JP6856481B2 - フレーム同期装置及び周波数差検知方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、フレーム同期装置及び周波数差検知方法に関する。

放送局は、発信源から映像信号を受信する。発信源から送られる映像信号と、放送局内の基準同期信号との間にはわずかな周波数差が存在するため、放送局では、フレームシンクロナイザを用いて、映像信号を局内の基準同期に同期させる。フレームシンクロナイザは、内蔵されたデュアルポートのフレームメモリに、発信源から送信された映像信号をそれ自身の周波数で書き込み、基準同期の周波数で読み出しを行う。フレームシンクロナイザは、映像信号の書き込みが基準同期による読み出しを追い越しそうになったとき、フレームスキップを行う。フレームスキップとは、フレームメモリから１フレーム分飛び越してフレームを読み出すことである。反対に、読み出しが書き込みを追い越しそうになったとき、フレームシンクロナイザは、フレームリピートを行う。フレームリピートとは、フレームメモリから１フレーム分繰り返してフレームを読み出すことである。フレームスキップ及びフレームリピートを行うことにより、フレームシンクロナイザは、発信源の周波数と基準同期の周波数差を吸収する。

フレームシンクロナイザに入力される映像信号は、しばしば異なる発信源から送信された映像信号に切り替えられる。一般に、入力信号の切り替えが行われた直後は、入力映像信号と基準同期の周波数差がわからないため、フレームスキップ又はフレームリピートを行うタイミングの判定を行うことができない。したがって、周波数差を検知するまでの間にフレームシンクロナイザの出力に不体裁が生じる可能性があった。

特開２００９−８８６５４号公報 特開２００８−１５４０１１号公報

本発明が解決しようとする課題は、映像信号の切替えから、映像信号と局内の基準同期信号の周波数差を検知するまでの時間を短縮することができるフレーム同期装置及び周波数差検知方法を提供することである。

実施形態のフレーム同期装置は、フレーム記憶部と、算出部とを持つ。フレーム記憶部は、入力された映像信号のフレームを随時書き込み、書き込まれたフレームを随時読み出して出力する。算出部は、フレーム記憶部へのフレームの書込位置とフレーム記憶部からのフレームの読出位置との差分を、１フレームの読み出しに要する時間よりも短い時間間隔で算出し、算出した差分が変化するまでにかかった時間に基づいて、前記読出位置の更新に用いられる同期信号と映像信号との周波数差を算出する。

実施形態の放送システムの構成例を示す図。 実施形態の同期制御部の詳細な構成例を示す図。 実施形態の同期制御部の処理を示すフロー図。 実施形態の映像信号切替後のフレームメモリを示す図。

以下、実施形態のフレーム同期装置及び周波数差検知方法を、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態の放送システム１の構成例を示す図である。放送局は、スイッチャ２とフレームシンクロナイザ３とを有する。Ｐ箇所（Ｐは１以上の整数）の発信源Ａそれぞれは、放送局に映像信号Ｂを出力する。同図では、ｐ番目（ｐは１以上Ｐ以下の整数）の発信源をＡ（ｐ）と記載し、発信源Ａ（ｐ）から出力される映像信号Ｂを映像信号Ｂ（ｐ）と記載している。スイッチャ２は、入力された操作に従って、受信した映像信号Ｂ（１）〜Ｂ（Ｐ）のうちいずれかをフレームシンクロナイザ３に出力する。スイッチャ２からの出力を、映像信号Ｘと記載する。

フレームシンクロナイザ３は、フレーム同期装置の一例である。フレームシンクロナイザ３は、フレームメモリ３１と、同期分離書込制御部３２と、同期分離読出制御部３３と、同期制御部３４とを備える。

フレームメモリ３１は、フレーム記憶部の一例である。フレームメモリ３１は、映像信号Ｘに含まれる２以上のフレームを、フレーム単位で記憶するリングバッファである。フレームメモリ３１は、入力された映像信号Ｘのフレームを受信した順に随時書き込み、書き込まれたフレームを随時読み出して出力する。フレームメモリ３１は、同期分離書込制御部３２の制御により、映像信号Ｘを、その映像信号Ｘ自体の周波数で書き込む。また、フレームメモリ３１は、記憶した２以上のフレームのうちの最も古くに記憶されたフレームから順に読み出す。読み出されたフレームメモリは、映像信号Ｘ’としてフレームシンクロナイザ３の外部に出力される。フレームメモリ３１へのフレームの書込位置をＷＰ（Write Pointer）、フレームメモリ３１からのフレームの読出位置をＲＰ（Read Pointer）と記載する。

同期分離書込制御部３２は、映像信号Ｘに含まれる同期信号を抽出する。同期分離書込制御部３２は、抽出した同期信号に基づいてＷＰを更新する。これにより、フレームメモリ３１は、映像信号Ｘを、その映像信号Ｘ自体の周波数で書き込むことができる。同期分離読出制御部３３は、放送局内の基準同期信号に基づいてクロックを発生させ、発生させたクロックに基づいてＲＰを更新する。これにより、フレームメモリ３１は、放送局内の基準同期信号の周波数に基づいてフレームを読み出すことができる。

同期制御部３４は、算出部の一例である。算出部は、ＲＰとＷＰの差分を随時算出し、差分が変化するまでにかかった時間に基づいて、映像信号Ｘの周波数と、ＲＰの更新に用いられる同期信号の周波数との周波数差を算出する。ＲＰの更新に用いられる同期信号は、局内の基準同期信号又は基準同期信号から生成されたクロックである。この同期信号の周波数を、同期信号周波数と記載する。

図２は、同期制御部３４の詳細な構成例を示す図である。同期制御部３４は、記憶部３４１と、周波数差検知部３４２と、スキップ／リピート制御部３４３とを備える。

記憶部３４１は、各種データを記憶する。記憶部３４１は、差分変化フラグ記憶部３４１１と、差分記憶部３４１２と、クロック数記憶部３４１３とを備える。差分変化フラグ記憶部３４１１は、差分変化フラグを記憶する。差分変化フラグは、映像信号の切替後、ポインタ差分の変化が検出されたか否かを示す。本実施形態では、差分変化フラグの値「０」は、映像信号の切替後にポインタ差分の変化がまだ検出されていないことを表し、値「１」は、映像信号の切替後にポインタ差分の変化が検出済みであることを表す。差分記憶部３４１２は、ポインタ差分を記憶する。クロック数記憶部３４１３は、クロック数カウンタを記憶する。クロック数カウンタは、ポインタ差分が変化するまでにかかるクロック数の計測値を示す。

周波数差検知部３４２は、差分算出部３４２１と、差分変化時間計測部３４２２と、差分変化検出部３４２３と、周波数偏差算出部３４２４とを備える。差分算出部３４２１は、ポインタ差分を随時算出する。具体的には、差分算出部３４２１は、同期分離読出制御部３３が発生させるクロックごとに、つまり、ＲＰが更新されるごとにポインタ差分を算出する。差分変化時間計測部３４２２は、ポインタ差分の変化が発生するまでの時間を計測する。本実施形態では、差分変化時間計測部３４２２は、この時間をクロック数により計測する。差分変化検出部３４２３は、ポインタ差分が変化したか否かを検出する。周波数偏差算出部３４２４は、ポインタ差分が変化するまでにかかった時間に基づいて、映像信号Ｘの周波数と同期信号周波数との周波数偏差を算出する。

映像信号Ｘの周波数と同期信号周波数との周波数偏差がｘ［ｐｐｍ］であるとき、（１／ｘ）×１０^６クロックを周期として、ＲＰとＷＰとの差分が変化する。したがって、ポインタ差分が変化する周期に基づいて、周波数偏差を計算することが可能である。ポインタ差分が変化するまでにクロック数Ｔがかかった場合、周波数偏差は（１／Ｔ）×１０^６［ｐｐｍ］である。

スキップ／リピート制御部３４３は、現在のポインタ差分及び周波数偏差算出部３４２４が算出した周波数偏差に基づいて、フレームスキップ又はフレームリピートを実行するタイミングを算出する。スキップ／リピート制御部３４３は、算出したタイミングにおいてフレームスキップ又はフレームリピートを行うよう、同期分離読出制御部３３に指示する。同期分離読出制御部３３は、フレームスキップが指示された場合、所定数のフレーム、具体的には、１フレーム分を飛び越してフレームを読み出すようＲＰを設定する。また、同期分離読出制御部３３は、フレームリピートが指示された場合、フレームメモリ３１から所定数のフレーム、具体的には、１フレーム分を繰り返し読み出すようＲＰを設定する。

一般に、異なる発信源から出力される映像信号の周波数は完全に同一ではない。そのため、放送局でフレームシンクロナイザ３の入力である映像信号Ｘが、映像信号Ｂ（ｐ）から映像信号Ｂ（ｑ）に切り換えられた場合（ｑ≠ｐ、ｐ及びｑは１以上Ｐ以下の整数）、映像信号Ｘの周波数と同期信号周波数との周波数偏差を計算し直す必要がある。

図３は、同期制御部３４の処理フローである。同期制御部３４は、映像信号Ｘが切り替わったことを検出し、割り込みルーチンとして同図に示す処理フローを開始する。

差分変化検出部３４２３は、差分変化フラグ記憶部３４１１に記憶される差分変化フラグに、まだポインタ差分が検出されていないことを表す「０」を設定する(ステップＳ１０５）。差分算出部３４２１は、現在のＲＰの値とＷＰの値との差分であるポインタ差分を算出し、差分記憶部３４１２に書き込む（ステップＳ１１０）。差分変化時間計測部３４２２は、クロック数記憶部３４１３に記憶されるクロック数カウンタに「０」を設定して初期化する(ステップＳ１１５）。

同期分離読出制御部３３が基準同期信号に基づいてクロックを発生すると、差分変化時間計測部３４２２は、このクロックの発生を検出する(ステップＳ１２０）。差分変化時間計測部３４２２は、クロック数記憶部３４１３に記憶されるクロック数カウンタの値を、１を加算した値に更新する(ステップＳ１２５）。差分算出部３４２１は、クロック発生後のＲＰの値とＷＰの値との差分であるポインタ差分を算出する（ステップＳ１３０）。差分変化検出部３４２３は、ステップＳ１３０において算出したポインタ差分と、差分記憶部３４１２に記憶されるポインタ差分とを比較し、ポインタ差分に変化があったか否かを判定する(ステップＳ１３５）。差分変化検出部３４２３が、ポインタ差分に変化はないと判定した場合(ステップＳ１３５：ＮＯ）、周波数差検知部３４２は、ステップＳ１２０からの処理を繰り返す。

差分変化検出部３４２３は、ポインタ差分に変化があったと判定した場合(ステップＳ１３５：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０の判定処理を行う。すなわち、差分変化検出部３４２３は、差分変化フラグ記憶部３４１１に記憶される差分変化フラグの値に基づいて、映像信号切替後の最初の差分変化であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。差分変化検出部３４２３は、差分変化フラグの値が「０」であり、最初の差分変化であると判定した場合(ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、差分変化フラグの値を「１」に書き換える(ステップＳ１４５）。周波数差検知部３４２は、ステップＳ１１０からの処理を繰り返す。

一方、差分変化検出部３４２３は、差分変化フラグの値が「１」である場合、映像信号切替後に差分変化が検出済みであると判定する(ステップＳ１４０：ＮＯ）。周波数偏差算出部３４２４は、クロック数記憶部３４１３に記憶されるクロック数カウンタの値を読み出す。周波数偏差算出部３４２４は、読み出したクロック数カウンタの値が示す時間に基づいて、映像信号Ｘの周波数と、同期信号周波数との周波数偏差を算出する（ステップＳ１５０）。スキップ／リピート制御部３４３は、ステップＳ１５０において算出された周波数偏差と、現在のポインタ差分とに基づいて、フレームスキップ又はフレームリピートを行うタイミングを算出する(ステップＳ１５５）。

なお、同期制御部３４は、ステップＳ１５５の後、ステップＳ１１０からの処理を繰り返してもよい。

図４は、映像信号切替後のフレームメモリ３１を示す図である。同図を用いて、図３の処理の具体例を説明する。

時刻ｔ_０において映像信号Ｘが切り替わると、図３の処理が開始される。差分変化検出部３４２３は、差分変化フラグに「０」を設定する(図３のステップＳ１０５）。差分算出部３４２１は、時刻ｔ_０におけるＲＰとＷＰの差分であるポインタ差分Ｄ_０を算出し、差分記憶部３４１２に書き込む（図３のステップＳ１１０）。差分変化時間計測部３４２２は、クロック数カウンタに「０」を設定する(図３のステップＳ１１５）。

差分変化時間計測部３４２２は、クロックの発生を検出すると(図３のステップＳ１２０）、クロック数カウンタの値に１を加算する(図３のステップＳ１２５）。差分算出部３４２１は、ポインタ差分を算出する（図３のステップＳ１３０）。差分変化検出部３４２３は、前回算出したポインタ差分Ｄ_０と変化がないと判定する(ステップＳ１３５：ＮＯ）。同期制御部３４は、クロックが発生する度に、クロック数の更新、ポインタ差分の算出、ポインタ差分の変化の有無の判定を繰り返す。

時刻ｔ_０からｍクロック経過した時刻ｔ_１において、ポインタ差分Ｄ_１がＤ_０＋１又はＤ_０−１になると、差分変化検出部３４２３は、ポインタ差分に変化ありと判定する(図３のステップＳ１３５：ＹＥＳ）。差分変化検出部３４２３は、映像信号切替後の最初の差分変化であると判定し（図３のステップＳ１４０：ＹＥＳ）、差分変化フラグの値を「１」に書き換える(図３のステップＳ１４５）。差分算出部３４２１は、ポインタ差分Ｄ_１を差分記憶部３４１２に書き込む（図３のステップＳ１１０）。差分変化時間計測部３４２２は、クロック数カウンタの現在値「ｍ」をリセットし、「０」を設定する(図３のステップＳ１１５）。同期制御部３４は、クロックが発生する度に、クロック数の更新、ポインタ差分の算出、ポインタ差分の変化の有無の判定を繰り返す。

時刻ｔ_１からｎクロック経過した時刻ｔ_２において、ポインタ差分Ｄ_２がＤ_１＋１又はＤ_１−１になると、差分変化検出部３４２３は、ポインタ差分に変化ありと判定する(図３のステップＳ１３５：ＹＥＳ）。差分変化検出部３４２３は、映像信号の切替後に差分変化が検出済みであると判定する(図３ステップＳ１４０：ＮＯ）。よって、ＲＰとＷＰとの距離が変化する周期は、クロック数カウンタの現在値が示すｎクロックであることが分かる。周波数偏差算出部３４２４は、映像信号Ｘの周波数と同期信号周波数との周波数偏差を、（１／ｎ）×１０^６と算出する（ステップＳ１５０）。このように、フレームシンクロナイザ３は、映像信号Ｘの入力が切り替わってからｍ＋ｎクロックで周波数偏差を求めることが可能である。

ＲＰとＷＰの距離が離れるとき（すなわちＤ_２＝Ｄ_１＋１のとき）、周波数偏差は正であるため、書き込みが読み出しを追い越さないようにフレームスキップを行う必要がある。反対に、ＲＰとＷＰが近づくとき（すなわちＤ_２＝Ｄ_１−１のとき）、周波数偏差は負であるため、読み出しが書き込みを追い越さないようにフレームリピートを行う必要がある。スキップ／リピート制御部３４３は、周波数偏差が正である場合は、フレームスキップを行い、周波数偏差が負である場合は、フレームリピートを行うよう、同期分離読出制御部３３に指示する。同期分離読出制御部３３は、スキップ／リピート制御部３４３からの指示に従って、フレームスキップ又はフレームリピートを行う。

従来のフレームシンクロナイザは、フレームメモリからフレーム先頭を読み出す時に、ＲＰとＷＰの差を取り、１フレーム前の差と現在の差との変化を見ることで周波数差の計算を行っていた。従って、周波数差を検知するためには、フレーム先頭のＲＰが２回現れる必要があった。映像信号の切り替えが行われるタイミングによっては、最初にフレームの先頭を読み出すまでに約１フレーム分の時間がかかる。そのため、入力される映像信号が切り替わってから周波数差を検知し、正常にフレームスキップ／リピートの判定が可能になるまで最大で約２フレーム分の時間が必要な場合があった。また、フレームスキップ／リピートも、フレーム先頭で実行していた。

一方、本実施形態では周波数偏差を高速に検知できるため、フレームシンクロナイザ３は、フレーム先頭に限らず周波数偏差が求められると、直ちにフレームスキップ／リピートを実行することができる。従って、フレームシンクロナイザ３は、出力に不体裁が生じる可能性がある期間を大幅に短縮することができる。例えば、ｍ≦（１／ｎ）×１０^６クロック、ｎ＝（１／１０）×１０^６クロック、１フレーム=１１２５ライン×２２００サンプルであるとする。周波数偏差が１０［ｐｐｍ］である場合、従来では入力が切り替わってから正常にフレームスキップ／リピートの判定ができるまで最大約２フレームの時間かかっていた。これに対し、フレームシンクロナイザ３は、１００ライン以内でフレームスキップ／リピートの判定が可能となる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、同期制御部３４を持つことにより、入力が異なる発信源からの映像信号に切り替わった場合でも、出力映像に不体裁が生じる可能性がある期間を短くすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…放送システム、２…スイッチャ、３…フレームシンクロナイザ、３１…フレームメモリ、３２…同期分離書込制御部、３３…同期分離読出制御部、３４…同期制御部、３４１…記憶部、３４２…周波数差検知部、３４３…スキップ／リピート制御部、３４１１…差分変化フラグ記憶部、３４１２…差分記憶部、３４１３…クロック数記憶部、３４２１…差分算出部、３４２２…差分変化時間計測部、３４２３…差分変化検出部、３４２４…周波数偏差算出部

Claims (5)

1. 入力された映像信号のフレームを随時書き込み、書き込まれた前記フレームを随時読み出して出力するフレーム記憶部と、
   前記フレーム記憶部へのフレームの書込位置と前記フレーム記憶部からのフレームの読出位置との差分を、１フレームの読み出しに要する時間よりも短い時間間隔で算出し、算出した前記差分が変化するまでにかかった時間に基づいて、前記読出位置の更新に用いられる同期信号と前記映像信号との周波数差を算出する算出部と、
   を備えるフレーム同期装置。
2. 前記算出部は、前記読出位置の更新タイミングごとに前記書込位置と前記読出位置との差分を算出する、
   請求項１に記載のフレーム同期装置。
3. 前記算出部は、映像信号の切替によって、前記書込位置と前記読出位置との差分の算出を開始する、
   請求項１又は請求項２に記載のフレーム同期装置。
4. 前記算出部により算出された前記周波数差に基づいて、前記フレーム記憶部から所定数のフレームを飛び越して読み出すフレームスキップ又は前記フレーム記憶部から所定数のフレームを繰り返し読み出すフレームリピートを行うタイミングを制御する制御部をさらに備える、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフレーム同期装置。
5. フレーム記憶部に入力された映像信号のフレームを随時書き込むフレーム書込ステップと、
   前記フレーム記憶部に書き込まれた前記フレームを随時読み出して出力するフレーム読出ステップと、
   前記フレーム記憶部へのフレームの書込位置と前記フレーム記憶部からのフレームの読出位置との差分を、１フレームの読み出しに要する時間よりも短い時間間隔で算出する差分算出ステップと、
   前記差分が変化するまでにかかった時間に基づいて、前記読出位置の更新に用いられる同期信号と前記映像信号との周波数差を算出する算出ステップと、
   を有する周波数差検知方法。

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