JP2012109682A - Ｉｐ受信装置、ｉｐ送信装置、およびｔｓ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高いタイミングによる再生を可能にするＩＰ受信装置、ＩＰ送信装置、およびＴＳ受信装置を提供する。
【解決手段】 外部のＩＰ送信装置１２からＩＰパケットを受信する受信部４１と、受信したＩＰパケットに基づいて、外部のＩＰ送信装置と当該ＩＰ受信装置との同期状態を示すパケットを生成して、外部のＩＰ送信装置１２に送信する送信部４５をもつＩＰ受信装置１３。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）−ＴＳ（Transport Stream）をＩＰ（Internet Protocol）ネットワーク上にリアルタイム伝送するシステムに含まれるＩＰ受信装置、ＩＰ送信装置、およびＴＳ受信装置に関する。

従来、映像、音声のリアルタイム伝送をおこなうシステムでは、映像、音声の圧縮ストリームをＭＰＥＧ−２ＴＳ（以降ＴＳ）で多重化し伝送する方式が広く使われている。多重化されたＴＳは、ＤＶＢ−ＡＳ回線やＩＰ回線などを通してＴＳ受信装置に届けられ、ＴＳ受信装置では、映像、音声を再生する。またＴＳ送信装置は、定期的にＰＣＲ（Program Clock Reference）と呼ばれるタイミング情報をＴＳに多重する。ＴＳ受信装置は、ＰＣＲ情報に合わせてタイミング再生をすることで、映像、音声の破綻が無く再生することができる。

特開２０１０−１３０３９５号公報

しかし、ＩＰ送信装置においては、ＰＣＲに基づくタイミング情報を増やすことにより、ＩＰ受信装置におけるタイミング再生を容易になるが、ＰＣＲパケットの挿入間隔を短くするほど、ビットレートが増加し伝送帯域を圧迫するという問題がある。
本発明は、ＰＣＲ等タイミング情報の挿入による伝送ビットレートを増やすことなく、精度の高いタイミングによる再生を可能にするＩＰ受信装置、ＩＰ送信装置、およびＴＳ受信装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための一実施形態は、
外部のＩＰ送信装置からＩＰパケットを受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記ＩＰパケットに基づいて、前記ＩＰパケットの同期状態を示すパケットを生成して、前記外部のＩＰ送信装置に送信する送信部と、
を具備することを特徴とするＩＰ受信装置である。

ＩＰ受信装置がＩＰ送信装置のタイミングに同期するまでの同期モード期間は、多くのタイミング情報を必要とするため、ＩＰ送信装置において通常のＴＳパケットをＰＣＲパケットに置き換えて送信する。同期が取れた後の通常モード期間は、通常のＴＳパケットのみを送信する。これにより、ＩＰ送信装置が送信するビットレートを増加させずに、ＩＰ受信装置がＩＰ送信装置とのタイミング同期に要する時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係るＴＳ伝送システムの構成を示すブロック図。 同じくＴＳ伝送システムのＩＰ送信装置の構成の一例を示すブロック図。 同じくＴＳ受信装置のクロック同期部の構成の一例を示すブロック図。 同じくＴＳ伝送システムのＩＰ受信装置の構成の一例を示すブロック図。 同じくＴＳ伝送システムの送信パケットモード切替シーケンスを示す説明図。 ＩＰ送信装置の同期状態に応じたパケット選択部のＴＳ出力を示す説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
本発明の一実施形態であるＴＳ伝送システム１の構成の一例として、図１に示すように、映像／音声データを入力し、ＭＰＥＧ−２ＴＳを出力するＴＳ送信部１１と、ＭＰＥＧ−２ＴＳを入力しＩＰパケットを出力するＩＰ送信装置１２と、ＩＰ網を介して、ＩＰパケットを受けてＭＰＥＧ−２ＴＳを出力するＩＰ受信装置１３と、ＭＰＥＧ−２ＴＳを受けて映像／音声データを出力するＴＳ受信装置１４を有している。

このような構成をもつＴＳ伝送システム１において、ＴＳ送信部１１は、映像／音声データを入力すると、ＭＰＥＧ−２ ＴＳに多重化して一本のストリームとして出力する。ＩＰ送信装置１２は、ＭＰＥＧ−２ ＴＳを入力すると、ＴＳを構成する１８８バイトまたは２０４バイト単位のＴＳパケットを最大７パケット分束ねて、ＩＰパケットとして出力する。ＩＰ受信装置１３は、ＩＰ送信装置１２から出力されたＩＰパケットをＩＰ網を介して受信し、受信したＩＰパケットに含まれたＴＳパケットを抽出して出力する。最後に、ＴＳ受信装置１４は、入力したＴＳに基づいて、映像、音声データに変換して出力する。このようなＩＰネットワーク伝送では、ＩＰの上位レイヤのプロトコルとしてＵＤＰ（User Datagram Protocol）が用いられる。

次に、図２を用いて、ＴＳ伝送システム１を構成するＩＰ送信装置１２を説明する。ＩＰ送信装置１２は、タイミング情報パケット生成部２１と、パケット選択部３４と、パケット選択部３４の後段に設けられたＲＴＰ／ＵＤＰパケット変換部３５と、ＲＴＰ／ＵＤＰパケット変換部３５の後段に設けられたＩＰパケット送信部３６と、同期状態通信パケットを外部から受けて同期状態通信パケットに応じた信号をパケット選択部３４に供給する同期状態通知パケット受信部３７で構成されている。

続いて、タイミング情報パケット生成部２１の構成を説明する。タイミング情報パケット生成部２１は、ＭＰＥＧ−２ ＴＳを受けるＰＣＲ抽出部３１と、同じくＭＰＥＧ−２ ＴＳを受けるＴＳ周期生成部３２と、ＰＣＲ抽出部３１の後段に設けられるＰＣＲパケット生成部３３で構成される。 ＰＣＲ抽出部３１は、入力したＭＰＥＧ−２ ＴＳに最大０.１秒間隔で多重されるＰＣＲパケットからＰＣＲ値を取り出し、ＰＣＲパケット生成部３３に出力する。ＰＣＲ値は、２７ＭＨｚの０〜２９９までの９ビットのカウンタ情報ＰＣＲ＿ＥＸＴ と、２７ＭＨｚを３００分周した９０ｋＨｚを基準とした３３ビットのカウンタ情報ＰＣＲ_ＢＡＳＥで構成される。

このような構成をもつＩＰ送信装置１２において、入力したＭＰＥＧ−２ ＴＳは、タイミング情報パケット生成部２１にてタイミング情報パケットに変換されて出力される。パケット選択部３４は、２種類の入力パケットをＩＰ受信装置１３の同期状態に応じて、切り替えて出力する。ＲＴＰ／ＵＤＰパケット変換部３５は、入力したＴＳパケットをＵＤＰパケットに変換して、ＩＰパケット送信部３６に出力する。ＩＰパケット送信部３６は、入力したＵＤＰパケットをＩＰパケットに変換して出力する。さらに、同期状態通知パケット受信部３７は、ＩＰ受信装置１３から送られてくる同期状態通知パケットを監視し、ＩＰ受信装置１３の同期状態に応じてパケット選択部３４の出力を制御する。

ＰＣＲパケット生成部３３では、最初に入力したＰＣＲ値を内部のカウンタにロードし、２７ＭＨｚクロックにてＰＣＲ値をインクリメントする。ＴＳ周期生成部３２から入力するＴＳ周期制御信号に従って、内部でカウントするＰＣＲ値をＰＣＲパケット化し、出力する。ＴＳ周期生成部３２は、入力したＭＰＥＧ−２ ＴＳのＴＳパケット周期を抽出し、ＴＳ周期制御信号として出力する。

次に、図３を用いて、ＴＳ伝送システム１を構成するＩＰ受信装置１３を説明する。ＩＰ受信装置１３は、外部からＩＰパケットを受信するＩＰパケット受信部４１と、ＩＰパケット受信部４１の後段に設けられるＴＳ抽出部４２と、ＴＳ抽出部４２の後段に設けられたＴＳバッファ部４３と、ＴＳ抽出部４２の後段に設けられたＰＣＲ抽出部４４と、ＰＣＲ抽出部４４からＰＣＲが供給されるタイミング再生部４６と、同じくＰＣＲ抽出部４４からＰＣＲが供給される同期状態通知パケット送信部４５で構成されている。

このような構成をもつＩＰ受信装置１３において、入力したＩＰパケットは、ＩＰパケット受信部４１において、ＩＰヘッダが取り除かれてＴＳ抽出部４２に出力される。続いてＴＳ抽出部４２では、ＲＴＰおよびＵＤＰヘッダが取り除かれてＴＳパケットが出力される。ここで抽出されたＴＳパケットデータは、ＰＣＲ抽出部４４およびＴＳバッファ部４３に入力する。ＴＳバッファ部４３では、入力したＴＳパケットデータを内蔵するバッファに蓄え、タイミング再生部４６から入力する送信タイミングに従って、蓄えたＴＳを出力する。ＰＣＲ抽出部４４は、入力したＴＳパケットデータに含まれるＰＣＲパケットから、ＰＣＲ値を抽出してタイミング再生部４６に出力する。タイミング再生部４６は、入力したＰＣＲ値をもとに、送信側のタイミングに同期するようタイミング再生をおこない、ＴＳバッファ部の読出しタイミングを送信する。さらに、タイミング再生部４６は、入力したＰＣＲ値のジッタ成分が平均化され、送信側のタイミングと同期すると同期フラグをアサートして同期状態通知パケット送信部４５に出力する。

同期状態通知パケット送信部４５は、タイミング再生部４６の同期状態を通知する同期状態通知パケットを生成して出力する。また、ＩＰ送信装置１２とＩＰ受信装置１３のタイミング再生部４６が同期状態でないときにＰＣＲパケット以外のパケットを受信した場合、同期状態通信パケットとして同期要求通知をＩＰ送信装置１２に送信する。また、同期状態通知パケット送信部４５は、非同期状態から同期状態に変化したイベントを検出すると、同期状態通信パケットとして同期完了通知をＩＰ送信装置１２に送信する。

次に、図４を用いて、ＴＳ伝送システム１を構成するＴＳ受信装置１４に含まれるクロック同期部５０の構成を説明する。クロック同期部５０は、ＴＳ受信装置１４に含まれる構成であり、ＩＰ受信装置１３から与えられた受信ＴＳパケット信号からＰＣＲデータを抽出するＰＣＲ検出部５１と、ＩＰ送信装置１２のＰＣＲ抽出部３１に含まれる図示しないＰＣＲカウンタと同じ構成である内蔵カウンタ５２と、ＰＣＲ検出部５１が抽出したＰＣＲ値と内蔵カウンタ５２のカウント値から差分を抽出する差分抽出部５３と、差分抽出部５３で抽出した差分値に基づいてループフィルタ５５の切換を行う判定回路５４と、アナログであってもデジタルであっても構わないが、２つの引き込み係数を持ち、判定回路５４の制御に従い係数を切り替えることが可能なループフィルタ５５と、ループフィルタ５５からの電圧値を受けてクロックを生成し内蔵カウンタ５２に供給するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）５６で構成されている。

（動作）
次に、本発明の一実施形態に係るＴＳ伝送システム１の動作を、図５の送信パケットモード切替シーケンスおよび図６のＩＰ送信装置の同期状態に応じたパケット選択部３４のＴＳ出力を示す説明図を用いて説明する。
すなわち、図５の送信パケットモード切替シーケンスに示すように、本発明の一実施形態であるＴＳ伝送システム１は、ＩＰ送信装置１２とＩＰ受信装置１３の間の同期状態に従って、ＩＰ受信装置１３がＩＰ送信装置１２のタイミングに同期するまで期間（同期モードｍ１）は、多くのタイミング情報を必要とするため、ＩＰ送信装置において通常のＴＳパケットをＰＣＲパケットに置き換えて送信する。その後、同期が取れた後の期間（通常モードｍ２）は、通常のＴＳパケットのみを送信する。これにより、ＩＰ送信装置１２が送信するビットレートを増加させることなく、ＩＰ受信装置１３が送信側とのタイミング同期に要する時間を短縮することができる。

すなわち、ＩＰ送信装置１２の同期状態通知パケット受信部３７は、ＩＰ受信装置１３の同期状態通知パケット送信部４５から同期状態通知パケットとして同期要求通知を受信すると（ステップＳ１２）、同期モードｍ１となり、制御信号をパケット選択部３４に供給して、出力するＴＳをタイミング情報パケットであるＰＣＲに切り替えて出力する（ステップＳ１３〜ステップＳ１４）。このときタイミング情報パケットの出力周期は、入力したＭＰＥＧ−２ ＴＳのＴＳパケット周期に等しい。

続いて、ＩＰ送信装置１２の同期状態通知パケット受信部３７は、ＩＰ受信装置１３の同期状態通知パケット送信部４５から同期状態通知パケットとして同期完了通知を受信すると（ステップＳ１５）、通常モードｍ２に遷移する。そして、パケット選択部３４の出力を、タイミング情報パケットであるＰＣＲから、ＭＰＥＧ−２ ＴＳに切り替えて出力する（ステップＳ１６，Ｓ１７，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２２）。また、ここで、ＰＣＲパケットについても、例えば、最大１００ｍｓｅｃの幅で出力される（ステップＳ１８，Ｓ２１）。

ここまで説明した本発明の実施形態を用いることにより、タイミング再生に多くのタイミング情報が必要な同期モードｍ１の期間は、ＩＰ送信装置１２に入力するＴＳストリームのレートと同レートでＰＣＲパケットを送信するため、伝送帯域を圧迫することなく、短時間でＩＰ受信装置のタイミング再生を完了させることが可能となる。

（ＰＣＲによるクロック校正）
さらに、ＭＰＥＧ−ＴＳはビデオや音声を圧縮したストリームを伝送する形式であり、そのクロック再生に用いられるのが、ＰＣＲ（Program Clock Reference）である。ＰＣＲは送信側と受信側で同一のカウンタを持ち、送信側の基準クロックでカウントされた値をＰＣＲとして送信し、受信側で内蔵したカウンタとＰＣＲ値との差分を抽出し、差分がなくなるように受信側のクロック校正を行うものである。以下に、ＴＳ受信装置１４のクロック同期部５０を用いた、ＰＣＲによるクロック校正の働きを説明する。

すなわち、最初の受信状態では、内蔵カウンタ５２は送信側のＰＣＲ値をそのまま用いてカウンタ値とすることで次のＰＣＲから差分の演算を行う。ループフィルタ５５は、アナログであってもデジタルであっても構わないが、最後にＶＣＯ５６に対して電圧値に変換して出力を行っている。

ＭＰＥＧ−ＴＳでは、１８８バイトまたは２０４バイト単位を１パケットとするパケット伝送が行われており、伝送路によってはパケットが到達するタイミングに変動が生じることがある。これをＰＣＲジッタと呼び、ＭＰＥＧでは±５００ｎｓ以内と規定されている。放送局内の回線のように安定した回線では、ほとんどＰＣＲジッタが存在していないが、外部中継回線を介するような場合には、ＰＣＲジッタは上記のように増大する。

しかしながら、この規定を守って再生したビデオのクロックのタイミングジッタが許容の範囲内に入るように制御するためには、収束時間が非常に長いループフィルタを設定する必要があり、クロックが安定するまでに長時間を要する。
特に、安定した環境で使用する場合には、早くクロックを安定させて装置を使用したいという要望も多く、安定した環境であるかどうかを自動で判定する必要性がある。

ＰＣＲでは、通常２７ＭＨｚのクロック再生を行っているので、以降２７ＭＨｚをクロック周波数として説明を行う。ＰＣＲジッタの最大±５００ｎｓを２７ＭＨｚクロックに換算すると、１３.５クロックに相当する。これが、ＴＳパケット到達時間のばらつきとなり、ＰＣＲ値と内蔵カウンタの差分となる。

そこで、例えばＰＣＲジッタが±１００ｎｓｅｃ未満であれば安定した環境であると判断し、この場合２７ＭＨｚ換算で２.７クロックつまり、差分が±３以内で安定している場合には、ＰＣＲジッタが少ない安定している環境であると判断してループフィルタの引き込みを早くし、差分が±３を超える状態ではＰＣＲジッタが多い環境であるとしてループフィルタの引き込みを遅くすることで、回線の安定度の高い環境では引き込み時間を短くすることが可能になる。実際には、周波数変動分も考慮し、さらにしきい値を決定する。

しかし、ここで、ループフィルタの係数は２つである必要はないため、判定回路５４を用いて、複数のしきい値を持って判定を行い、複数の引き込み時間を切り替えることが好適となる。特に、引き込み時間を２種類持ち、初期同期時は引き込み時間が非常に早いが安定度が悪い係数と、クロック安定後に制御を行う安定度は高いが引き込み時間の遅い係数とを切り替えるのが好適である。この実施形態は、クロック安定後であってもＰＣＲジッタの安定度に応じてループフィルタの係数を切り替えることを目的としたものである。

また、ＰＣＲの到達時間は差分０を中心に特定の分布状態でばらついていることが通常であり、常時差分が±３を超えた状態になることは考えにくい。従って、安定であるかどうかの判定を、判定回路５４により、特定の時間間隔あるいは特定のＰＣＲ受信回数毎の差分の絶対値の合計が特定のしきい値を超えた場合に切り替えるようにしたり、しきい値を超える回数が特定の回数を超えるような場合に切り替えることで回線の安定度の判定を行うことが可能である。

ＰＣＲの周期は１００ｍｓｅｃ以内と定められているが、最短の規定はない。このため、送信側で例えばビデオフレーム毎（３３.３ｍｓｅｃ）であったり、５０ｍｓｅｃ周期としたりとばらばらである。そこで、安定であるかどうかの判定を特定の時間間隔（例えば１秒毎）に行ったり、特定のＰＣＲ受信回数（例えば３０回）を定義する。

差分の絶対値の合計で判定する場合は、ＰＣＲジッタのばらつきを考慮し、例えば３０回のＰＣＲ受信回数に対し、
|±３|×３０×０.６＝５４ （式１）
を判定の基準として、ループフィルタの切換を行う。
また、回数の場合も同様に、
３０×０.６＝１８ （式２）
を回数の判定基準として、ループフィルタの切換を行う。

さらに、急激な温度変動等によるＶＣＯの制御点がずれるような場合には、たとえ安定した環境であっても差分が特定の極性に偏って大きく振れることが想定されるので、差分と極性の双方でループフィルタの切換を行うことでより安定した制御を行うことが可能である。

この場合も、ＰＣＲジッタの状態によっては逆の極性に大きく振れることも考慮して、例えば受信３０回中に極性の振れが９割を超えた場合にループフィルタの引き込みを早いままとするように制御を行うことが好適である。
このように上述した実施形態によれば、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）−ＴＳ（Transport Stream）を受信し、ＭＰＥＧ−ＴＳ中に含まれるＰＣＲ（Program Clock Reference）の値と内蔵カウンタの値とを比較して差分を抽出をしたのち、差分に基づいてＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）を制御を行うＴＳ受信装置において、差分に対し特定のしきい値を設ける。そして、差分がしきい値を超える場合にはＶＣＯのループフィルタの引き込みを遅くし、差分がしきい値を超えない場合にはＶＣＯのループフィルタの引き込みを早くするものである。これにより、上述した実施形態によれば、ＰＣＲジッタの状況を判別しながら、ループフィルタの係数を切り替えて最適な引き込み時間を設定することが可能となる。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

１１…ＴＳ送信装置、１２…ＩＰ送信装置、１３…ＩＰ受信装置、１４…ＴＳ受信装置、Ｍ…ＩＰ網。

Claims (3)

1. 外部のＩＰ送信装置からＩＰパケットを受信する受信部と、
   前記受信部が受信した前記ＩＰパケットに基づいて、前記外部のＩＰ送信装置と当該ＩＰ受信装置との同期状態を示すパケットを生成して、前記外部のＩＰ送信装置に送信する送信部と、を具備することを特徴とするＩＰ受信装置。
2. 外部のＩＰ受信装置と当該ＩＰ送信装置との同期状態を示すパケットを前記ＩＰ受信装置から受信する受信部と、
   前記パケットが示す同期状態に応じて、ＴＳとタイミング情報との一方を選択して前記外部の受信装置に送信する送信部と、を具備することを特徴とするＩＰ送信装置。
3. 受信したＩＰパケットからＰＣＲを抽出し、前記ＰＣＲの値と内蔵カウンタの値とを比較して差分を抽出し、前記差分がしきい値より大きい場合にはＶＣＯのループフィルタの引き込みを遅くし、前記差分が前記しきい値未満である場合にはＶＣＯのループフィルタの引き込みを早くする同期部を具備することを特徴とするＴＳ受信装置。

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