JP2005277461A - データ伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】受信機のＭＰＥＧデコーダのデータ消費量を送信機に伝達し、送信機のＭＰＥＧエンコーダのＳＴＣを制御することでデータ発生量を追随させてデータフローに破綻なく確保するデータ伝送システムを得る。
【解決手段】画像信号と音声信号と付帯情報をネットワーク（ＬＡＮ３）を介して長時間安定して送受信することを可能とするもので、受信機４０のＭＰＥＧデコーダ１６ａのデータの消費量を受信機４０が送信機３０に送信し、送信機３０のＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣを送信データバッファ３１、データ残量検出器３２等によって、制御することで送信機３０からの受信機２に対してのデータの送出量を追従させる。
【選択図】図１

Description

本発明はデータの伝送システムに関し、特に有線イーサネット（登録商標）接続又は電波無線接続等のＬＡＮ技術によって受信機と送信機とを接続したシステムにおいて、受信機からの読み出し要求に送信機が同期したデータ伝送システムに関する。

図１２は画像と音声と付帯情報をネットワークを介して伝送する従来のデータ伝送システムの概略構成図である。

本システムは、送信機１と受信機２とをＬＡＮ３で接続している。送信機１には、ビデオデコーダ５と、Ａ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７と、ＭＰＥＧエンコーダ８と、Ａ／Ｄコンバータ９と、ＰＬＬ部１０と、送信機のＴＣＰ／ＩＰインターフェース部１１（ＵＤＰ／ＩＰでもよい）と、固定基準周波数発生器であるＸＯ１２等を備えている。

また、受信機２は、受信機のＴＣＰ／ＩＰインターフェース部１５（ＵＤＰ／ＩＰでもよい）と、ＭＰＥＧデコーダ１６と、固定基準周波数発生器であるＸＯ１７（基準信号発生部１７ともいう）と、ＰＬＬ部２１と、Ｄ／Ａコンバータ１８、２０とを備えている。

上記のように構成された従来のシステムの動作を説明する。（送信機１の動作）送信機１に対して外部から送出されたＮＴＳＣ方式等の画像信号（ｖｉｄｅｏ）はビデオデコーダ５に入力し、このビデオデコーダ５からの画像信号がＡ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７に入力して順次、デジタル変換されてフレーム同期がとられてＭＰＥＧエンコーダ８に入力する。また、音声信号（ａｕｄｉｏ）は、送信機１のＡ／Ｄコンバータ９に入力し、ＰＬＬ部９からの出力に基づいて音声信号をコンバートしてＭＰＥＧエンコーダ８に出力する。

ＭＰＥＧエンコーダ８は、ＮＴＳＣ方式のフレーム画像及び音声データとを入力してＸＯ１２からの基準周波数信号ＳＴＣ（送信機のＳＴＣともいう）に基づいて圧縮処理すると共に、圧縮したフレーム画像と音声データとに付帯情報を合成してＰＳ（ＤＶＤに使う）又はＴＳに、パケット化多重化してＴＣＰ／ＩＰインターフェース又はＵＤＰ／ＩＰインターフェース（以下送信機のインターフェース部１１という）に供給する。

この送信機１のインターフェース部１１は、多重化されたＴＳ又はＰＳパケットにＵＤＰヘッダ又はＴＣＰヘッダとＩＰヘッダとを前置してＬＡＮ３上に伝送する伝送パケットを生成すると共に、ＬＡＮ３への接続を管理する。また、ＴＣＰ／ＩＰインターフェースのときには、接続を確立したノードへ、又はＵＤＰ／ＩＰインターフェースの場合は、所定のノードへ伝送パケットをＬＡＮ３上に送信する。

（受信機の動作）
一方、受信機２のＵＤＰ／ＩＰインターフェース又はＵＤＰ／ＩＰインターフェース（以下受信機のインターフェース部１５という）は、ＬＡＮ３上を流れる様々なパケットを取り出して、ＭＰＥＧデコーダ１６に出力する。

例えば、受信機のインターフェース部１５がＴＣＰ／ＩＰインターフェースの場合は、接続を確立している送信機１からのパケットを選択してＭＰＥＧデコーダ１６のメモリに格納する。また、ＵＤＰ／ＩＰインターフェースの場合は、所定のパケットを選択してＭＰＥＧデコーダ１６のメモリに格納した後に、伝送パケットからペイロードであるＭＰＥＧ−ＴＳ又はＰＳを取り出して、受信機２のＭＰＥＧデコーダ１６のメモリに格納する。

ＭＰＥＧデコーダ１６は、メモリに格納されたパケット又はＭＰＥＧ−ＴＳ又はＰＳのパケットを、基準信号発生部１７の基準周波数信号（２７ＭＨｚ受信機のＳＴＣともいう）に基づいてデコードし、これをＤ／Ａコンバータ１８に出力してアナログ変換させて、ビデオエンコーダ１９を介してビデオ信号を得る。

また、ＭＰＥＧデコーダ１６は、メモリに格納されたパケット又はＭＰＥＧ−ＴＳ又はＰＳのパケットを、基準信号発生部１７の基準周波数信号（２７ＭＨｚ、受信機の基準周波数信号ＳＴＣ）に基づいてデコードし、これを音声用のＤ／Ａコンバータ２０に出力してアナログ変換させた音声信号を出力させる。

このようなシステムは、例えば遠隔地からＬＡＮ３経由でカメラ映像をリアルタイム伝送する用途に用いるのが一般的である。

そして、送信機１は、ＭＰＥＧエンコーダ８でエンコードしたパケットを受信機２のＭＰＥＧデコーダ１６に出力させて直ちにデコードさせているので、送信機１のＭＰＥＧエンコーダ８が生成する伝送データ量と受信機２のＭＰＥＧデコーダ１６が消費する伝送データ量とを同一時間内で一致させ、伝送中に伝送データのオーバーフローやアンダーフローが発生しないようにする必要がある。

このため、一般的に送信機１のＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣ（＝２７ＭＨｚ）を、受信機２が再生する手段としてＰＣＲ情報処理で確立しているＴＳがＭＰＥＧ多重方式に採用されていた。

このとき、送信機１は受信機２の状況にかまわず伝送パケットを送信し、受信機２はパケット中のＰＣＲ情報を読みとってＭＰＥＧデコーダ１６を使用するための基準周波数信号ＳＴＣを、送信機１と一致した周波数が得られるようにハードウエアでＰＬＬを構成して生成していた。

また、パケット多重方式がＰＳの場合でもＳＴＣ再生の方法が規格上は同様にして備えられているが一般的には放送用途が主体のＴＳに対し、ＰＳが用いられるのはＤＶＤやＨＤＤ等の蓄積メディアからの再生をするときであり、このときはＭＰＥＧエンコーダが不在なためＳＴＣ同期機能は必要ではない。このため、これまでのＰＳを入力とするＭＰＥＧデコーダチップにはＳＴＣ同期機能が省略され、その分がデコーダ自体の大幅なコストダウンの要素となっていた。

一方、特開２０００−９２１３０号広報（特許文献１）には、ジッタを含むネットワークを介して伝送されるＡ／Ｖストリームに対して、クライアントにおいてＰＬＬ回路を使用することなく、ジッタ除去及びクロック回復処理を行うことが記載されている。
特開２０００−９２１３０号

しかしながら、システムを普及価格にコストダウンするためには、受信機内部のＭＰＥＧデコーダをＤＶＤ再生用途などの既存のチップを採用することが望ましいが、その場合、前述の如くそれらのデコーダチップにはＳＴＣ再生機能が省略されているため、送信機のＭＰＥＧエンコーダが同時に機能するリアルタイム伝送の際には、送信機のＭＰＥＧエンコーダのＳＴＣを再生することが出来ない。

このため、送信機のＭＰＥＧエンコーダの生成する単位時間あたりのデータ量と受信機のＭＰＥＧデコーダの消費する同時間あたりのデータ量が異なり、伝送中にオーバーフローかアンダーフローが発生し、送信機又は受信機のいずれかでデータの消失が発生して受信機のＭＰＥＧデコーダの処理に破綻が生じることにある。すなわち、受信が出力する画像にブロックノイズやフリーズ、音声の遮断、付帯情報の錯誤などの妨害が発生する。

こららの対策として、ＴＳを用いる方法があるが、前述の如く受信機のＭＰＥＧデコーダが高価になるという課題があった。

例えば、一対の送受信機で十分な用途の場合のシステムであってもＴＳを用いた場合には、ＴＳが本来は放送用途ゆえに複雑な多重処理を伴うことになり、結果として送受信機とも負担の大きい処理が必須になるという課題があった。

また、ＰＳは任意データ長で任意の時刻に伝送可能であることに対し、ＴＳは１８８バイトの固定長パケットに送出時の時刻情報とＰＣＲ情報とを付加し、受信側では受信ＴＳパケットからタイムスタンプを抽出するので、伝送路の遅延時間が一定でなければならない。

伝送路は一般放送の場合は、遅延がほぼ一定であるが、ＬＡＮなどのネットワークでは遅延時間の変動がさけられず、受信機のＰＬＬ処理にジッターの加わったＰＣＲが供給されることになり、安定したＳＴＣ再生が困難であるとという課題があった。

つまり、ただ単にＭＰＥＧストリームにＵＤＰ／ＩＰ又はＴＣＰ／ＩＰヘッダを付加してネットワークに伝送する際には、ＴＳとＰＳ各々問題があった。

本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、画像信号と音声信号と付帯情報とをネットワークを介して長時間、安定して送受することを実現するもので、受信機のＭＰＥＧデコーダのデータ消費量を送信機に伝達し、送信機のＭＰＥＧエンコーダのＳＴＣを制御することでデータ発生量を追随させてデータフローに破綻なく確保することを目的とする。

本発明は、画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化した後、パケット化し、ネットワークを介して接続された送信機と受信機との間で伝送を行うデータ伝送システムである。

前記受信機は、
前記パケットを受信し、該パケットから前記圧縮された画像信号と音声情報と付帯情報と分離するための分離手段と、前記分離手段により分離された画像信号と音声信号と付帯情報とを一時記憶するための第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段より所定量の画像信号と音声信号と付帯情報とを読み出し、復号伸張するための復号手段と、前記復号手段が復号伸張するために一定周波数信号を発生するための第１の基準信号発生手段と、前記第１の記憶手段の記憶容量が所定の値より小となった場合、前記送信機に前記パケットを送信させるよう要求信号を発生する要求信号発生手段とを備える。

そして、前記送信機は、
前記画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化するための符号化手段と、前記符号化手段が圧縮符号化するために可変周波数信号を発生するための第２の基準信号発生手段と、前記符号化手段により圧縮符号化された画像信号と音声信号と付帯情報とを一時記憶するための第２の記憶手段と、前記要求信号発生手段により、前記要求信号が供給された場合、前記第２の記憶手段より所定量のパケットを送信するための送信手段と、前記第２の記憶手段の記憶容量が所定の範囲の値となるよう前記第２の基準信号発生手段の発生する周波数を制御するための制御手段とを備えたことを要旨とする。

また、本発明は、画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化した後、パケット化し、ネットワークを介して接続された送信機と受信機との間で伝送を行うデータ伝送システムである。

前記受信機は、
前記パケットを受信し、該パケットから前記圧縮された画像信号と音声情報と付帯情報と分離するための分離手段と、前記分離手段により分離された画像信号と音声信号と付帯情報とを一時記憶するための第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段より所定量の画像信号と音声信号と付帯情報とを読み出し、復号伸張するための復号手段と、前記復号手段が復号伸張するために一定周波数信号を発生するための第１の基準信号発生手段と、前記第１の記憶手段の記憶容量が所定の値より小となった場合、前記送信機に前記パケットを送信させるよう要求信号を発生する要求信号発生手段とを備えている。

そして、前記送信機は、
前記画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化するための符号化手段と、前記符号化手段が圧縮符号化するために可変周波数信号を発生するための第２の基準信号発生手段と、前記符号化手段により圧縮符号化された画像信号と音声信号と付帯情報とからなるデータを一時記憶するための第２の記憶手段と、前記要求信号発生手段により前記要求信号が供給された場合、前記第２の記憶手段に対して前記要求信号に基づく所定量を要求して、この所定量の前記データのパケットを送信するための送信手段と、前記第２の記憶手段の記憶容量が所定の範囲の値となるよう前記第２の基準信号発生手段の発生する周波数を制御するための制御手段と、前記送信手段から前記所定量が要求されたとき、これを任意のデータ長に等分割した分割量を順次、前記第２の記憶手段に出力して前記要求信号に対しては前記送信手段から前記データを複数のパケットで送信させるための手段とを備えたことを要旨とする。

以上のように本発明によれば、受信機と送信機とをネットワークで接続し、受信機がＭＰＥＧデコーダのデータ消費量を送信機に伝達し、送信機がエンコードのデータ残量に基づいてエンコードのための基準周波数を増減させることにより、送信機のエンコードと受信機のデコードとが同期する。

このため、画像と音声と付帯情報をネットワークを介して長時間にわたり安定した状態で伝送するローコストな装置を実現することができる。

また、本発明によれば、受信機と送信機とをネットワークで接続し、受信機がＭＰＥＧデコーダのデータ消費量を送信機に伝達し、送信機の送信データバッファの分割手段がエンコードの処理能力に基づいて、この受信機から要求されたデータ消費量を分割して、この分割量で順次、送信機に送出させる。

このため、受信機からの要求が大であっても簡単な構成で画像と音声と付帯情報をネットワークを介して長時間にわたり安定した状態で伝送するローコストな装置を実現することができる。

＜実施の形態１＞
本実施の形態１は、画像信号と音声信号と付帯情報をネットワーク（ＬＡＮ３）を介して長時間安定して送受信することを可能とするもので、受信機４０のＭＰＥＧデコーダ１６ａのデータの消費量を送信機３０に送信し、送信機３０のＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣを制御することにより送信機３０からの受信機４０に対してのデータの送出量を追従させることで、アンダーフロー、オーバーフローを生じさせないようにしている。

図１は本実施の形態１のデータ伝送システムの概略構成図である。図１に示すように、送信機３０と受信機４０とをＬＡＮ３で接続している。

送信機３０は、ビデオデコーダ５と、Ａ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７と、ＭＰＥＧエンコーダ８と、Ａ／Ｄコンバータ９と、ＰＬＬ部１０と、送信機のインターフェース部１１（ＵＤＰ／ＩＰでもよい）と、データ残量検出部３２と、高域減衰器３３ａと、平均値演算機３３ｂと、Ｄ／Ａコンバータ３４と、ＬＰＦ３５と、ＶＣＸＯ３６等を備えている。

また、受信機４０は、受信機側のインターフェース部１５ａと、ＭＰＥＧデコーダ１６ａと、図１２と同様な受信機側の基準信号発生部１７と、ＰＬＬ部２１と、Ｄ／Ａコンバータ１８、２０とを備えている。

（送信機の各部構成）
ビデオデコーダ５は、ビデオ信号（ＮＴＳＣ方式等）を入力して、副搬送波色信号を色差信号に変換し、輝度信号と共にＡ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７に出力する。

Ａ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７は、ビデオデコーダ５からの輝度信号及び色差信号をデジタル変換して、ＭＰＥＧエンコーダ８への基準周波数信号ＳＴＣと、入力するビデオ信号と同期をとってＭＰＥＧエンコーダ８に出力（以下ビデオデータという）する。

すなわち、前述のフレームシンクロナイザー機能は、ビデオデコーダ５からのビデオ信号が例えばＶＨＳ再生信号の如くフレーム周波数が非標準な周波数であったり、ジッターを含んでいる信号であったりする場合に、フレームメモリ（図示せず）を含む処理にて標準的なフレーム周波数に補正し、かつジッターを除去してＭＰＥＧエンコーダ８の規格に適した信号を得るものである。前述のＡ／Ｄ変換のサンプル周波数は、ＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣ（２７ＭＨｚ；ＶＣＸＯ３６）に基づく出力信号（クロックともいう）である。

Ａ／Ｄコンバータ９は、オーディオ信号をデジタル変換してＭＰＥＧエンコーダ８に出力する。ここで、オーディオ信号のＡ／Ｄコンバータ９のサンプリング周波数は、同じ２７ＭＨｚから専用のＰＬＬ１０で発生させた例えば、４４．１ＫＨｚの整数倍の周波数である。

ＭＰＥＧエンコーダ８は、Ａ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７からのビデオデータとオーディオデータとをＶＣＸＯ３６の基準周波数信号ＳＴＣで圧縮符号化して、付帯情報を付加したプログラムストリームＰＳ（オーディオデータとビデオデータとが多重）を生成し、生成したプログラムストリームＰＳのデータ量がある単位量、例えば２５６キロバイトの圧縮データが生成された時刻に、このデータＤｉを後段の送信データバッファ３１に出力する。

送信データバッファ３１は、ＭＰＥＧエンコーダ８からのデータＤｉを蓄積して、送信機のインターフェース部１１からの送信要求（要求するデータ量を含む）に基づいて、このデータＤｉを順次、送信する。

送信機３０のインターフェース部１１は、送信データバッファ３１からのデータが供給されると、これをＬＡＮ３上のパケット往来の頻度に適したデータ長に分割してＴＣＰヘッダ（ＵＤＰの場合はＵＤＰヘッダ）、ＩＰヘッダを付加したパケットにする。そして、接続の確立した受信機（単にノードともいう）又は任意の受信機を特定してＬＡＮ３上に送出する。

データ量残量検出器３２は、送信データバッファ３１を監視し、送信データバッファ３２のデータＤｉの残量ｄｉ（バイト量）を検出する。例えば、前回のデータ残量ｄ_ｉ−１と今回のデータ残量ｄｉとの差を求め、この差から増減の度合Ｑｉ（増加又は減少を示す符号と、その量ｋｉとからなる）を判定する。

この度合Ｑｉが増加を示していることを示す場合は、送信機３０の基準周波数信号ＳＴＣを減少させるための基準周波数制御信号を、量ｋｉ（前回と今回のデータ残量ｄｉの差量ｋｉ）に基づいて生成する。

高域減衰器３３ａ及び平均値演算器３３ｂは、高域減衰器３３ａがデータ量残量検出器３２の検出結果の時間軸変動の比較的高域をジッタとして除去し、平均値演算器３３ｂは異常な検出値を除去して、Ｄ／Ａコンバータ３４、ＬＰＦ３５を介してＶＣＸＯ３６（２７ＭＨｚ）に負帰還させる。

すなわち、送信データバッファ３１のデータ残量ｄｉは、高域のジッタが除去され、かつ異常な検出値がのぞかれて、ＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣ（２７ＭＨｚ）を発生するＶＣＸＯ３６にフィードバックされることになる。

（受信機の構成）
受信機４０のＴＣＰ／ＩＰインターフェース部１５ａ（以下受信機のインターフェース部：ＵＤＰ／ＩＰでもよい）は、接続されたＬＡＮ３上を往来するパケットから、接続の確立した送信機又は任意の送信機３０より発生され受信機自身に宛先を特定されたパケットを選択し、このパケットからペイロードであるＭＰＥＧ−ＰＳを分離してＭＰＥＧデコーダ１６ａに供給する。また、ＵＤＰ／ＩＰインターフェースの場合は、所定のパケットを選択格納した後に、パケットからペイロードであるＭＰＥＧ−ＰＳを取り出して、受信機のＭＰＥＧデコーダ１６ａに供給する。さらに、ＭＰＥＧデコーダ１６ａからの送信要求（データ量を含む）をパケットにして送信機３０に送信する。

ＭＰＥＧデコーダ１６ａは、２７ＭＨｚの固定周波数発信器である基準信号発生部１７（ＸＯ１７）からのクロック（受信機の基準周波数信号ＳＴＣ）によってデコード動作し、受信側のインターフェース部１５ａから出力される送信機からのデータＤｉをバッファ（図示せず）に保存し、一定量が保存される毎に、圧縮符号化されたビデオデータとオーディオデータとを分離し、それぞれ伸張復号して、Ｄ／Ａコンバータ１８に出力すると共に、伸張復号処理毎に、ほしい量（一定量、例えば２５６ｋＢｙｔｅ）を判断して、これを受信機のインターフェース部１５、ＬＡＮ３を介して送信機３０に送信させる。

Ｄ／Ａコンバータ１８は、ＭＰＥＧデコーダ１６ａからのビデオデータをアナログに変換してビデオデコーダ１９を介して外部装置（図示せず）に出力する。

Ｄ／Ａコンバータ２０は、ＭＰＥＧデコーダ１６ａからのオーディオデータをＰＬＬ２１からの基準信号（４４．１ＫＨｚ）に基づいて、オーディオデータをアナログに変換して、外部装置（図示せず）に出力する。

（動作説明）
上記のように構成された実施の形態１のシステムについて以下に動作を説明する。

送信機３０に供給されたビデオ信号（ＮＴＳＣ方式等）はビデオデコーダ５に入力し、このビデオデコーダ５によって副搬送波色信号が色差信号に変換されて、輝度信号と共にＡ／Ｄ変換付きフレームシンクロナイザー７に出力される。

そして、Ａ／Ｄ変換付きフレームシンクロナイザー７で、ＶＣＯＸ３６からの基準周波数信号ＳＴＣ（２７ＭＨｚ）に基づいてＡ／Ｄ変換される。

また、オーディオ信号は、Ａ／Ｄコンバータ９によってデジタル変換されてＭＰＥＧエンコーダ８に入力する。

次に、ＭＰＥＧエンコーダ８は、これらのデジタル化されたビデオ信号とオーディオ信号を圧縮符号化してプログラムストリームＰＳを生成し、生成したデータがある単位量、例えば２５６キロバイトのデータ量が生成される毎に、このデータＤｉを送信データバッファ３１に、順次供給すると共に、書き込み要求を送信データバッファ３１に供給する。

この送信データバッファ３１の構成を図２を用いて説明する。送信データバッファ３１は、図２に示すように、書き込みデータ入力ポート（Ｄｉｎ、ｗｒｉｔｅ）と、読み出しデータポート（Ｄｏｕｔ、ｒｅａｄ）の２ポートを有するメモリであるが、必ずしもハードウェアとして２ポートを備えるメモリでなくともよい。例えば、ＣＰＵによって制御されたＤＲＡＭでもって書き込みと読み出しが非同期に行えるものなど機能的に同一のものであればよい。

この送信データバッファ３１は、一定時間当たりのプログラムストリームＰＳ、後述する送信データの読み出し要求によって、ある単位量、例えば２５６キロバイト毎に読み出して、送信機のインターフェース部１１に送出する。送信機のインターフェース部１１は、送信データバッファ３１から前述の単位量（２５６ｋＢｙｔｅ）のデータＤｉが送出されると、このデータＤｉをＬＡＮ３上のパケット往来の頻度に適したデータ長に分割してＴＣＰヘッダを付加するか、又は任意のデータ長に分割してＵＤＰヘッダを付加し、接続の確立した受信機又は任意の受信機を特定してＬＡＮ３上に送出する。

一方、受信機のインターフェース部１５ａは、接続されたＬＡＮ上に往来するパケットから、接続の確立した送信機又は任意の送信機より発生された、受信機自身に宛先を特定されたパケットを選択し、このパケットよりデータＤｉを分離して、受信機のＭＰＥＧデコーダ１６ａに送出する。

ＭＰＥＧデコーダ１６ａは、受信機の基準周波数信号ＳＴＣとなる固定周波数発信器である基準信号発生部１７（ＸＯ１７）のクロック（２７ＭＨｚ）によって動作し、供給されたデータＤｉである圧縮符号化されたビデオ信号とオーディオ信号とを分離して、各々を伸張復号し、Ｄ／Ａコンバータ１８、２０によりアナログ変換して、ビデオエンコーダ１９を介して受信機より外部に出力する。

このビデオエンコーダ１９は、色差信号を副搬送波色信号に変換する乗算器である。ただし、デジタルデータの乗算器であればＤ／Ａコンバータ１８とＭＰＥＧデコーダ１６ａとの間に設けてもよい。

上記のパケット（画像音声信号を含む）の他に、付帯情報を送信機３０から受信機４０に伝送することも可能であり、例えば画像のアスペクト比やオーディオのチャンネル数等を送信機のＭＰＥＧエンコーダ８が設定し、かつ受信機のＭＰＥＧデコーダ１６ａが必要とする情報はＰＳ中の所定の格納位置に入れてデータＤｉとして伝送してもよい。

又は、画像音声信号の制作年月日などの付帯情報を送信機の外部より送信機のＭＰＥＧエンコーダ８に供給してＰＳのユーザエリアに類する位置に格納し、受信機４０に伝送してもよい。

ここで、受信機のＭＰＥＧデコーダ１６ａはバッファのある単位量のデータ、例えば２５６ｋＢｙｔｅのデータを復号してバッファから消費すると、引き続きデータの要求を受信機のインターフェース部１５ａを介して送信機３０に送出する。

ここで、送信データバッファ３１に残留するデータ残量ｄｉの時間変化を図３に示す。図３はエンコードとデコードが釣り合っている状態である。

図３において、時刻ｔｗ１〜ｔｗ３は、ＭＰＥＧエンコーダ８がデータ書込要求を発生して、プログラムストリームＰＳが送信データバッファ３１に書き込まれる時刻を示す。

また、ｔｒ１〜ｔｒ３は、受信機のＭＰＥＧデコーダ１６ａからのデータ読出要求によって、プログラムストリームＰＳのデータＤｉが読み出される時刻である。

図３においては、送信データバッファ３１のプログラムストリームＰＳのデータ残量ｄｉがｘｋＢｙｔｅの時に、送信データバッファ３１に時刻ｔｗ１、ｔｗ２、ｔｗ３でプログラムストリームＰＳのデータＤｉが書き込まれ、データ残量ｄｉがｘ＋ｎｋＢｙｔｅになって時刻ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３で受信機４０からのデータ読み出し要求によって読み込まれるて再びｘｋＢｙｔｅの残量となっている。すなわち、エンコードのデータ量とデコードのデータ量とが釣り合っている場合は、読み出しと書き込みのタイミングで、ｎｋＢｙｔｅのデータ量で往復する。

従って、送信データバッファ内のデータ残量を長時間安定させてオーバーフローまたはアンダーフロー回避のためには、データの生成量と消費量の単位を同一にするとともに、それらの時間あたりの量を決定する送受信機各々のＭＰＥＧエンコーダ、デコーダが用いる基準周波数信号ＳＴＣの２７ＭＨｚを同期させればよい。

例えば、基準周波数信号ＳＴＣの周期がとれていない場合の例を図４と図５に示す（受信機からの読み出しが速い）。

受信機４０の基準信号発生部（ＸＯ１７）からの受信機の基準周波数信号ＳＴＣが送信機３０のＶＣＸＯ３６の受信機の基準周波数信号ＳＴＣより高い周波数であった場合、図４に示すごとくデータ書き込み発生からデータ読み出しへ至る時間（ｔｗ１からｔｒ１、ｔｗ２からｔｒ２、ｔｗ３からｔｒ３）が減少し、ついには図５に示すごとくデータ書き込み発生以前に、データ読み出しが発生して送信データバッファ３１内のデータ残量ｄｉが１単位量減少（ｎｋＢｙｔｅ）し、この減少が繰り返されれば、いずれはアンダーフローへと至る。

仮に、それぞれの基準周波数信号ＳＴＣの周波数差が、ＭＰＥＧ規格の許容限界である２７ＭＨｚ±３０ｐｐｍに相当する６０ｐｐｍであった場合は、ＭＰＥＧデコーダで復号して発生させたビデオ信号のフレーム周期は、ＭＰＥＧエンコーダ８で決定するそれよりも約２マイクロ秒短くなり、３０フレーム／秒であるならば、９．２６秒後には１フレームに相当するずれに至る。

アンダーフローに達する時刻は、この基準周波数信号ＳＴＣの周波数差とＭＰＥＧデコーダ１６ａが内蔵のバッファ量とストリームの伝送レートによって決定するが、内蔵バッファが有限であるので、それぞれの基準周波数信号ＳＴＣの周波数差が有る限りはアンダーフローが避けられない。

こうしたフローの障害を解決するため、本実施の形態では図１に示す如く送信機３０に送信データバッファ３１と、データ残量検出器３２と、検出結果の時間軸変動の比較的高域をジッタとして除去する高域減衰器３３ａと異常な検出値を排除する平均値演算器３３ｂと、ＬＰＦ３５とを設けて、送信データバッファ３１のデータ残量ｄｉの結果を、ＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣを発生するＶＣＸＯ３６（２７ＭＨｚ）に負帰還を施す。

例えば、データ残量が減少するときは前述の如く送信機の基準周波数信号ＳＴＣが受信機の基準周波数信号ＳＴＣに比較して低いときなので、ＶＣＸＯ３６（２７ＭＨｚ）からの基準周波数信号ＳＴＣの周波数が増加するようにＤＡコンバータ３４から制御電圧（電圧を高くする）を発生させる。

すなわち、送信機３０のデータ残量検出器３２は、安定して送信データバッファ３１を監視できる時刻は、図３で示すところのｔｗであるので、ＭＰＥＧエンコーダ８からプログラムストリームＰＳのデータＤｉが送信データバッファ３１に書き込まれる度に、送信データバッファ３１のデータ残量ｄｉを検出し、前回のデータ残量を減算する。

そして、この減算結果が正ならばＭＰＥＧエンコーダ８からのデータＤｉのデータ残量ｄｉは増加なのでＶＣＸＯ３６からの基準周波数を低くするための周波数制御信号を生成して、ＶＣＯＸ３６へのＰＬＬ３５からの制御電圧を低くする。

また、負ならばデータ残量ｄｉが減少であるので、ＶＣＯＸ３６へのＰＬＬ３５からの制御電圧を高くする基準周波数制御信号を送出する。即ち検出値減算結果を反転してＶＣＸＯ３６に伝達すれば、バッファのオーバーフローとアンダーフローなくデータ伝送が出来る。

ここで、受信機４０から発生されるデータ送信要求、即ち送信データバッファ３１へのデータ読み出し信号は、ＬＡＮ３経由で伝送されるために遅延時間が一定しないときがあり、図３で示すところの時刻ｔｒと次のｔｒとの間隔が増減する場合がある。

このとき前述の送信データバッファ３１内のデータ残量ｄｉの検出値が誤差を含みＶＣＸＯ３６の周波数にジッタが生じるため、例えば数ミリヘルツ以上の周波数を減衰させる高域減衰器３３ａを設けてジッタの影響を排除している。また、前々回もしくはそれ以上前の検出値を蓄積しておき、それらとの平均値で減算処理をする、もしくは減算値を同様に蓄積しておきそれの平均値を減算結果とする平均値演算回路３３ｂを設けることで検出値の異常値を排除して安定なＶＣＸＯ３６の制御を得ることができるようにしている。

これらによって、ＳＴＣの送受信機間の差が無くなり、送信データバッファ３１の残量が長時間安定することによってデータのフロー障害の発生が解消できる。つまり、安定したＳＴＣ再生が可能である。

＜実施の形態２＞
図６は本実施の形態２のシステムの概略構成図である。図６に示すように、本実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様な受信機４０と、本実施の形態２の送信データバッファ５１を有する送信機５０とをＬＡＮ３で接続したものである。

送信機５０は、上記実施の形態１と同様なビデオデコーダ５と、Ａ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー７と、ＭＰＥＧエンコーダ８と、Ａ／Ｄコンバータ９と、ＰＬＬ部１０と、送信機のインターフェース部１１（ＵＤＰ／ＩＰでもよい）と、データ残量検出部３２と、高域減衰機３３ａと、平均値演算機３３ｂと、Ｄ／Ａコンバータ３４と、ＶＣＸＯ３６等を備えていると共に、本実施の形態２では判定器５３を有する送信データバッファ５１を有する。

この送信データバッファ５１は、図７に示すように、書き込みデータ入力ポート（Ｄｉｎ、ｗｒｉｔｅ）と、読み出しデータポート（Ｄｏｕｔ、ｒｅａｄ）の２ポートを有するメモリ５４（ＲＡＭ）と判定器５３とを有している。

判定器５３は、受信機側から送出される読み出し要求がある毎に、読み出しデータ量を判定し、この読み出しデータ量から一回当たりの読み出しに対してのデータＤｉの送出回数を判定し、この判定結果の回数分をメモリ５４から受信機４０側に送出させる。

また、受信機４０は、上記図１と同様な受信機側のＴＣＰ／ＩＰインターフェース１５ａ（ＵＤＰ／ＩＰであってもよい）と、ＭＰＥＧデコーダ１６ａと、ＸＯ１７（２７ＭＨｚ）と、Ｄ／Ａコンバータ１８、２０と、ＰＬＬ２１と、ビデオエンコーダ１９等とを備えて、送信機５０からのパケットからデータを分離し、画像と音声と付帯情報とを復号伸張しながら、復号伸張でのデータ量が一定量に到達すると、パケットの伝送要求を送信機に送出する。

上記のように構成された実施の形態２のシステムについて説明する。

送信機５０に供給されたビデオ信号（ＮＴＳＣ方式等）はビデオデコーダ５に入力し、このビデオデコーダ５によって副搬送波色信号が色差信号に変換されて、輝度信号と共にＡ／Ｄ変換付きフレームシンクロナイザー７に出力される。

そして、Ａ／Ｄ変換付きフレームシンクロナイザー７で、ＶＣＯＸ３６からの基準周波数信号ＳＴＣ（２７ＭＨｚ）に基づいてＡ／Ｄ変換される。

また、オーディオ信号は、Ａ／Ｄコンバータ９によってデジタル変換されてＭＰＥＧエンコーダ８に入力する。

次に、ＭＰＥＧエンコーダ８は、これらのデジタル化されたビデオ信号とオーディオ信号を圧縮符号化してプログラムストリームＰＳを生成し、生成したデータがある単位量、例えば２５６キロバイトのデータ量が生成される毎に、このデータ（ＰＳ）を送信データバッファ５１に、順次供給している。

そして、送信機のインターフェース部１１が受信機４０から読み出し要求を送信データバッファ５１に送出すると、判定器５３がＭＰＥＧエンコーダ８からの書込要求が示す書込データ量ｎを読み込み、予め設定された一回の読み出し量ｄを元に、読み出し回数ｍを求める。本実施の形態では、
読み出し回数ｍ＝ｎ／ｄ
として求める。

例えば、受信機４０からの送信データ読出要求のデータ要求量が例えば２５６キロバイトで、書込データ量ｎが２キロバイトのときには、２キロバイトを１２８回、送出すると判定する。

また、判定器５３は、送信機５０のＭＰＥＧエンコーダ８からの書込データ量ｎが、前述の１回の読み出し量ｄの整数倍ではないときは、ｄ＊ｍの値がｎ以上で、もっとも少ない整数をｍと判定する。つまり、１２８回、２ｋＢｙｔｅのデータをメモリ５４から送出させる。

従って、図８に示すように、ｔｗ１、ｔｗ２、ｔｗ３のタイミングでＭＰＥＧエンコーダ８のデータＤｉを送信データバッファ５１に書き込むときに、ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３の時刻で受信機４０から読み出し要求（２５６ｋＢｙｔｅの要求）があると、判定器５３が前述のように、２ｋＢｙｔｅを１２８回に分割して出力させると判定し、１２８回分だけ２ｋＢｙｔｅをメモリ５４のリードに出力するので、図８に示すように、ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３の読み出し要求に伴って２ｋＢｙｔｅのデータを順次、出力する（図８においては、傾斜部である）。

また、図９に示すように、受信機の基準周波数信号ＳＴＣの周波数が送信機の基準周波数信号ＳＴＣの周波数より速いときは、ｔｗ１とｔｒ１、ｔｗ２とｔｒ２、ｔｗ３とｔｒ３との間隔は短くなる。

このようなタイミングでも判定器５３が、ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３の時刻で受信機４０から読み出し要求（２５６ｋＢｙｔｅの要求）があると、判定器５３が前述のように、２ｋＢｙｔｅを１２８回に分割して出力させると判定し、１２８回分だけ２ｋＢｙｔｅを、メモリ５４のリードに出力するので、図８に示すように、ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３の読み出し要求に伴って２ｋＢｙｔｅのデータを順次、出力する（図８においては、傾斜部である）。

そして、さらに、受信機の基準周波数信号ＳＴＣの周波数が送信機の基準周波数信号ＳＴＣの周波数より速いときは、図９に示すように、ｔｗ３より以前にｔｒ３が入力することになる。

しかしながら、判定器５３が前述のように、
読み出し回数ｍ＝ｎ／ｄ
と判定し、ｄをｍ回、メモリ５４から出力させることになるので、図１０に示すように、ｔｒ１では、ｘ＋ｎｋｂｙｔｅとｘｋＢｙｔｅの差を２ｋＢｙｔｅの間隔で順次読み出す（図１０の傾斜部）。次に、ｔｗ２の前にｔｒ２が入ると、ｎｋＢｙｔｅ分がないので、ｘｋＢｙｔｅからｔｒ２からｔｗ３との間で一定量ｄを読み出す（例えば２ｋＢｙｔｅ）。

そして、ｔｗ２が入ると、ｘ−ａｋＢｙｔｅからのｎｋＢｙｔｅを書き込む。つまり、残量はｘ＋ｎ−ａｋＢｙｔｅである。

また、さらに速くｔｗ３の前にｔｒ３が入ると、ｎｋＢｙｔｅ分がないので、ｔｒ３のタイミングでｘｋＢｙｔｅからｔｒ３とｔｗ３との間でｄ分を順次読み出していく（傾斜部）。これがｔｒ３からｔｗ３まで読み込んだ量がｂであった場合は、ｔｗ３でｘ−ｂｋＢｙｔｅからｎｋＢｙｔｅが書き込まれる。つまり、ｔｗ３での書き込み量は、ｘ＋ｎ−ｂｋＢｙｔｅとなる。

ここで、判定器５３の処理を図１１のフローチャートを用いて説明を補充する。図１１に示すように判定器５３は、受信機側からデータの読み出し要求があるかどうかを判定する（Ｓ１）。

ステップＳ１でデータの読み出し要求があると判定したときは、要求量を読み（Ｓ２）、この要求量を上記式に基づく読み出し回数を求める（Ｓ３）。

次に、予め設定されている一定の読み出し量ｄを読み込み、これをメモリ５４に出力する（Ｓ４）。次に、読み出し量ｄの出力に伴って、出力回数をカウントし（Ｓ５）、カウント数ｒｉ＝ｍになったとかどうかを判定する（Ｓ６）。ステップＳ６において、カウント数ｒｉがｍに到達していない場合は処理をステップＳ４に戻す。

そして、ステップＳ６において、カウント数ｒｉがｍに到達した場合は、終了かどうかを判断し（Ｓ７）、終了でないときは処理をステップＳ１に戻す。

一方、データ残量検出器３２と、検出結果の時間軸変動の比較的高域をジッタとして除去する高域減衰器３３ａと異常な検出値を排除する平均値演算器３３ｂと、ＬＰＦ３５とを設けて、データ残量の結果を、ＭＰＥＧエンコーダ８の基準周波数信号ＳＴＣを発生する２７ＭＨｚのＶＣＸＯ３６（２７ＭＨｚ）に負帰還を施す。

例えば、データ残量が減少するときは前述の如く送信機の基準周波数信号ＳＴＣが受信機の基準周波数信号ＳＴＣに比較して低いときなので、ＶＣＸＯ３６（２７ＭＨｚ）からの基準周波数信号の周波数が増加するようにＤＡコンバータ３４から制御電圧（電圧を高くする）を発生させる。

すなわち、データ残量検出器３２は、ＭＰＥＧエンコーダ８からプログラムストリームＰＳのデータＤｉが送信データバッファ５１に書き込まれる度に、データ残量ｄｉを検出し、前回のデータ残量を減算する。

ここで、実施の形態２は、検出しうるデータ残量の変化の単位量はｄであり、実施の形態１の同単位量（＝ｎ）よりも小であるため検出の精度が向上し、ＳＴＣの追従動作を速くすることができる。

そして、この減算結果が正ならばＭＰＥＧエンコーダ８のデータ残量は増加なのでＶＣＸＯ３６からの基準周波数が低くするための周波数制御信号を生成して、ＶＣＯＸ３６へのＰＬＬ３５からの制御電圧を低くする。

また、負ならばデータ残量が減少であるので、ＶＣＯＸ３６へのＰＬＬ３５からの制御電圧を高くする基準周波数制御信号を送出する。即ち検出値減算結果を反転してＶＣＸＯに伝達すれば、送信データバッファ５１のオーバーフローとアンダーフローなくデータ伝送が出来る。

なお、上記実施の形態１、２では、ハードウェア装置によって実現しているが、処理が同じであればソフトウェアによる処理も実現できる。例えばＭＰＥＧデコード処理はコストに有利な既製のデコーダチップとしたが、所謂パーソナルコンピュータの上のソフトウェアＭＰＥＧデコーダでもよい。

本実施の形態１の圧縮データ伝送システムの概略構成図である。 送信データバッファの構成図である。 エンコーダとデコーダとが釣り合っているときの読み出しと書き込みを説明する説明図である。 デコーダの読み出しが速い場合の読み出しと書き込みを説明する説明図である。 デコーダの読み出しがより速い場合の読み出しと書き込みを説明する説明図である。 実施の形態２のデータ伝送システムの概略構成図である。 実施の形態２の送信データバッファの概略構成図である。 実施の形態２のエンコーダとデコーダとの読み出しと書き込みを説明する説明図である。 実施の形態２のエンコーダとデコーダとの読み出しと書き込みを説明する説明図である。 実施の形態２のエンコーダとデコーダとの読み出しと書き込みを説明する説明図である。 実施の形態２の判定器の動作を説明するフローチャートである。 従来の送受信システムの概略構成図である。

符号の説明

５ ビデオデコーダ
７ Ａ／Ｄ付きフレームシンクロナイザー
８ ＭＰＥＧエンコーダ
９ Ａ／Ｄコンバータ
１０ ＰＬＬ部
１１ 送信機のＴＣＰ／ＩＰインターフェース部
１６ａ ＭＰＥＧデコーダ
３０ 送信機
３２ データ残量検出部
３３ａ 高域減衰器
３３ｂ 平均値演算器
３４ Ｄ／Ａコンバータ
３６ ＶＣＸＯ
４０ 受信機

Claims (2)

1. 画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化した後、パケット化し、ネットワークを介して接続された送信機と受信機との間で伝送を行うデータ伝送システムであって、
   前記受信機は、
   前記パケットを受信し、該パケットから前記圧縮された画像信号と音声情報と付帯情報と分離するための分離手段と、
   前記分離手段により分離された画像信号と音声信号と付帯情報とを一時記憶するための第１の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段より所定量の画像信号と音声信号と付帯情報とを読み出し、復号伸張するための復号手段と、
   前記復号手段が復号伸張するために一定周波数信号を発生するための第１の基準信号発生手段と、
   前記第１の記憶手段の記憶容量が所定の値より小となった場合、前記送信機に前記パケットを送信させるよう要求信号を発生する要求信号発生手段と、
   を備え、
   前記送信機は、
   前記画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化するための符号化手段と、
   前記符号化手段が圧縮符号化するために可変周波数信号を発生するための第２の基準信号発生手段と、
   前記符号化手段により圧縮符号化された画像信号と音声信号と付帯情報とを一時記憶するための第２の記憶手段と、
   前記要求信号発生手段により、前記要求信号が供給された場合、前記第２の記憶手段より所定量のパケットを送信するための送信手段と、
   前記第２の記憶手段の記憶容量が所定の範囲の値となるよう前記第２の基準信号発生手段の発生する周波数を制御するための制御手段と、
   を有することを特徴とするデータ伝送システム。
2. 画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化した後、パケット化し、ネットワークを介して接続された送信機と受信機との間で伝送を行うデータ伝送システムであって、
   前記受信機は、
   前記パケットを受信し、該パケットから前記圧縮された画像信号と音声情報と付帯情報と分離するための分離手段と、
   前記分離手段により分離された画像信号と音声信号と付帯情報とを一時記憶するための第１の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段より所定量の画像信号と音声信号と付帯情報とを読み出し、復号伸張するための復号手段と、
   前記復号手段が復号伸張するために一定周波数信号を発生するための第１の基準信号発生手段と、
   前記第１の記憶手段の記憶容量が所定の値より小となった場合、前記送信機に前記パケットを送信させるよう要求信号を発生する要求信号発生手段と、
   を備え、
   前記送信機は、
   前記画像信号と音声信号と付帯情報とを圧縮符号化するための符号化手段と、
   前記符号化手段が圧縮符号化するために可変周波数信号を発生するための第２の基準信号発生手段と、
   前記符号化手段により圧縮符号化された画像信号と音声信号と付帯情報とからなるデータを一時記憶するための第２の記憶手段と、
   前記要求信号発生手段により前記要求信号が供給された場合、前記第２の記憶手段に対して前記要求信号に基づく所定量を要求して、この所定量の前記データのパケットを送信するための送信手段と、
   前記第２の記憶手段の記憶容量が所定の範囲の値となるよう前記第２の基準信号発生手段の発生する周波数を制御するための制御手段と、
   前記送信手段から前記所定量が要求されたとき、これを任意のデータ長に等分割した分割量を順次、前記第２の記憶手段に出力して前記要求信号に対しては前記送信手段から前記データを複数のパケットで送信させるための手段と、
   を有することを特徴とするデータ伝送システム。
   

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