(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順方向誤り訂正（ＦＥＣ）復号化のために受信機が行う方法であって、
送信機から、データストリームのデータパケット、第一のＦＥＣブロックサイズに対応するＦＥＣパケット及び第二のＦＥＣブロックサイズに対応するＦＥＣパケットを受信するステップであって、前記第一のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットは、前記第一のＦＥＣブロックサイズで前記データストリームを符号化することで生成されており、前記第二のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットは、前記第二のＦＥＣブロックサイズで前記データストリームを符号化することで生成されており、前記第二のＦＥＣブロックサイズは、前記第一のＦＥＣブロックサイズとは異なる、ステップと、
前記第一のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットと前記第二のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットとを使用することで、前記データパケットを復号化する復号化ステップと、
を有し、前記データストリームはビデオストリームであり、当該方法は、
前記第二のＦＥＣブロックサイズに等しいデータパケットの量がバッファリングされるまで、ノーマルレートよりも低速の再生レートにより前記第一のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットを使用することでデコードされたビデオストリームを再生するステップと、
前記ノーマルレートにより前記第二のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットを使用することでデコードされたビデオストリームを再生するステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記第一のＦＥＣブロックサイズは、前記第二のＦＥＣブロックサイズよりも小さく、
前記復号化ステップは、あるチャネルのデータストリームを受信し始めるとき、前記第一のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットを使用することで前記データパケットをデコードするステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記復号化ステップは、再生の間に、前記第二のＦＥＣブロックサイズに対応する前記ＦＥＣパケットを使用することで前記データパケットをデコードするステップを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法を実行する受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、符号化及び復号化システムに関し、より詳細には、システムにおける順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化及び復号化の方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ放送通信におけるようなアナログビデオ通信では、新たなチャネルにおけるビデオ情報は、現在のチャネルが新たなチャネルに変化したときに即座に見ることができる。しかし、デジタルビデオ通信では、ビデオコンテンツは、ネットワーク帯域幅を節約するように符号化された方式で通常送信される。係るスキームにおいて、発信元のビデオコンテンツは、ネットワークを通して送信される前に一連のパケットにエンコードされ、目的地では、受信機は、再生のためにビデオパケットを受信してデコードする。さらに、パケットロスを保護するため、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）のようなチャネル符号化スキームが通常使用される。ビデオソース符号化及びチャネル符号化の両者は、一度に処理されるべきデータのブロックを必要とし、したがって、チャネル切り替えが必要とされるとき、少なくとも１つのデータのブロックに対応する遅延が必要とされる。したがって、新たなチャネルからの情報が現れるまで、ビデオブランキングが生じる間の期間が存在する。本発明は、特にＦＥＣであるチャネル符号化により引き起こされる遅延に対処するものでああり、遅延、したがってチャネル切り替えでのブランキング期間を低減するためのソリューションを提案するものである。
【０００３】
良好なＦＥＣ符号化は、ビデオ情報の大きなブロックサイズを必要とし、ＦＥＣ効率は、ＦＥＣ符号化のブロックサイズに依存する。より大きなブロックサイズは、冗長度の少ない良好な誤り訂正のパフォーマンスを有することができる。しかし、ビデオの少なくとも１つのブロックサイズに対応する遅延は、ビデオの最初のフレームを取得するために必要とされるため、大きなブロックサイズは、新たなチャネルのビデオストリームについて多くの初期の遅延を意味する。スタートアップ及び／又はチャネル切り替えでのＴＶ番組の初期の遅延が余りに長い場合、視聴者を不愉快にさせる。視聴者は、通常、２〜３秒のチャネル切り替え時間に耐えることができる。効率的なチャネル符号化は１０秒を必要とする場合がある一方で、より多くの初期遅延（バッファリング）が必要とされる。
【０００４】
従来技術における方法及びビデオ信号プロセッサは、あるプログラムチャネルから別のプログラムチャネルへの切り替えの間のブランキング時間を低減するために提供されている。この方法では、現在のチャネルのビデオ情報は、メモリにバッファリングされ、チャネル切り替えの間にバッファリングされたビデオ情報をブロードキャストし続けることで、ビデオブランキングを置き換える。しかし、この方法は、チャネル切り替え時間を正確に低減しない。さらに、チャネルを切り替えるコマンドが送信された後に、古いチャネルからのビデオ情報を見ることができるので、ユーザは混乱し、このコマンドが作用されているかを知らない。
【０００５】
従来技術における別の方法は、チャネル切り替えの間にビデオブランキングを除去するために提供される。この方法では、ビデオブランキングを置き換えるため、テキスト情報、広告又は電子サービスガイド情報のような各種情報が提供される。しかし、先の方法に類似して、この方法は、チャネル切り替え時間を低減するものではなく、ユーザは、これらの情報は不要であると考える場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、プログラムスタートアップ及び／又はチャネル切り替え時間を低減するだけでなく、チャネル切り替え効率を保証するように、従来技術における先の問題点を克服する方法を提供することが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、多数のレベルで順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化の方法及び装置に関する。  また、本発明は、送信機における順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化の方法に関するものであり、本方法は、データソースからデータストリームを受信するステップ、複数のレベルのデータブロックにデータストリームを構成するステップを含み、それぞれのレベルのデータブロックは、他のレベルのデータブロックとは異なるブロックサイズを有し、データストリームをカバーする。本方法は、さらに、データストリームの複数のレベルのそれぞれのデータブロックについてＦＥＣデータを生成する。
【０００８】
また、本発明は、送信機における順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化の方法に関するものであり、本方法は、データソースからデータストリームを受信するステップ、データストリームの第一のサイズをもつそれぞれのデータブロックについて第一の順方向誤り訂正データを生成するステップ、データストリームの第二のサイズをもつそれぞれのデータブロックについて第二の順方向誤り訂正データを生成するステップを含み、第二のサイズは、第一のサイズとは異なり、第一のサイズのデータブロックは、データストリームを形成し、第二のサイズをもつデータブロックは、データストリームを形成する。
【０００９】
また、本発明は、受信機における順方向誤り訂正ＦＥＣ復号化の方法に関するものであり、本方法は、送信機からのデータストリームに合わせてＦＥＣデータを受信するステップを含み、ＦＥＣデータは、データストリームの第一及び第二のブロックサイズをもつそれぞれのデータブロックから生成され、第二のブロックサイズは、第一のブロックサイズとは異なる。本方法は、さらに、データストリームのそれぞれのブロックのＦＥＣデータによりデータストリームを復号化するステップを含む。
【００１０】
また、本発明は、上述されたＦＥＣ符号化方法を実現する送信機に関する。  
また、本発明は、上述されたＦＥＣ復号化方法を実現する受信機に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明のこれらの態様、特徴及び利点、並びに他の態様、特徴及び利点は、添付図面と共に以下の記載から明らかとなるであろう。
【図１】本発明の実施の形態に係る例示的な送信機を例示するブロック図である。
【図２】送信機における２つのレベルのＦＥＣ符号化を例示する図である。
【図３】送信機におけるマルチレベルのＦＥＣパケットを生成する方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る例示的な受信機を例示するブロック図である。
【図５】受信機における２つのレベルのＦＥＣ復号化を例示する図である。
【図６】受信機におけるマルチレベルパケット訂正の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の様々な例示的な実施の形態に従って、本発明の多くの利点／特徴を例示するために添付図面を参照して説明される。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る例示的な送信機１００を例示するブロック図である。送信機１００は、ビデオストリームを符号化し、符号化されたビデオストリームを、ＴＶ受信機のようなビデオ受信機に送信するために使用され、このビデオ受信機は、ビデオエンコーダ１０１及びマルチレベルＦＥＣエンコーダ１０２を含む。ビデオエンコーダ１０１は、ビデオソース（図示せず）からのビデオストリームを受信し、送信のためにビデオストリームを圧縮するように、従来技術におけるＭＰＥＧビデオ符号化又は他のビデオ符号化技術のようなビデオ符号化を実行する。マルチレベルＦＥＣエンコーダ１０２は、ＦＥＣパケットを形成するため、ビデオエンコーダ１０１から出力される符号化ビデオストリームのＦＥＣ符号化を実行する。ＦＥＣパケットと共に符号化ビデオストリームは、ビデオブロードキャストネットワーク又はＩＰネットワーク等のようなアウトサイド（外部）ネットワークに出力される。符号化ビデオストリームは、複数のチャネルに送信することができ、それぞれのチャネルは、ＴＶプログラムのような異なるビデオストリームを送信することができる。
【００１４】
ＦＥＣエンコーダ１０２では、符号化されたビデオストリームは、異なるブロックサイズをもつ複数のレベルのデータブロックを含むように構成される。このレベルは、ＦＥＣエンコーダ１０２においてブロック毎にＦＥＣ符号化を実行するために構成され、符号化されたビデオストリームは、変更されない。例示的な記載は、２つのレベルのビデオストリームについてＦＥＣ符号化プロセスを例示するために提供される。
【００１５】
図２は、送信機１００における２レベルのＦＥＣ符号化を例示する図である。図２では、レベル１及びレベル２である２つのレベルがＦＥＣ符号化プロセスを実行するために使用される。レベル１では、ビデオパケットは、１つのビデオパケットである、ブロックサイズＡをもつビデオブロックを含むように構成される。レベル２では、ビデオパケットは、４つのビデオパケットである、ブロックサイズ４Ａをもつビデオブロックを含むように構成される。すなわち、データストリームのそれぞれ１つのビデオパケット、ブロックサイズＡをもつデータブロックについて、レベル１におけるＦＥＣデータを得るためにＦＥＣ符号化が実行され、同時に、データストリームのそれぞれ４つのビデオパケット、ブロックサイズ４Ａをもつデータブロックについて、レベル２におけるＦＥＣデータを得るためにＦＥＣ符号化が実行される。それぞれのブロックは、複数のビデオパケットを含み、それぞれのブロックにおけるビデオパケットの数は、必要に応じて当業者により選択することができる。
【００１６】
次いで、ＦＥＣ符号化は、２つのレベルのそれぞれのブロックについて使用される。本実施の形態で選択される誤り訂正機能は、１つのＦＥＣパケットをもつ失われたパケットのうちの１つを回復する機能を有するＸＯＲである。ＦＥＣパケットを生成するために多くの方法を使用することができ、本実施の形態では詳細な説明が省略される。本実施の形態では、レベル１におけるそれぞれのブロックに対する冗長度としてＦＥＣパケットの８％がエンコードされ、レベル２におけるそれぞれのブロックに対する冗長度としてＦＥＣパケットの１６％がエンコードされる。
【００１７】
ＦＥＣ符号化の後、ＦＥＣデータパケットは、ビデオパケットブロックを含むビデオストリームと共にアウトサイドネットワークに送信される。なお、本発明の実施の形態では、レベル１は、たとえばビデオ受信機をスタートアップするか、あるチャネルから別の新たなチャネルに切り替わるときといった、ビデオ受信機においてあるチャネルのビデオストリームの受信を開始するとき、ビデオ受信機でビデオストリームを最初に復号化するために使用される小さいブロックサイズを有する。従って、ビデオブロックにおける幾つかのパケットロスは、迅速に回復され、ビデオ受信機は、２〜３秒といった、迅速にビデオストリームを再生することができる。
【００１８】
さらに、レベル２は、ビデオ受信機においてあるチャネルのビデオストリームの受信を開始するか又は再生の時間の間、高い品質をもつビデオストリームが受信機において再生されるように、ビデオブロックにおける多くのパケットのロスが完全に回復されるように大きなブロックサイズを有する。
【００１９】
図３は、送信機においてマルチレベルのＦＥＣパケットを生成する方法を示すフローチャートである。ステップ３０１で、ビデオストリームのビデオパケットは、ビデオソースから受信され、バッファリングされる。係るビデオパケットは、ビデオエンコーダにより符号化される。次いで、ステップ３０２で、ビデオストリームは、異なるブロックサイズをもち複数のレベルのデータブロックを含むために構成され、ステップ３０３で、それぞれのレベルｉのブロックに関連するＦＥＣパケットが生成され、この場合、１→ｉ＜Ｎ＋１であり、Ｎはレベル数である。本実施の形態では、２つのレベルのＦＥＣパケットが使用され、したがってＮ＝２及びｉ＝１，２である。すなわち、レベル１及び２のＦＥＣパケットは、このステップで生成される。ここで、ブロックに関連するＦＥＣパケットは、それぞれのレベルのそれぞれのブロックのＦＥＣパケットを意味する。このＦＥＣパケットは、アウトサイドネットワークに対応するビデオパケットのブロックと共に送出される。
【００２０】
ステップ３０４で、バッファリングされたビデオパケットの数はＳNを超えるかが判定される。この場合、ＳNは、レベルＮのブロックサイズを示し、本実施の形態では、Ｓ1＝Ａ，Ｓ2＝４Ａである。結果がＮｏであるとき、プロセスは、ステップ３０１に戻り、ビデオパケットを受信及びバッファリングする。結果がＹｅｓのとき、プロセスはステップ３０５に進む。ステップ３０５で、ビデオパケットバッファは、到来するビデオパケットを受信するためにクリアされる。次いで、ステップ３０６で、ビデオストリームが終了されたかが判定される。結果がＮｏであるとき、プロセスは、ステップ３０１に戻り、ビデオパケットを受信及びバッファリングする。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態に係る例示的な受信機２００を例示するブロック図である。受信機２００は、ビデオデコーダ２０１、ＦＥＣデコーダ２０５、ビデオバッファ２０４、ＦＥＣバッファ２０２、パケットディスパッチャ２０３及びビデオプレーヤ２０６を含む。
【００２２】
パケットディスパッチャ２０３は、ビデオパケット及びＦＥＣパケットにアウトサイドネットワークから受信されたビデオデータを分離する。受信されたビデオストリームは、（図示せず）チューナにより選択することができ、これにより、ユーザは、チャネルにおける様々なＴＶプログラムのような異なるチャネルから異なるビデオストリームを再生することができる。チューナ及び先の選択は本発明において必要とは限らないことは、当業者にとって知られる。代替的に、あるチャネルからのビデオストリームは、受信機２００で受信される。
【００２３】
ＦＥＣバッファ２０２は、パケットのロスを回復するためのＦＥＣデコーダ２０５によるデコードのため、ＦＥＣデータパケットを記憶する。ビデオバッファ２０４は、ビデオデコーダ２０１によるデコードのため、ビデオパケット及び回復されたビデオデータを記憶する。デコードされたビデオデータは、再生のためにビデオプレーヤ２０６に出力される。ビデオデコーダ２０１におけるデコードプロセスは、当該技術分野で知られており、その詳細な説明は、本実施の形態で省略される。ＦＥＣバッファ２０２及びＦＥＣデコーダ２０５におけるプロセスは、以下のように詳細に記載される。
【００２４】
ＦＥＣバッファ２０２は、あるチャネルのビデオストリーム及びＦＥＣパケットを再生するのを開始したとき、あるチャネルのＦＥＣパケットを蓄積するのを開始する。チャネルは、受信機をスタートアップするときのチャネルであるか、又はあるチャネルから別のチャネルに切り替えるときの新たなチャネルである。ビデオパケットのロスが検出された場合、ＦＥＣデコーダ２０５は、同じブロックにおける受信されたビデオパケットとそれぞれのレベルのブロックに関連するＦＥＣパケットとの組み合わせを使用することで、欠けているビデオパケットをデコード及び回復し始め、次いで、回復されたビデオパケットは、ビデオストリームを復号化するためにビデオデコーダ２０１に供給される。受信機におけるビデオ復号化について上述されるように、レベル１でブロックを復号化するために必要とされるに十分なビデオパケットの数はＡであり、レベル２でブロックを復号化するために必要とされるに十分なビデオパケットの数は４Ａである。したがって、レベル１でブロックを復号化するための時間遅延は、レベル２でのそれよりも短く、レベル１は、ビデオストリームをはじめに復号化するために使用され、次いで、レベル２は、ビデオストリームを完全に復号化するために使用される。したがって、時間遅延は、レベル１を使用することで減少され、復号化の品質は、レベル２を使用することで保証される。
【００２５】
代替的に、２を超えるレベルが存在する場合、最小のブロックサイズをもつレベルがはじめに使用され、次いで、多くのブロックサイズをもつ別のレベルが使用され、最後に、最も大きなブロックサイズを持つレベルは、必要とされるパフォーマンスを実現するために使用される。
【００２６】
図５は、受信機２００における２レベルのＦＥＣ復号化を例示する図である。図５では、ビデオバッファ２０４における幾つかの欠けているパケットが示される。本実施の形態では、失われたパケットがＦＥＣのレベル１により回復することができる場合、回復されたブロックは、（ｔ１で）レベル１で約１ブロック（Ａパケット）の遅延を有し、さもなければ、（ｔ２で）レベル２で約１ブロック（４Ａパケット）の遅延が存在するとき、ブロックは、ＦＥＣのレベル２により回復することができる。
【００２７】
図４では、ビデオプレーヤ２０６は、ビデオストリームを再生するため、ビデオデコーダ２０１から復号化されたビデオストリームを読取る。ビデオパケットがビデオプレーヤ２０６により読取られた後、バッファから即座に除かれる。レベル２の復号化について十分なパケットを蓄積するため、リアルタイムレートよりも低い再生レートは、レベル２でブロックサイズの十分な数のパケットをバッファが蓄積するまで、ビデオを再生するために使用される。バッファリングされたパケットが通常（リアルタイム）速度で再生される場合、蓄積されるべきレベル２のＦＥＣ復号化について十分なブロックが存在しない。
【００２８】
この実施の形態では、再生レートがリアルタイムレートよりも低い限り、バッファの占有は増加し続ける。最小のバッファリングは、レベル１（Ａパケット）で１ブロックであり、レベル１でのＦＥＣパケットは、所定量の誤りを回復することができる。バッファの占有は、レベル２での１ブロック（４Ａパケット）まで増加し、レベル２でＦＥＣパケットにより回復されたブロックは、ドロップされる前に使用することができる。
【００２９】
なお、リアルタイムレートは、バッファが所与のレベル（レベル２）について必要とされるサイズ（４Ａ）に満たされた後に、ビデオストリームを再生するために再開されるべきである。低速の再生のために時間期間（Ｔ）は、１）スローレートとノーマルレートとの差（delta_R）、２）２つのレベル間のバッファ要件の差（delta_B）に依存する。Ｔ＝delta_B／delta_Rである。
【００３０】
チャネル切り替えの時間からＴ１を考慮してレベル２のＦＥＣのためのターゲットとなる遅延が与えられると、データ蓄積のために使用されるべきスローレートＲ0を発見することができる。
【００３１】
本方法は、以下に示される。  
１．通常の再生レートＲが与えられると、レベル１のブロックサイズはＡであり、レベル２は４Ａである。  
２．チャネル切り替え時間は、Ｔ0＝Ａ／Ｒである。  
３．４Ａへのバッファの蓄積は、Ｔ1−Ｔ0＝delta_B／（Ｒ−Ｒ0）である。  
４．したがって、スローレートは、Ｒ0＝Ｒ−delta_B／（Ｔ1−Ｔ0）である。
【００３２】
期間Ｔの後、２レベルのＦＥＣ符号化は、良好な品質を得るために使用される。代替的に、レベル２のみが使用され、このレベル２は、良好な品質を得ることができ、ＦＥＣ符号化の複雑度を低減することができる。
【００３３】
図６は、受信機におけるマルチレベルパケットの訂正の方法を示すフローチャートである。ステップ６０１で、ビデオパケットは、アウトサイドネットワークから受信され、受信機２００においてバッファリングされる。次いで、ステップ６０２で、ビデオパケットバッファは、ＦＥＣデコーダにより消費され、欠けているパケットがあれば回復される。
【００３４】
ステップ６０３で、ＦＥＣ復号化後のビデオパケットは、プレーヤ２０６で再生される。ステップ６０４で、ビデオパケットバッファは、次のブロックの到来するビデオパケットで満たされる。次いで、ステップ６０５で、ビデオストリームが終了であるかが判定される。結果がＮｏであるとき、プロセスはステップ６０１に戻り、ビデオパケットを受信及びバッファリングする。
【００３５】
上述されたチャネル符号化のために予め決定されたマルチレベルＦＥＣを使用する代わりに、再送信（ＡＲＱ）メカニズムを要求する結果、ダイナミックマルチレベルＦＥＣ方法を有する。たとえば、チャネルの品質が良好である場合、レベル１のＦＥＣパケットのみが送信される。チャネルの品質が悪くなる場合、受信機は、ＡＲＱ要求を送信機に送出する。受信機側での誤り訂正のパフォーマンスを改善するため、レベル２のＦＥＣパケットが送信機により送出される場合がある。
【００３６】
上述されたように、本発明の実施の形態における方法及び装置によれば、ひとたびユーザがＴＶプログラムチャネルをスイッチすると、新たなＴＶプログラムがＤＥＣの第一のレベルに対応する短い遅延による見ることができる。しかし、チャネルの状態が十分に良好ではない場合、パケットのロスは、しばらくの間に全て回復されない場合がある。したがって、ビデオの品質は、幾つかのマイクロブロック又はドロップフレームにより同時に苦しむ。しかし、時間の経過につれて、ビデオ品質は、たとえば〜１０秒といった、第二のレベルのＦＥＣが効力を生じた期間後に増加される。適応的なパケットロスの回復アプローチは、ＦＥＣブロックサイズとチャネル切り替え時間との間のトレードオフを解決する。
【００３７】
本発明の原理に基づく特定のプロセスが上述されたが、本発明に対する限界であると考慮すべきではない。たとえば、上述されたように、ＴＶ送信機及び受信機は、本発明の実施の形態を例示するために使用される。しかし、他のビデオ送信及び再生システムを使用することができること、更に他のデータ送信及び受信システムを使用することができることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明は、データストリームを迅速に復号化して、復号化されたデータストリームが必要とされる品質を有するように、受信の時間遅延が余りに長いという課題を解決するため、ＦＥＣ符号化による符号化及び復号化システムで使用することができる。
【００３８】
上述した内容は、本発明の原理を単に例示するものであって、本明細書で明示的に記載されていないが、当業者であれば、本発明の原理を実施し、且つ本発明の精神及び範囲にある様々な代替的なアレンジメントを創作することができることを理解されたい。様々な変更が実施の形態を例示するために行われ、他のアレンジメントが特許請求の範囲により定義されるように本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに創作される場合があることを理解されたい。
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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