる。画像と音声を同時に双方向通信する場合は、特にリアルタイム性が厳しく要求されるが、非圧縮のデジタル放送信号を、所定の基準を満たす光ファイバ通信路と光増幅器を用いて伝送することで、その要求を満たすことができる。

〈構成７〉
構成６に記載のリアルタイム放送システムにおいて、それぞれ異なる信号源から出力された非圧縮のデジタル放送信号を、それぞれ電気信号から異なる波長の光信号に変換する複数の電気／光変換器と、これらの電気／光変換器の出力する光信号を集合させて上記光ファイバ通信路中に送出する合波器と、上記光ファイバ通信路中を伝送されたそれぞれ異なる波長の光信号を分離する分波器と、分離した光信号を電気信号に変換する複数の光／電気変換器とを備えたことを特徴とするリアルタイム放送システム。

双方向通信であって、多重化された光信号を送信することにより、一層、通信路の有効利用ができる。

〈構成８〉
構成４乃至７のいずれかに記載のリアルタイム放送システムにおいて、上記複数の信号源は、それぞれ、ビデオカメラにより撮影した映像信号の出力装置からなることを特徴とするリアルタイム放送システム。

複数の信号源が、それぞれ、ビデオカメラにより撮影した映像信号の出力装置であれば、各映像信号をそれぞれ非同期で送信をして構わない。これらの信号を非圧縮で送信をして、リアルタイム放送が実現できる。

〈構成９〉
構成４乃至８のいずれかに記載のリアルタイム放送システムにおいて、上記複数の信号源から出力されたデジタル放送信号は、非圧縮シリアルビットストリーム化された光信号であって、上記光ファイバ通信路をそのまま伝送されることを特徴とするリアルタイム放送システム。

非圧縮シリアルビットストリーム化された光信号は、所定の基準を満たす光ファイバ通信路とラマン増幅器により、忠実に最小限の信号劣化と伝送遅延で受信側に向けて伝送される。これにより、時間遅れを意識させないリアルタイム放送が可能になる。

〈構成１０〉
構成４乃至９のいずれかに記載のリアルタイム放送システムにおいて、２地点間の放送信号伝送遅延時間が、０．３秒以下になるように、上記光ファイバ通信路の所定の基準を設定することを特徴とするリアルタイム放送システム。

リアルタイム双方向通信において、例えば、音声信号の時間遅れの許容値は最大０．３秒といわれている。光ファイバ通信路選別のための所定の基準値を２地点間の放送信号伝送遅延時間が、０．３秒以下になるように設定しておけば、要求される特性を満足する。複数の光ファイバ通信路を相互に縦続接続して使用する時には、これらの光ファイバ通信路の、放送信号伝送遅延時間の累積値が、０．３秒以下になるように設定する。

〈構成１１〉
２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、上記２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ、それぞれ２００キロメートル以下の長さであって、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下で、上記２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択し、上記中継点の、隣接する２つの上記光ファイバ通信路の端子間に、当該光ファイバ通信路に伝送される光信号のレベルを補償するためのものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光増幅器を挿入し、上記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された光信号を上記光ファイバ通信路に送出し、上記２地点のうちの、少なくとも他方の地点で、上記光ファイバ通信路と上記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

中継点の数は任意である。光ファイバ通信路の品質に応じてその長さが選定される。構成１１、１２、１３のように、光増幅器や光分散補償器で伝送される光信号の波形歪みを補償し、デジタル信号波形の劣化を防止すれば、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された光信号を、長距離にわたり忠実に伝送できる。また、２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択すれば、ストレスを与えないリアルタイム放送信号の伝送が可能である。

〈構成１２〉
２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、上記２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ、それぞれ２００キロメートル以下の長さであって、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下で、上記２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択し、上記中継点の、隣接する２つの上記光ファイバ通信路の端子間に、当該光ファイバ通信路に伝送される光信号の分散を補償するためのものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光分散補償器を挿入し、上記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を上記光ファイバ通信路に送出し、上記２地点のうちの、少なくとも他方の地点で、上記光ファイバ通信路と上記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

〈構成１３〉
２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、上記２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ、それぞれ２００キロメートル以下の長さであって、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下で、上記２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択し、上記中継点の、隣接する２つの上記光ファイバ通信路の端子間に、当該光ファイバ通信路に伝送される光信号のレベルと光の分散を補償するためのものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光増幅器及び光分散補償器を挿入し、上記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を上記光ファイバ通信路に送出し、上記２地点のうちの、少なくとも他方の地点で、上記光ファイバ通信路と上記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

〈構成１４〉
構成１１乃至１３のいずれかに記載のリアルタイム放送信号伝送方法において、上記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を非同期で上記光ファイバ通信路に送出し、上記中継点に挿入する光増幅器には、ラマン増幅器を使用することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

２種以上の波長の光信号を中継点で一一括して増幅するために、ラマン増幅器を使用する。各光信号を非同期で送出すれば、信号のバッファリングや同期処理による伝送遅延も回避できる。

〈構成１５〉
構成１１乃至１３のいずれかに記載のリアルタイム放送信号伝送方法において、上記２地点の双方から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を非同期で上記光ファイバ通信路に送出し、上記２地点の双方で、上記光ファイバ通信路と上記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

双方向で信号の送受信をするときに、伝送遅延が最も気になるから、この方法が特に効果を発揮する。

〈構成１６〉
構成１１乃至１３のいずれかに記載のリアルタイム放送信号伝送方法において、送信側では、カメラにより撮影されて取得された画像を再現するために必要な画素値データ群を、取得された順番にそのまま送出し、受信側では、取得された順番に画素値データ群を受信して、その順番にそのまま再生することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

本発明はカメラにより撮影した信号をそのまま伝送してそのまま再生する場合に特に顕著な効果がある。画素値データの順番を狂わさないで、バッファ処理等を無くせば、伝送遅延を最小限にできる。

放送信号の時間遅れ発生の最大原因は、放送信号の圧縮と伸長処理である。例えば、現場に設置した多数のテレビカメラで撮影した画像信号を放送局へ送信する場合に、人工衛星を利用した回線などの高価な通信回線を使用する場合には、圧縮と伸長処理を省くことができない。

本発明では、既設の光ファイバ通信路を使用する。布設されていても使用されていないダークファイバなどを使用する。放送信号の伝送を目的として新たに布設した専用光ファイバを使用するのではない。既設の任意の光ファイバ通信路を使うので、低コストで自由に、２点間の距離に関係無く、通信路が確保できる。本発明のように光ファイバを用いて放送信号のリアルタイム通信を行うには、従来では、専用の光ファイバ通信路を設計して布設する必要があった。

従来は、既設の光ファイバ通信路や衛星通信路を使用する時には、通信路を提供する通信会社の通信方式に従わなければならず、伝送遅延を回避できなかった。通信会社以外で、専用の光ファイバ通信路を設計して布設することができるのは、例えば、放送局の構内等の限られた区域内に制限される。即ち、例えば、東京から名古屋といった遠く離れた場所間では、伝送遅延の無いリアルタイム放送信号伝送は困難であった。

本発明でいう既設の光ファイバ通信路とは、広域電話通信用、もしくは広域データ通信用として全国あるいは国際間を結ぶように既に布設され、通信事業者から利用者に提供されている光ファイバ通信路のことである。リアルタイム通信を行う２点を決めた時、その２点間を結ぶことができる既設の光ファイバ通信路は多数存在する。その中から、伝送遅延と帯域特性が一定の基準を満たす光ファイバ通信路を選択する処理をする。一定の基準を満たすものであれば、電話用の通信路でも、データ伝送用の通信路でも構わない。一定の基準を満たす光ファイバ通信路を複数自由に組み合わせて使用することができる。

本発明では、既設の光ファイバ通信路のみでは補償できない伝送信号レベルの減衰を、通信路に中継点を設けて、新たに光増幅器を追加挿入することにより補償する。これにより、既設の通信路では保証されていない伝送特性を補うことができる。また、デジタル画像信号のリアルタイム通信には伝送信号誤りが致命的になり得る。新たに光増幅器を挿入することで、十分な利得を確保して、伝送信号の信号誤り発生を最小限にすることができる。光増幅器には、ラマン増幅器のような高利得の光増幅器を使用する。ラマン増幅器は、光信号を直接高利得低雑音で増幅する光増幅器として知られている。（特許文献２）また、多重化された光信号を一括増幅することができるので、リアルタイム多重放送信号の伝送に適する。（特許文献３）

光増幅器として、ラマン増幅器の他にも、各種の光増幅器を使用することができる。例えば、エルビウム添加ファイバアンプ(EDFA)等の光増幅器を採用することが可能である。これは、エルビウム添加元素の性質上、波長1550ナノメータの光信号に対象が限定されるが、条件が満たされれば有効に利用できる。本発明では、以上のような光ファイバ通信路に、非圧縮のデジタル放送信号を伝送する。

本発明において、リアルタイムで伝送する放送信号は、少なくとも画像信号を含む。音声信号その他の信号を含んでいても構わない。例えば、音声信号のみであれば、電話通信網によりほとんど伝送遅延が無視できるリアルタイム通信が可能である。しかし、ビデオカメラで撮影されたような画像信号を長距離伝送するには、従来は信号の圧縮処理を行なわなければならなかった。本発明ではそのような放送信号を非圧縮で伝送する。また、数キロメートル程度の通信路であれば、専用線を敷設することができる。専用線なら自由に設計ができるから、従来から高品質なリアルタイム通信が可能であった。しかしながら、数十キロメートルといった長距離になると、一般には既設の通信路を利用せざるをえない。

そのとき、標準的なデジタル画像信号をある程度高い品質で伝送できるような伝送帯域を持つ、光ファイバ通信路を、既設の通信路の中から選択する。この光ファイバ通信路に新たに光増幅器を挿入して損失補償をすれば、高品質なデジタル画像信号のリアルタイム伝送が可能である。光ファイバ通信路は、２００キロメートル以下の距離を一区間とすることが好ましい。２地点間を一区間分の通信路だけで接続できるようであれば、その一端もしくは両端に光増幅器を挿入するとよい。２区間以上の通信路で接続するならば、その接続点、即ち、中継点に光増幅器を挿入するとよい。以下本発明の実施例を具体的に説明する。

図１は、本発明のリアルタイム放送システム具体例を示すブロック図である。
このシステムは、送信側から受信側に向けて放送信号を一方的に送信する例を示す。送信側には、ビデオカメラ１１、電気／光変換器１３、光増幅器１４を順に接続した装置が設けられている。光増幅器１４の出力信号は、光ファイバ通信路Ｐ１に向けて出力される。光ファイバ通信路Ｐ１は、既に説明した通り既設の光ファイバ通信路の中から選択されたもので、一定の伝送特性基準を満たす。光ファイバ通信路Ｐ１は、通信事業者が管理しており、端子１５と端子１６との間で所定の信号を送受信することが許されている。

光ファイバ通信路Ｐ１の端子１６には、光増幅器Ａ１を接続する。光増幅器Ａ１は、例えば、既に説明したようなラマン増幅器からなる。この光増幅器Ａ１の出力を、次の区間で放送信号を伝送するために選択された光ファイバ通信路Ｐ２の端子１７に接続する。光ファイバ通信路Ｐ２のもう一方の端子１８には、別の光増幅器Ａ２が接続される。この光増幅器Ａ２の出力を、最後の区間で放送信号を伝送するために選択された光ファイバ通信路Ｐ３の端子１９に接続する。

例えば、光ファイバ通信路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれ５０キロメートル〜１００キロメートルの長さであるとすれば、合計１５０キロメートル〜３００キロメートルの距離に渡って放送信号が伝送される。光ファイバ通信路Ｐ３の端子２０は、受信側の設備に接続されている。受信側の設備は、光／電気変換器２５とモニタテレビジョン２７と録画装置２８などから構成される。

即ち、上記のシステムは、送信側のビデオカメラ１１によって撮影された画像信号は非圧縮のシリアルデジタル信号で、その信号を光信号に変換して、光増幅器１４で十分な利得を確保した上で、光ファイバ通信路Ｐ１に送り込む。光ファイバ通信路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はでの伝送損失を補償するために、光ファイバ通信路Ｐ１とＰ２の中継点には、光増幅器Ａ１を新たに追加挿入している。即ち、これは既設の通信路には設けられていない追加の増幅器である。同様にして、光ファイバ通信路Ｐ２とＰ３の中継点には、光増幅器Ａ２を新たに追加挿入している。なお、図１の破線の円内に示したように、上記の光増幅器Ａ１に光分散補償器Ｘ１を（光増幅器Ａ２に光分散補償器Ｘ２を）組合わせて中継点に挿入することもできる。このように光分散補償器Ｘ１、Ｘ２を挿入すれば、光ファイバ通信路での光信号波形歪みの補正により、長距離にわたってリアルタイム伝送が可能な通信速度と信号品質を確保できる。

以上のようにして、通信事業者から借り受けた光ファイバ通信路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を用いて、非圧縮のデジタル放送信号を送信側から受信側に所定の品質を保持したまま、リアルタイムで伝送することができる。この信号は、受信側で電気信号に変換され、モニタテレビジョン２７に映し出される。録画装置２８で録画することもできる。送遅延特性と帯域特性とが所定の基準を満たすような光ファイバ通信路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を選択すれば、受信側で受信された放送信号は、ビデオカメラ１１で撮影した放送信号に対し、時間遅れが極めて小さいものになる。従って、例えば、ビデオカメラ１１を様々な場所に配置し、これらの場所で撮影した画像を放送局にリアルタイムで送信し、いずれも時間遅れの殆ど無い放送信号を受信して録画したり、多元中継放送をすることが可能になる。

上記のシステムは、放送信号を送信側から受信側に一方的に送信する例であった。しかしながら、本発明のシステムは、双方向通信にも同様に適用できる。さらに、撮影現場においては、複数のビデオカメラを配置して、これらのカメラが撮影した信号を同時に伝送する要求が一般的である。従来は、撮影した信号を圧縮して電気信号の状態で多重化して送信し、受信側ではその信号を分離してから伸長してモニタテレビジョン等に供給していた。従って、圧縮や多重化処理のための時間遅れが回避できなかった。本発明では、光信号レベルで多重化を行い、時間遅れの無い多重放送信号を伝送できる。

図２は、多重化双方向放送信号伝送を可能にしたリアルタイム放送システムの具体例を示すブロック図である。
（ａ）は、送信側及び受信側における入出力装置のブロック図である。光ファイバ通信路の両端には、この図に示すような装置を配置することができる。なお、この例では、２地点間で相互にビデオカメラで撮影して得た放送信号を送受信するものを示した。もちろん、一方からは映像と音声を送信し、他方からは音声のみを送信するといったシステムでも構わない。

図のビデオカメラ１１は４台例示してあるが、１０台もしくはそれ以上設けることができる。これらのビデオカメラ１１の出力信号は、それぞれ電気／光変換器１３により光信号に変換される。電気／光変換器１３の出力信号は、合波器３１において１本の光ファイバに導入される。ＡＴＭなど電気信号のレベルで多重化を行う既存技術は各種存在するが、いずれも伝送遅延の極めて小さいリアルタイム通信には適さない。このシステムでは、光信号の状態で多重化することによって、時間遅れの無い多重通信が可能になる。

１本の光ファイバに集められた光信号は、ラマン増幅器などの光増幅器Ａ５によって増幅され、光ファイバ通信路Ｐ５に送り込まれる。一方、光ファイバ通信路Ｐ５から逆方向に伝送された相手方の放送信号は、分岐器３３によって分岐され、分波器３２に送り込まれる。分波器３２は、例えば、プリズムのような波長依存性を持つデバイスを有し、多重化された光信号をチャンネルごとに分離する機能を持つ。光／電気変換器２５は、各チャンネルの光信号を電気信号に変換し、それぞれモニタテレビジョン２７に向けて出力する。このモニタテレビジョンは、この例ではチャンネル数だけ用意されているが、モニタテレビジョン以外の録画装置やその他の放送機器に、光／電気変換器２５の信号を出力するようにして構わない。

以上のように、多チャンネルの放送信号を光信号に変換し、これらの光信号を集めて１つの光増幅器と１本の光ファイバ通信路に送り込むことによって、非圧縮デジタル放送信号を多重化して送信することができる。また、光ファイバ通信路から出力された多重化された放送信号を分波器３２を用いてチャンネルごとに分離し、それぞれモニタテレビジョンに供給することができる。

図２（ｂ）は、光ファイバ通信路の中継点に挿入される光増幅器ユニットのブロック図である。光ファイバ通信路Ｐ６、Ｐ７は、一定の伝送遅延と一定の伝送帯域が保証されているものを選択する。これらの光ファイバ通信路に放送信号を送信し、そのレベル補償をするために光増幅器Ａ６、Ａ７を挿入する。光増幅器Ａ６、Ａ７は、利用する光ファイバ通信路Ｐ６、Ｐ７の入力側あるいは出力側もしくは両側に配置する。例えば、この図に示すように、光ファイバ通信路Ｐ６の一方の端子３５と、光ファイバ通信路Ｐ７の一方の端子３６の間に、２台の光増幅器Ａ６、Ａ７を挿入する。一方の光増幅器Ａ６は、端子３５から出力される光信号を増幅して端子３６に向けて出力する機能を持つ。また、もう一方の光増幅器Ａ７は、端子３６から出力された光信号を増幅して端子３５に向けて出力する機能を持つ。このような一対の光増幅器を中継点に新たに挿入することによって、複数の光ファイバ通信路を連結して組み合わせ、長距離のリアルタイム放送が可能になる。

本発明のシステムは、２地点間で、２００キロメートル以内の距離に相当する光ファイバ通信路を１つまたは複数選択し、これらを順に接続することによってリアルタイム放送を実現する。従って、数ヶ所に中継点を設けて増幅器を挿入することにより、長距離に渡ってリアルタイム放送を実現することが可能になる。選択する光ファイバ通信路の長さをあまり短く選定すると、光増幅器の挿入数が著しく増えて全体として信号の伝送品質を保持することができない。逆に、選択する光ファイバ通信路の長さをあまりに長く選定すると、伝送信号の劣化が著しく、光増幅器を挿入したとしても、放送信号の品質を維持できない。このため、既に説明したように、各光ファイバ通信路は、２００キロメートル以下の区間に選定することがことが好ましい。なお、光ファイバ通信路の品質が著しく向上し、光増幅器の性能も改善されれば、これらの区間長をより長くすることが可能になる。

図３は、上記のような入出力装置を使用し、具体的に東京と名古屋の２地点間で放送信号の双方向通信を行った例を示すブロック図である。
図に示すように、東京には、ビデオカメラ１１と多重化装置４１と光増幅器Ａ１１と分岐器３３と分離装置４２とモニタテレビジョン２７とが設けられている。また、名古屋にはビデオカメラ１１と多重化装置４３と光増幅器Ａ１８と分岐器３４と分離装置４４とモニタテレビジョン２７とが設けられている。多重化装置４１と４３は、図２を用いて説明した電気／光変換器１３と合波器３１などを含めた装置である。分離装置４２と４４は、図２を用いて説明した分波器３２や光／電気変換器２５を含めた装置である。

このシステムで、東京と名古屋の間で双方向のリアルタイム放送信号の伝送を行う場合には、予め、東京と小田原の間を結ぶＡ区間の光ファイバ通信路Ｐ１と、小田原と静岡の間を結ぶＢ区間の光ファイバ通信路Ｐ２と、静岡と浜松の間を結ぶＣ区間の光ファイバ通信路Ｐ３と、浜松と名古屋の間を結ぶＤ区間の光ファイバ通信路Ｐ４が選択される。いずれの光ファイバ通信路もそれぞれ、予め伝送特性を実測して、要求を満たすものを選択する。小田原、静岡、浜松といった場所に中継点を設ける。中継点には、それぞれ、双方向に光信号を増幅して出力する光増幅器Ａ１２〜Ａ１７が挿入されている。

光ファイバ通信路Ｐ１１の入力端子５１は、東京にあって通信事業者から使用を許可された端子である。また、端子５２は、小田原にあって通信事業者から使用を許可された端子である。端子５１と端子５２との間は、通信事業者によって一定の伝送特性が保証された光ファイバの通信路である。光ファイバ通信路Ｐ１１の端子５２と光ファイバ通信路Ｐ１２の端子５３とは、いずれも小田原にある。この端子間に光増幅器Ａ１２とＡ１３とを増設して伝送特性の補償をする。静岡に設けられた端子５４と端子５５の間、及び浜松に設けられた端子５６と端子５７の間にも同様に光増幅器を挿入する。このような選定を行って、既設の光ファイバ通信路Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４を組み合わせて長距離リアルタイム放送用の通信路を実現する。

以上のように光ファイバ通信路を選択すると、東京と名古屋の間の、信号伝送遅延の合計値は最大０．００２秒となり、評価の基準となる０．３秒以下を十分に満足することができる。即ち、双方向にリアルタイムで通話を行っても、ストレスを感じない。小田原、静岡、浜松の各中継点に設けた増幅器は、この例ではラマン増幅器である。これにより、伝送誤りの少ないデジタル放送信号を東京から名古屋までリアルタイムで送信できる。実験によれば、デジタルハイビジョン非圧縮映像信号（ＨＤ−ＳＤＩ）を１．５Ｇｂｐｓの伝送レートで、東京から名古屋まで、伝送遅延０．００２秒以下で送信することができた。また、デジタル変換されたＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号を４０チャンネル多重化して伝送することもできた。上記の例では、東京から名古屋までを、４区間に区切った。いずれも、区間長は、２００ｋｍ以下であった。

実測データによれば、デジタルハイビジョン非圧縮映像信号（ＨＤ−ＳＤＩ）の光多重伝送実験で、１３１０ナノメータの波長帯域で伝送距離７０キロメートルを送信したところ、信号対雑音比が、送信側で６０デシベル、受信側で４０デシベルという結果を得た。即ち、既設の光ファイバ通信路を７０キロメートルに選定した場合に、十分実用が可能であるという結果が得られた。また、１５５０ナノメータの波長帯域では、１００キロメートルから２００キロメートルの区間距離で、信号対雑音比が、送信側で６５デシベル以上の時、受信側で５５デシベルという結果を得た。ここでも、十分実用が可能であるという結果が得られた。なお、東京と名古屋の間は、中継増幅器を１箇所だけ挿入するようにしても、上記と同様の結果を得た。また、東京と大阪の間で、各光ファイバ通信路をほぼ２００キロメートルとし、２箇所に中継増幅器を挿入して同様の実験を行ったところ、伝送遅延は０．００２７秒であり、ここでも、十分に満足できる結果を得た。

一方、１５５０ナノメータの波長帯域で２５０キロメートルの区間距離を選定したところ、信号対雑音比が、送信側で６５デシベル以上であるのに対して、受信側で５０デシベルといった結果を得た。しかし、シリアルデジタル通信路のストレス試験を行う場合に使用されるパソロジカル信号を測定した結果から、２００キロメートルを越えた場合には、現状では、光多重したことおよび光の分散特性により、必ずしも十分な伝送特性を満足することができないことがわかった。従って、ダークファイバ等の既設の光ファイバ通信路については、２００キロメートル程度の距離の範囲を選択し、これに新たに光増幅器と光分散補償器を接続して、組み合わせる、といった方法で長距離のリアルタイム放送伝送が実現することが実証された。この方法で、数百キロメートルから千キロメートル程度の長距離にわたるリアルタイム放送通信が可能という結果を得た。

本発明では、既設の通信路の中から選択された光ファイバ通信路を一定の伝送特性を持つ受動回路として利用している。伝送信号のレベル補償は光ファイバ通信路の一端あるいは両端に挿入した光増幅器で行い、伝送信号の分散補償は同じく一端あるいは両端に挿入した光分散補償器で行うから、既設の通信路を利用するにもかかわらず、ユーザ側で、全体として、自由に放送品質の最適化を図ることができる。また、本発明によれば、双方向通信をしても、音声や画像の時間遅れが全く気にならないレベルに抑えられる。

本発明の方法では、２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ光ファイバ通信路を選択する。直線的に結ぶ必要は無い。各光ファイバ通信路は、それぞれ２００キロメートル以下の長さとする。通信路の長さであって直線距離ではない。また、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下のものを選択する。デジタル信号の伝送誤りによる信号劣化防止のためである。２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下のものを選択する。リアルタイム伝送のためである。以上の条件を満たす光ファイバ通信路を選択して、中継点を設けながら順に接続する。

中継点の、隣接する２つの光ファイバ通信路の端子間には、光ファイバ通信路にはもともと含まれていない、新たな光増幅器や光分散補償器を挿入する。光増幅器だけを挿入してもよい。光分散補償器だけを挿入してもよい。光増幅器と光分散補償器の両方を挿入してもよい。光増幅器は、光ファイバ通信路に伝送される光信号のレベルを補償する。光分散補償器は、光ファイバ通信路での光信号波形歪みの補正をする。非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された光信号を伝送する場合、信号の伝送誤りは受信される画像を直接劣化させる。従って、本発明では、信号の伝送誤りを最小限にするために、光ファイバ通信路を提供する通信事業者側では用意していない光増幅器や光分散補償器を追加挿入する。

こうして、２地点のうちの一方あるいは両方の地点から、放送信号を光ファイバ通信路に送出する。この放送信号は、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された光信号である。送信側では、カメラにより撮影されて取得された画像を再現するために必要な画素値データ群を、取得された順番にそのまま送出し、受信側では、取得された順番に画素値データ群を受信して、その順番にそのまま再生する。隣り合う画素値データの間の空き時間の部分には制御信号その他のデータを自由に挿入して構わない。即ち、本発明では、全ての画素値データの伝送遅延時間が等しく、かつ、０．３秒以内になる。画素値データの時間的な入れ替えや追い越しあるいは待ち合わせが無い。符号化処理もバケット化処理もしない、誤り訂正処理もしない。この方法によれば、信号をバッファリングするための複雑な制御回路が不要だから、送受信機の構成を簡単にできる。以上のようにして、信号の時間遅れを全く意識させない、リアルタイム双方向通信が可能になる。

図４は、本発明のシステムの用途説明図である。
例えば、図の（ａ）に示すように、コンサート会場Ｈ１から、２系統のリアルタイム放送システムＰ１５、Ｐ１６を使用して、放送信号を送信する。リアルタイム放送システムＰ１５は、ホテルＨ２へコンサート会場Ｈ１のコンサートのライフ中継画像を送る。リアルタイム放送システムＰ１６は、ホールＨ３へコンサート会場Ｈ１のコンサートのライフ中継画像を送る。また、（ｂ）のシステムでは、それぞれ遠隔地にある４箇所のコンサート会場の間を、中継局Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４とリアルタイム放送システムＰ１２１、Ｐ２２、Ｐ２３で結ぶ。各コンサート会場の演奏が相互にリアルタイムに他の会場に送信され、ジョイントコンサートが可能になる。この場合には、音声や画像をたくさんのチャンネルに分散させてリアルタイム伝送することが必要で、大きな伝送遅延は許されない。こうしたコンサートは、本発明のシステムにより初めて実現する。

この他にも、本発明のシステムは、株主総会の実況放送、病院の手術画像の送信、放送教育、等に広く利用することができる。例えば、医療現場の画像を専門医師の端末装置に送信して、専門医師のアドバイスを受けながら手術をすることができる。これは、通信に時間遅れが許されないことから、本発明を有効に利用できる。例えば、放送局にいるディレクターが、遠隔地に設置されたテレビカメラの撮影担当者に指示を出しながら、放送素材やＣＭ素材を収集するような目的にも利用できる。また、遠隔地に散在する参加者間でのテレビジョン会議にも有効に利用できる。

本発明のリアルタイム放送システム具体例を示すブロック図である。 多重化双方向放送信号伝送を可能にしたリアルタイム放送システムの具体例を示すブロック図である。 上記のような入出力装置を使用し、具体的に東京と名古屋の２地点間で放送信号の双方向通信を行った例を示すブロック図である。 本発明のシステムの用途説明図である。

符号の説明

１１ ビデオカメラ
１３ 電気／光変換器
１４ 光増幅器
１５、１６、１７、１８．１９、２０ 端子
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 光ファイバ通信路
Ａ１、Ａ２ 光増幅器
Ｘ１、Ｘ２ 光分散補償器
２５ 光／電気変換器
２７ モニタテレビジョン
２８ 録画装置

Claims (16)

1. ２地点間を結ぶ既設の通信路中から選択された、所定の基準を満たす光ファイバ通信路と、
   前記２地点のうちの、一方の地点に設けられ、非圧縮のデジタル放送信号を電気信号から光信号に変換して、前記光ファイバ通信路中に送出する、電気／光変換器と、
   前記２地点のうちの、他方の地点に設けられ、前記光ファイバ通信路から出力された、デジタル放送信号を光信号から電気信号に変換する光／電気変換器とを備え、
   前記光ファイバ通信路には、その一端または両端に、その光ファイバ通信路に伝送される光信号レベルを補償するものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光増幅器が挿入されることを特徴とするリアルタイム放送システム。
2. 請求項１に記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   前記光増幅器は、ラマン増幅器からなることを特徴とするリアルタイム放送システム。
3. 請求項１または２に記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   前記光ファイバ通信路は、相互に縦続接続されて２地点間を結ぶ、所定の基準を満たす複数の既設の光ファイバ通信路からなり、
   前記いずれかの光ファイバ通信路には、一端または両端に、その光ファイバ通信路に伝送される光信号レベルを補償する光増幅器が挿入されていることを特徴とするリアルタイム放送システム。
4. 請求項１に記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   前記一方の地点には、それぞれ異なる信号源から出力された非圧縮のデジタル放送信号を、それぞれ電気信号から異なる波長の光信号に変換する複数の電気／光変換器と、これらの電気／光変換器の出力する光信号を集合させて前記光ファイバ通信路中に送出する合波器を備え、
   前記他方の地点には、前記光ファイバ通信路中を伝送されたそれぞれ異なる波長の光信号を分離する分波器と、分離した光信号を電気信号に変換する複数の光／電気変換器を備えたことを特徴とするリアルタイム放送システム。
5. 請求項４に記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   前記一方の地点の信号源は、それぞれ非同期かつ非圧縮の映像信号及びまたは音声信号からなることを特徴とするリアルタイム放送システム。
6. ２地点間を結ぶ既設の通信路中から選択された、所定の基準を満たす光ファイバ通信路と、
   前記２地点には、それぞれ、非圧縮のデジタル放送信号を電気信号から光信号に変換して、前記光ファイバ通信路中に送出する、電気／光変換器と、前記光ファイバ通信路から出力された、デジタル放送信号を光信号から電気信号に変換する光／電気変換器を備え、
   前記光ファイバ通信路には、その一端または両端に、その光ファイバ通信路を双方向に伝送される光信号レベルを補償する光増幅器が挿入されていることを特徴とするリアルタイム放送システム。
7. 請求項６に記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   それぞれ異なる信号源から出力された非圧縮のデジタル放送信号を、それぞれ電気信号から異なる波長の光信号に変換する複数の電気／光変換器と、これらの電気／光変換器の出力する光信号を集合させて前記光ファイバ通信路中に送出する合波器と、
   前記光ファイバ通信路中を伝送されたそれぞれ異なる波長の光信号を分離する分波器と、分離した光信号を電気信号に変換する複数の光／電気変換器とを備えたことを特徴とするリアルタイム放送システム。
8. 請求項４乃至７のいずれかに記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   前記複数の信号源は、それぞれ、ビデオカメラにより撮影した映像信号の出力装置からなることを特徴とするリアルタイム放送システム。
9. 請求項４乃至８のいずれかに記載のリアルタイム放送システムにおいて、
   前記複数の信号源から出力されたデジタル放送信号は、非圧縮シリアルビットストリーム化された光信号であって、前記光ファイバ通信路をそのまま伝送されることを特徴とするリアルタイム放送システム。
10. 請求項４乃至９のいずれかに記載のリアルタイム放送システムにおいて、
    ２地点間の放送信号伝送遅延時間が、０．３秒以下になるように、前記光ファイバ通信路の所定の基準を設定することを特徴とするリアルタイム放送システム。
11. ２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、前記２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ、それぞれ２００キロメートル以下の長さであって、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下で、前記２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択し、
    前記中継点の、隣接する２つの前記光ファイバ通信路の端子間に、当該光ファイバ通信路に伝送される光信号のレベルを補償するためのものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光増幅器を挿入し、
    前記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された光信号を前記光ファイバ通信路に送出し、
    前記２地点のうちの、少なくとも他方の地点で、前記光ファイバ通信路と前記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。
12. ２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、前記２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ、それぞれ２００キロメートル以下の長さであって、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下で、前記２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択し、
    前記中継点の、隣接する２つの前記光ファイバ通信路の端子間に、当該光ファイバ通信路に伝送される光信号の分散を補償するためのものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光分散補償器を挿入し、
    前記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を前記光ファイバ通信路に送出し、
    前記２地点のうちの、少なくとも他方の地点で、前記光ファイバ通信路と前記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。
13. ２地点間を結ぶ既設の任意の通信路中から、前記２地点とその間の任意数の中継点とを順に結ぶ、それぞれ２００キロメートル以下の長さであって、デジタルパルスの波形歪みが許容値以下で、前記２地点間の光信号伝送遅延時間の総和が０．３秒以下という条件を満たす光ファイバ通信路を選択し、
    前記中継点の、隣接する２つの前記光ファイバ通信路の端子間に、当該光ファイバ通信路に伝送される光信号のレベルと光の分散を補償するためのものであって、当該光ファイバ通信路には含まれていない新たな光増幅器及び光分散補償器を挿入し、
    前記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を前記光ファイバ通信路に送出し、
    前記２地点のうちの、少なくとも他方の地点で、前記光ファイバ通信路と前記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。
14. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載のリアルタイム放送信号伝送方法において、
    前記２地点のうちの、少なくとも一方の地点から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を非同期で前記光ファイバ通信路に送出し、
    前記中継点に挿入する光増幅器には、ラマン増幅器を使用することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。
15. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載のリアルタイム放送信号伝送方法において、
    前記２地点の双方から、非圧縮デジタル放送信号であって、シリアルビットストリーム化された２種以上の波長の光信号を非同期で前記光ファイバ通信路に送出し、
    前記２地点の双方で、前記光ファイバ通信路と前記中継点を順に経由した光信号を受信することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。
16. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載のリアルタイム放送信号伝送方法において、
    送信側では、カメラにより撮影されて取得された画像を再現するために必要な画素値データ群を、取得された順番にそのまま送出し、受信側では、取得された順番に画素値データ群を受信して、その順番にそのまま再生することを特徴とするリアルタイム放送信号伝送方法。

Images