JP4709770B2 - デジタルマルチメディアの無線伝送方法及びシステム - Google Patents

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Description

本発明は、マルチメディア無線表示システムに関する。
デジタルビデオデータは、ソース機器、例えばコンピュータから表示装置、例えばビデオモニタに、デジタルビジュアルインタフェース(Digital Visual Interface:以下、DVIという。)として知られているプロトコルを用いて伝送することができる。DVIは、主としてコンピュータ用に開発されたものであり、オーディオデータの処理を想定していない。
このため、例えば、デジタル映画等を再生するためにオーディオデータを含むデジタルマルチメディアデータにも対応できるように通信プロトコルを拡張するために、高精細度マルチメディアインタフェース(High Definition Multimedia Interface:HDMI)と呼ばれるプロトコルが開発された。HDMIは、ビデオデータだけではなく、オーディオデータの使用も想定する点、及びテレビジョン関連の解像度を処理する点を除けば、DVIと同様である。DVI及びHDMIは、いずれも、有線伝送を意図し、更に、HDMIは、広帯域デジタルコンテンツ保護(High-Bandwidth Digital Content Protection:HDCP)として知られる暗号化法を用いるデジタルマルチメディアデータの暗号化を許可している。また、DVIは、任意の特性として、HDCPをサポートする。
ところで、テーブル上の空間を確保し、室内における人の移動を容易にするとともに視界を広げるためには、最少限の配線を使って、表示装置上でマルチメディアを観られるようにすることが望ましい。特に、電源線は天井裏や壁の中を通っているが、データ伝送用の配線は、多くの場合、天井裏や壁の中を通っていないので、例えば、プロジェクタは天井に取り付け、プラズマディスプレイ又は液晶高精細度(HD)テレビジョン表示装置は壁に取り付け、邪魔になる配線をなくし、表示用のマルチメディアデータを受信できるようにすることが望ましい。
なお、本発明がただの無線伝送システムではないことは、明らかである。具体的には、例えば、伸長された高精細度(HD)ビデオ等、圧縮又は伸長されたマルチメディアデータを搬送するには帯域幅が十分ではないIEEE802.11(b)等の無線リンクを用いる場合、圧縮されたマルチメディア標準精細度(SD)ビデオデータを送信しなくてはならないことがあり、この場合、プロジェクタ側では、比較的高価な伸長モジュールが必要になる。幾つかの無線リンク、例えばIEEE802.11(a)の帯域幅は、圧縮HDビデオを搬送するには十分であるが、非圧縮のSD又はHDビデオを搬送するには不十分である。また、IEEE802.11(a)では、その無線リンクの距離が十分に長く(部屋を越えており)、送信装置であるラップトップコンピュータがある部屋の隣の部屋で検出することができるので、著作権保護が必要とされる場合がある。このことを考慮し、本発明では、非圧縮マルチメディア、特にHDビデオとして知られている予想以上に膨大なジャンルの非圧縮マルチメディアの短距離無線通信に特に適した非常に短距離で、好ましくは指向性があり、広帯域の無線リンクの必要性に注目する。
如何なる場合でも、上述したように、HDMI規格及びDVI規格では、無線伝送を想定していない。オーディオ及びビデオデータの無線短距離伝送を実現するために、HDCP−暗号化HDMIを処理し、処理されたデータを送信し、無線伝送路の他端でこれを受信した後、HDMIディスプレイ装置に送信するように無線コンポーネントを変更するには、更なるHDMI送信機及び受信機を使用する必要がある。このために、追加されるコンポーネント及びHDMIコンポーネントについて、更なる鍵のライセンス等が必要となり、DVIコンポーネントより高価となる場合がある。また、HDMIの無線コンポーネントは、HDCPを平文化し、データを送信し、受信側でデータを再暗号化するため、このデータは、伝送路の一部では「クリア」であり、したがって、不正に傍受されやすい。
本発明に係るデータ伝送システムは、マルチメディアデータのソース機器と、ソース機器からマルチメディアデータを受信する第1の高精細度マルチメディアインタフェースコンポーネントとを備える。更に、データ伝送システムは、第1のHDMIコンポーネントから、広帯域デジタルコンテンツ保護(High-Bandwidth Digital Content Protection:HDCP)を用いて暗号化されたマルチメディアデータを少なくとも1つの有線で受信する第1のデジタルビジュアルインタフェース(Digital Visual Interface:DVI)コンポーネントを備える。第1のDVIコンポーネントは、如何なる点でもマルチメディアデータを平文化又は暗号化しないが、マルチメディアデータを分離及びデコードし、暗号化されたベースバンドマルチメディアデータを生成することができる。更に、データ伝送システムは、第1のDVIコンポーネントから、暗号化されたマルチメディアデータを受信し、暗号化されたマルチメディアデータを無線受信機に無線で送信する無線送信機を備える。第1のDVIコンポーネントからの暗号化されたマルチメディアデータは、ビデオデータストリーム内に多重化されたオーディオデータを含む。更に、データ伝送システムは、無線受信機から暗号化されたマルチメディアデータを受信する第2のDVIコンポーネントを備える。更に、データ伝送システムは、第2のHDMIコンポーネントからマルチメディアデータを少なくとも1つの有線で受信し、マルチメディアデータに基づく映像を表示する、例えばLCD又はプラズマディスプレイ装置等のマルチメディアデータの表示器を備える。
好適な実施の形態においては、マルチメディアデータの表示器は、無線送信機が設置された室内に配設される。無線送信機は、マルチメディアデータを約60GHz(ギガヘルツ)の周波数で無線で送信してもよく、マルチメディアデータは、高精細度(high definition:HD)マルチメディアデータであってもよい。オーディオデータは、ビデオデータストリームの帰線期間内に多重化してもよく、又は、クロック信号の立ち下がりエッジを用いて、ビデオデータストリーム内に多重化してもよい。
他の側面として、第1の高精細度マルチメディアインタフェース(HDMI)コンポーネントと、マルチメディアデータの表示器に接続された第2のHDMIコンポーネントとの間でオーディオデータ及びビデオデータを含むマルチメディアデータを伝送するデータ伝送システムは、第1のHDMIコンポーネントから、暗号化されたマルチメディアデータを受信する第1のデジタルビジュアルインタフェース(DVI)コンポーネントを備える。第1のDVIコンポーネントが受信するマルチメディアデータは、必要であれば、暗号化してもよい。更に、データ伝送システムは、第1のDVIコンポーネントから、暗号化されたマルチメディアデータを受信し、暗号化されたマルチメディアデータを無線受信機に無線で送信する無線送信機を備える。無線受信機は、第2のDVIコンポーネントにデータを送信する。続いて、第2のDVIコンポーネントは、第2のHDMIコンポーネントにマルチメディアデータを送信する。
他の側面として、第1のデジタル通信プロトコルに基づいてデータを処理する送信側コンポーネントと、第1のデジタル通信プロトコルに基づいてデータを処理する受信側コンポーネントとの間でオーディオデータ及びビデオデータを含むマルチメディアデータを伝送するデータ伝送システムは、第2の通信プロトコルに基づいてデータを処理する第1のコンポーネントを備える。第1のコンポーネントは、送信側コンポーネントからマルチメディアデータを受信する。無線送信機は、第1のコンポーネントからマルチメディアデータを受信し、無線受信機にマルチメディアデータを無線で送信する。また、第2のコンポーネントは、第2の通信プロトコルに基づいてデータを処理し、無線受信機からマルチメディアデータを受信する。第2のコンポーネントは、マルチメディアデータを受信側コンポーネントに送信する。
他の側面として、デジタルマルチメディアデータを伝送するデータ伝送システムは、暗号化されたマルチメディアデータを受信し、暗号化されたマルチメディアデータを平文化しないで処理するDVI手段と、ビデオデータと、ビデオデータ内に多重化されたオーディオデータを含む暗号化されたマルチメディアデータを受信し、暗号化されたマルチメディアデータを無線で送信する無線送信手段とを備える。また、データ伝送システムは、マルチメディアデータを受信する無線受信手段を備える。更に、データ伝送システムは、無線受信手段からのデータを処理する第2のDVI手段を備える。
更に他の側面として、本発明が提供する、無線伝送路を含む無線リンクを介して受信した、オーディオデータ及びビデオデータを含むデジタルマルチメディアデータを処理するモジュールは、無線受信機と同じ空間内の無線送信機から暗号化された形式のマルチメディアデータを受信する。DVIコンポーネントは、無線受信機から暗号化されたマルチメディアデータを受信し、ビデオデータに多重化されたオーディオデータを含むマルチメディアデータを、暗号化又は平文化することなく、HDMIコンポーネントに送信する。
他の側面として、データ伝送システムは、ビデオデータと、ビデオデータに多重化されたオーディオデータに、通常、DVI又はHDMIには含まれない表示のための制御データを多重化する多重化器を備えていてもよい。
本発明の詳細、その構造及び動作は、添付の図面によって明瞭に理解される。添付の図面では、同様の部分には、共通の参照番号を付している。
図1に示すシステム10は、ベースバンドマルチメディアデータ、特にオーディオを含む高精細度(HD)デジタルビデオデータのソース機器12を含む。ソース機器12は、ラップトップコンピュータ、他のマルチメディアコンピュータ又はサーバであってもよい。また、ソース機器12は、衛星放送受信機、地上波放送受信機、ケーブル放送受信機、DVDプレーヤ、又は他のマルチメディアのソース機器であってもよい。
ソース機器12は、ライン14を介して、メディア受信機16に多重化されたマルチメディアデータを送信する。メディア受信機16は、セットトップボックスであってもよく、高精細度マルチメディアインタフェース(High Definition Multimedia Interface:HDMI)送信機18を含んでいてもよい。HDMI送信機18は、HDMIプロトコルを用いて、マルチメディアデータを処理し、特に、広帯域幅デジタルコンテンツ保護(High-Bandwidth Digital Content Protection:HDCP)を用いてデータを暗号化し、マルチメディアデータについて、テレビジョン解像度、例えば、16×9のディスプレイ比をサポートする。
HDMI送信機18は、当分野で周知のHDMIの原理に基づき、ケーブル又は他の有線19で、デジタルビジュアルインタフェース(Digital Visual Interface:DVI)受信機20に、HDCP−暗号化マルチメディアデータを送信する。DVI受信機20は、本発明に基づき、DVIプロトコルを用いて受信データを処理する。HDMI送信機18は、処理の一部として、ビデオデータを多重化し、及びオーディオデータをビデオデータストリーム内に多重化する。この多重化は、ビデオの垂直帰線期間(vertical blanking interval:VBI)にオーディオデータを多重化することによって、又はクロック信号の立ち下がりエッジを用いて行ってもよく、他の手法を用いてもよい。DVI受信機20は、ビデオデータを分離すると共に、データストリーム内に多重化されたオーディオデータを通過させる。いずれの場合も、DVI受信機20は、如何なる時点でも、ストリームを平文化も再暗号化もしない。
DVI受信機20からの暗号化されたマルチメディアデータは、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)又はフィールドプログラマブルゲートアレー(FPGA)等のプロセッサ22に送信される。プロセッサ22は、無線送信機24による送信アンテナ26を介する無線伝送のためにデータを処理する。プロセッサ22は、例えば、24本の多重化ライン28として表現される24ラインのビデオ信号及び制御信号を、例えば、QPSK変調をサポートするために必要な2つの信号に再多重化する。また、表示のための更なる制御信号をビデオデータストリーム内に多重化してもよい。また、無線伝送の分野で周知の原理に基づいて、無線伝送に適するエラー訂正を行ってもよい。
いずれの場合も、暗号化されたマルチメディアデータは、無線リンク30を介して、受信機アンテナ32に無線で送信され、受信機アンテナ32は、無線受信機34にデータを供給する。本発明の原理に基づき、無線リンク30の搬送波の周波数は、リンク上の信号が部屋の外で受信できないように、十分に高くされている。また、マルチメディアデータは、コンテンツを不正にコピー(bootlegging)することが基本的には維持できない程の大量のデータを毎秒伝送するように、非圧縮データ形式で無線リンク30上を伝送してもよく、好ましくはないが、あるデータは圧縮してもよい。また、必要に応じて、マルチメディアデータを圧縮形式で伝送してもよい。無線送信機24と無線受信機34(したがって、その間の無線リンク)は、好ましくは、一定の(変化しない、単一の)周波数、約60GHzで動作し、より好ましくは、59GHz〜64GHzの範囲で動作し、また、無線リンクのデータ転送速度は、好ましくは一定であり、且つ最低でも2ギガビット/秒(2.0Gbps)である。DQPSKを使用する場合、無線リンクのデータ転送速度は、2.2Gbpsであり、このデータ転送速度は、約2.5Gbpsとすることもできる。すなわち、無線リンクの帯域幅は、一定の2.5GHzとすることができる。
このことから、無線送信機24は、好ましくは、技術的に知られている原理に基づいて符号化を行うエンコーダを備えている。符号化データは、60GHzの変調器によって約60GHzで変調され、アップコンバータによって約60GHzにアップコンバートされ、無線リンク30を介して伝送される。上述した広帯域チャンネル及び簡単な変調方式、例えばDQPSK、QPSK、BPSK又は8PSK等を用いることにより、高いデータ転送速度の簡単なビデオデータ無線伝送システムを実現することができる。例えば、DQPSKを用いた場合、シンボル転送速度の2倍のデータ転送速度を実現することができる。8PSKの場合、3.3Gbpsのデータ転送速度を実現することができる。
無線受信機34は、無線送信機24と相補的な回路であり、すなわち、ダウンコンバータと、60GHzの復調器と、デコーダとを備える。如何なる場合も、無線受信機34からのデータは受信機のプロセッサ36に供給され、受信機のプロセッサ36は、エラー訂正を行うとともに、DVI送信機38における処理に適するようにデータを再多重化する。また、プロセッサ36は、必要に応じて、表示するための如何なる制御信号をビデオデータから分離してもよい。DVI送信機38は、DVIの分野で周知の原理に基づき、暗号化されたマルチメディアデータを、平文化することなく処理し、ケーブル又は他の有線39で、HDMI受信機40にマルチメディアデータを送信する。HDMI受信機40は、DVDプレーヤ、テレビジョン又は他のプレーヤ等のメディアプレーヤ42の一部であってもよい。HDMI受信機40は、HDCPの原理に基づいてマルチメディアデータを平文化し、ビデオデータからオーディオデータを分離する。そして、マルチメディアコンテンツは、例えば陰極線管(CRT)、液晶表示パネル(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、又は薄膜トランジスタ(TFT)パネル、プロジェクタのスクリーン等のディスプレイ44に表示される。
本発明では、DVI受信機20、プロセッサ22及び無線送信機24は、シングルチップ上に構成してもよく、個別の基板上に構成してもよい。実際には、DVI受信機20、プロセッサ22及び無線送信機24は、メディア受信機16に組み込まれる。同様に、無線受信機34、プロセッサ36及びDVI送信機38は、シングルチップ上に構成してもよく、必要に応じて、メディアプレーヤ42に組み込んでもよい。いずれの場合も、メディア受信機16、メディアプレーヤ42及び各コンポーネントは、住居の壁を透過しない60GHzの好適な無線搬送周波数のために、同じ空間内に配設することが好ましい。
DVIコンポーネントは、メディア受信機16(例えば、セットトップボックス)と、メディアプレーヤ42(例えば、テレビジョン又はDVDプレーヤ)との間の通信パスの無線部分で用いられるので、この部分には、暗号鍵(又はこれに伴うライセンス)は不要である。また、マルチメディアデータは、DVIコンポーネント20、38の間に確立されるDVIコンポーネント20、38を含む無線部分では平文化されないので、調整に関する問題は全く又は殆ど生じない。
上述した動作をフローチャートとして図2に示す。まず、ブロック46において、ベースバンドのデジタルマルチメディア(オーディオを含むデジタルビデオ)データを受信し、ブロック48において、例えば、HDMI等、ビデオとオーディオの両方を目的としたデジタルプロトコルにカプセル化する。ブロック50では、例えば、HDCPの分野で周知の原理に基づき、マルチメディアデータを暗号化する。続いて、ブロック52において、ビデオだけを目的としたDVI等のプロトコルを用いてデジタル受信機に暗号化マルチメディアデータを有線で送信する。ブロック54では、例えば、ビデオデータを分離し、オーディオデータをビデオデータ内に暗号化されたまま残すことによってマルチメディアデータを処理する。この時点では、マルチメディアデータは、平文化されない。
ブロック56では、好ましくは、60GHzの搬送周波数を用いて、同じ部屋内のプレーヤにマルチメディアデータを無線で送信する。ブロック58において、マルチメディアデータを無線で受信及び処理し、ブロック60において、例えば、ビデオだけを目的としたプロトコルを用いて、ビデオデータを平文化しないで再多重化する送信機(例えば、DVI送信機)にマルチメディアデータを供給する。ブロック62では、暗号化された形式のままのビデオデータをHDMI受信機等の受信機に有線で供給し、この受信機は、オーディオ及びビデオの両方を目的としたプロトコルを用いて、オーディオデータをビデオから分離し、マルチメディアデータを平文化する。そして、出力を表す平行四辺形のブロック64において、マルチメディアストリームを表示する。
以上、本発明に基づく、デジタルマルチメディアの無線伝送方法及びシステムについて、詳細に説明したが、ここに説明した具体例は、本発明の好ましい実施の形態及び本発明によって意図される広範な手段を代表するものであり、本発明の範囲は、他の具体例をも包含することは当業者にとって明らかであり、したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ制限される。特許請求の範囲において、単数で記載される構成要素は、明確な記載がない限り「単一のみ」を意味するのではなく、「1以上」を意味する。上述の好ましい実施形態の構成要素の構造上及び機能上の同等物で、当業者にとって知られているもの又は後に知られることになるものについては、ここで参照することにより明示的に援用し、本願の特許請求の範囲に含まれるものとする。また、装置又は方法を本願の特許請求の範囲に含めるために、その装置又は方法が、本発明により解決されるべき個々の課題に一々対応する必要はない。更に、本願における構成要素、構成部品、方法のステップは、いずれも、特許請求の範囲に明示的に記載されているか否かに関わらず公開されるものではない。本願の特許請求の範囲の構成要素は、いずれも、「・・・する手段」という語句を用いて明示的に記載されていない限り、また、方法クレームの場合は構成要素が「動作」ではなく「ステップ」として記載されていない限り、米国特許法第112条(35U.S.C.§112)第6パラグラフの規定に該当しない。請求の範囲で用いているがここでは定義を示していない用語は、全て、本明細書及びファイル履歴に矛盾しない通常の慣用的な意味で用いられている。
本発明に基づくシステムを示すブロック図である。 本発明に基づくロジックのフローチャートである。

Claims (9)

  1. マルチメディアデータのソース機器(12)と、
    上記ソース機器(12)からマルチメディアデータを受信し、前記マルチメディアデータのオーディオコンポーネントをビデオデータに多重化し、広帯域デジタルコンテンツ保護(High-Bandwidth Digital Content Protection:HDCP)を用いて前記多重化されたデータを暗号化する第1の高精細度マルチメディアインタフェース(HDMI)コンポーネント(18)と、
    上記第1のHDMIコンポーネント(18)から、暗号化されたデータを少なくとも1つの有線(19)で受信し、暗号化されたビデオデータ内で多重化されたオーディオデータを通過させる間に暗号化されたビデオデータを逆多重化する第1のデジタルビジュアルインタフェース(DVI)コンポーネント(20)と、
    上記第1のDVIコンポーネント(20)から、上記暗号化されたデータを受信し、該暗号化されたデータを無線受信機(34)に無線で送信する無線送信機(24)と、
    上記無線受信機(34)から上記暗号化されたデータを受信する第2のDVIコンポーネント(38)と、
    上記第2のDVIコンポーネント(38)から上記暗号化されたマルチメディアデータを受信し、上記暗号化されたマルチメディアデータを平文化する第2のHDMIコンポーネント(40)と、
    上記第2のHDMIコンポーネント(40)から上記マルチメディアデータを少なくとも1つの有線で受信し、該マルチメディアデータに基づく映像を表示する該マルチメディアデータの表示器(44)と
    上記表示器(44)に関連する制御データを上記マルチメディアデータに多重化する多重化手段とを備え
    上記制御データは、上記マルチメディアデータの帰線期間に多重化されることを特徴とするデータ伝送システム。
  2. 上記マルチメディアデータを所定の周波数に変調してアップコンバートする変換手段であって、変調及びアップコンバートされたマルチメディアデータが無線で伝送され得るようにする変換手段と、
    無線で受信した上記マルチメディアデータを処理する処理手段と、
    上記マルチメディアデータから制御データを分離する分離手段とを更に備える請求項1記載のデータ伝送システム。
  3. 上記マルチメディアデータの表示器(44)は、上記無線送信機(24)が設置された室内に配設され、該無線送信機(24)は、上記マルチメディアデータを約60ギガヘルツ(60GHz)の周波数で無線で送信することを特徴とする請求項1記載のデータ伝送システム。
  4. 上記マルチメディアデータは、高精細度(HD)マルチメディアデータであることを特徴とする請求項1記載のデータ伝送システム。
  5. 上記オーディオデータは、上記ビデオデータストリームの帰線期間内に多重化されることを特徴とする請求項1記載のデータ伝送システム。
  6. 上記オーディオデータは、バイナリパルス列における1つのパルスの立ち下がりエッジを用いて、ビデオデータストリーム内に多重化されることを特徴とする請求項1記載のデータ伝送システム。
  7. 上記マルチメディアデータの表示器(44)は、プラズマディスプレイであることを特徴とする請求項1記載のデータ伝送システム。
  8. 上記マルチメディアデータの表示器(44)は、液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項1記載のデータ伝送システム。
  9. 第1の高精細度マルチメディアインタフェース(HDMI)コンポーネント(18)と、マルチメディアデータの表示器(44)に接続された第2のHDMIコンポーネント(40)との間でオーディオデータ及びビデオデータを含むマルチメディアデータを伝送する伝送システムにおいて、
    上記第1のHDMIコンポーネント(18)は、マルチメディアデータのソース機器(12)からマルチメディアデータを受信し、前記マルチメディアデータのオーディオコンポーネントをビデオデータに多重化し、広帯域デジタルコンテンツ保護(High-Bandwidth Digital Content Protection:HDCP)を用いて前記多重化されたデータを暗号化し、
    上記第1のHDMIコンポーネント(18)から、暗号化された上記マルチメディアデータを受信し、暗号化されたビデオデータ内で多重化されたオーディオデータを通過させる間に暗号化されたビデオデータを逆多重化する第1のデジタルビジュアルインタフェース(DVI)コンポーネント(20)と、
    上記第1のDVIコンポーネント(20)から、上記暗号化されたマルチメディアデータを受信し、該暗号化されたマルチメディアデータを無線受信機(34)に無線で送信する無線送信機(24)と、
    上記無線受信機(34)から上記暗号化されたマルチメディアデータを受信し、上記暗号化されたマルチメディアデータを平文化する上記第2のHDMIコンポーネント(40)に該マルチメディアデータを送信する第2のDVIコンポーネント(38)と
    上記表示器(44)に関連する制御データを上記マルチメディアデータに多重化する多重化手段とを備え
    上記制御データは、上記マルチメディアデータの帰線期間に多重化されることを特徴とするデータ伝送システム。
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