(57)【要約】  ネットワークを介して、オーディオ及びビデオストリーム等のストリーミングデータをアイソクロナス方式で通信するための方法及び装置を提供する。電力線通信（５０）ネットワーク又は他のＩＰ接続を基本にしたネットワークを使用できる。ハードウェア（８２）は、ＭＰＥＧストリーミングデータ等のストリーミングデータをパケット化し、パケットは、例えば、各通信サイクル（３２ａ，３２ｂ）内の無競合期間に、ＩＰ物理層において、通信される。予約メカニズムは、バックオフ技術を利用し、単一の送信機が所定のデータストリームのアイソクロナス通信のためにスロットを予約する。処理要素は、複数の送信機が通信を競うことができるので競合期間（３４）とも呼ばれる各通信サイクルの残りの部分において、データの非同期通信を行うためのみにパケット化を処理する。アイソクロナス通信のためのアドレッシングは、ＩＰアドレッシングではなく、ＭＡＣアドレッシングによって行われる。上位の層制御メカニズムについては、既存のＩＰスタック及びプロトコルを再利用できる。
2008511214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信装置において、
ストリーミングデータを、通信サイクル内の無競合期間に通信されるように、上記ＩＰ接続を基本にしたネットワークの物理層内でパケット化又は逆パケット化するパケット化／逆パケット化手段と、
非同期データを、上記通信サイクル内の残りの部分である競合期間に通信されるようにパケット化又は逆パケット化する制御回路とを備えるデータストリーム通信装置。
【請求項２】
上記パケット化／逆パケット化手段は、ストリーミングデータを受信し、データをパケットフォーマットに符号化し、ストリーミングデータをアイソクロナスデータパケットにパケット化するハードウェア回路を含むことを特徴とする請求項１記載のデータストリーム通信装置。
【請求項３】
上記パケット化／逆パケット化手段は、上記無競合期間において、上記ストリーミングデータの通信のためにスロットを予約し、該予約されたスロットが解放されるまで、他の如何なる送信機も該予約されたスロットについて競合できないことを特徴とする請求項１記載のデータストリーム通信装置。
【請求項４】
上記制御回路は、非同期データを受信し、通信サイクル内の競合期間へ／からの該非同期データのパケット化及び逆パケット化を制御するプログラムを実行するマイクロプロセッサを備えることを特徴とする請求項１記載のデータストリーム通信装置。
【請求項５】
インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信装置において、
連続した通信サイクルに応じてネットワーク上のビーコン信号を検出するフレーム指示回路と、
ソースからストリーミングデータを受信し、該ストリーミングデータをデジタルパケットベースのフォーマットに符号化するエンコーダと、
上記エンコーダから、符号化されたパケットを受信し、上記通信サイクル内の無競合期間におけるアイソクロナス伝送のためにデータをパケット化するインタフェース回路と、
非同期データを、上記通信サイクルの上記無競合期間を除く部分である競合期間に通信するためにパケット化するコントローラ回路とを備えるデータストリーム通信装置。
【請求項６】
上記ＩＰ接続を基本にしたネットワークは、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを含むことを特徴とする請求項５記載のデータストリーム通信装置。
【請求項７】
上記ストリーミングデータは、オーディオデータ、ビデオデータ又はオーディオ及びビデオデータの組合せを含むことを特徴とする請求項５記載のデータストリーム通信装置。
【請求項８】
上記エンコーダは、モーションピクチャエキスパートグループ（ＭＰＥＧ）に基づくエンコーダを含むことを特徴とする請求項５記載のデータストリーム通信装置。
【請求項９】
上記コントローラ回路は、非同期データを受信し、通信サイクル内の競合期間へ／からの該非同期データのパケット化及び逆パケット化を制御するプログラムを実行するマイクロプロセッサを備えることを特徴とする請求項５記載のデータストリーム通信装置。
【請求項１０】
インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信方法において、
ＩＰ接続を基本にしたネットワークにおいて、連続した通信サイクルをビーコン信号によってマーキングするステップと、
各連続した通信サイクルを無競合期間及び競合期間に分割するステップと、
受信したストリーミングデータを連続したアイソクロナスデータパケットにパケット化するステップと、
無競合期間内で使用可能なタイムスロットを検出するステップと、
上記連続したアイソクロナスデータパケットを通信するために使用可能なタイムスロットを予約するステップと、
上記アイソクロナス通信のためにメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレスを生成するステップと、
上記使用可能なタイムスロット内で、上記アイソクロナスデータパケットを、上記インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークに接続されている他の機器に送信するステップとを有するデータストリーム通信方法。
【請求項１１】
上記連続した通信サイクルのマーキングは、ネットワークに接続され、バスマスタとして動作する機器によって実行されることを特徴とする請求項１０記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１２】
上記無競合期間の長さは、該無競合期間の長さをシグナリングするバスマスタ機器によって確立された固定長又は可変長であることを特徴とする請求項１０記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１３】
上記可変長無競合期間の終期は、バスマスタによって生成された信号に基づいて定められることを特徴とする請求項１２記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１４】
無競合期間において、２つ以上アイソクロナス送信機器が所定のタイムスロットを予約しようとする場合、バックオフ技術が使用されることを特徴とする請求項１０記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１５】
上記バックオフ技術は、搬送波感知多元アクセス（ＣＳＭＡ）技術を含むことを特徴とする請求項１４記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１６】
ソースからストリーミングデータの各パケットには、ソースパケットヘッダが添付されており、
アイソクロナスパケットを形成するため、ヘッダを有する少なくとも１つのソースパケットには、上記アイソクロナスパケットヘッダが添付されており、
バスパケットを形成するため、アイソクロナスヘッダを有する少なくとも１つのアイソクロナスパケットには、バスパケットヘッダが添付されていることを特徴とする請求項１０記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１７】
上記ソースパケットヘッダは、タイムスタンプを含むことを特徴とする請求項１６記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１８】
上記ソースパケットは、１８８バイトの情報を含み、
上記ソースパケットヘッダは、４バイトの情報を含み、
上記アイソクロナスパケットヘッダは、４バイトの情報を含み、
上記バスパケットヘッダは、メディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレス及びフレーム検査シーケンスを含む２２バイトの情報を含むことを特徴とする請求項１６記載のデータストリーム通信方法。
【請求項１９】
上記バスパケットヘッダは、少なくとも１つのメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレスを含むことを特徴とする請求項１６記載のデータストリーム通信方法。
【請求項２０】
上記ＩＰ接続を基本にしたネットワークは、インターネットプロトコル（ＩＰ）に基づく電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを含むことを特徴とする請求項１０記載のデータストリーム通信方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００４年８月２０日に出願された米国仮特許出願番号第６０／６０３，４８５号、及び２００５年１月２８日に出願された米国非仮特許出願番号１１／０４５，７３５号の優先権を主張する。これらの特許文献全体は、引用により本願に援用される。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
適用なし
コンパクトディスクにより提出された参考資料
適用なし
【著作権の表示】
【０００２】
本特許書類の開示の一部は、米国及び他国の著作権法に基づき、著作権の保護対象となる。著作権者は、何人も、特許商標庁の特許出願又は記録に示された形で特許書類又は特許開示を複製することについては異議はないが、その他の点については全著作権を留保する。著作権所有者は、ＣＦＲ３７§１．１４に定義される権利を含む、本特許書類を秘密に維持する如何なる権利も放棄しない。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、インターネットプロトコル（ＩＰ）指向の通信ネットワークに関し、特に、ＩＰ接続を基本にしたネットワークと共に用いられるアイソクロナスプロトコルに関する。
【背景技術】
【０００４】
オーディオ及び／又はビデオ（ＡＶ）ストリームは、イーサネット（登録商標）、無線（ＩＥＥＥ８０２．１１等）、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク（すなわち、ＨｏｍｅＰｌｕｇ：商標）等の多数のネットワークのいずれかを介して、サーバからクライアントに送信されることが多い。これらのネットワークは、通常、インターネットプロトコル（Internet protocol：ＩＰ）に基づき、例えば、図１に示すようなプロトコルスタックを有する。図１の左側は、開放型システム間相互接続（open systems interconnect：ＯＳＩ）７−階層モデルを示している。一方、図１の右側は、ＡＶストリームがイーサネットを介して通信される際の実際のプロトコルスタックを示している。
【０００５】
まず、リアルタイムトランスポートプロトコル（Real-time transport protocol：ＲＴＰ）に基づいて、モーションピクチャエキスパートグループ−トランスポートストリーム（Motion Picture Experts Group -Transport Stream：ＭＰＥＧ−ＴＳ）がパケット化される。送信条件のフィードバックを提供するためには、主に、ＲＴＰ制御プロトコル（RTP Control Protocol：ＲＴＣＰ）が用いられる。クライアントは、リアルタイムストリーミングプロトコル（Real-Time Streaming Protocol：ＲＴＳＰ）を用いて、サーバに制御コマンド（すなわち、停止、早送り等）を送信する。ＲＴＰ及びＲＴＣＰパケットは、ユーザデータグラムプロトコル（User Datagram Protocol：ＵＤＰ）に基づいてパケット化される。ＲＴＳＰは、伝送制御プロトコル（Transmission Control Protocol：ＴＣＰ）によってパケット化される。このようにして生成された全てのパケット及びコマンド等は、インターネットプロトコル（ＩＰ）に基づいて処理される。ＩＰパケットは、イーサネットメディアアクセスコントロール（Media Access Control：ＭＡＣ）層に供給された後、送信のためにイーサネット物理層に供給される。サーバは、パケット化処理を実行する。受信機（クライアント）側では、図２に示すように、データは、逆方向に逆パケット化される。
【０００６】
現在のＡＶストリーミングのためのＩＰスタックには、冗長性を含む多くの問題がある。なお、殆どのデジタル放送プログラムは、ＭＰＥＧ−ＴＳを使用し、ＭＰＥＧ−ＴＳパケットは、ＲＴＰ、ＵＤＰ、ＩＰ等のプロトコルによって、繰り返しラッピングされる。これらのプロトコルには、それぞれのヘッダがあり、及びかなり量のオーバヘッドを含む。他の問題点として、ソフトウェアによってオーバヘッドが大きいパケット化処理が実行され、この処理は時間が掛かり、処理速度は、ホストプロセッサの負荷に依存する。また、ホストバスの構成も解決すべき実質的な課題となる。なお、ＡＶストリームのタイムクリチカルな性質のため、時間が掛かるソフトウェア処理が許容されないこともある。
【０００７】
ＡＶストリームは、通常、ＰＣＩバスを介して、あるハードウェアブロックから他のハードウェアブロックに（例えば、メモリからイーサネットインタフェースに）供給される。ＰＣＩバスは、広帯域バスであるが、ＰＣＩバスがビジー状態の場合、バス通信を待機する必要があり、予測できない遅延が生じることがある。したがって、既存のＩＰスタックメカニズムは、ＡＶストリームの実質的にアイソクロナスな性質にそぐわない。上述したような問題があるにもかかわらず、既存のＩＰスタックは、広く普及しているために、ＡＶストリームの通信に用いられることが多い。
【０００８】
ＩＰ接続を基本にしたネットワークの原則的に非同期な性質に対し、ＩＥＥＥ１３９４ネットワーク規格は、主にＡＶアプリケーションに対応するように開発された。ＩＥＥＥ１３９４は、非同期モードと、アイソクロナスモードの２つの通信モードで動作できる。ここでは、非タイムクリティカルなデータ及び包括的なデータ転送は、非同期伝送で処理され、ＡＶストリーム等のタイムクリティカルなデータは、アイソクロナスモードで処理される。
【０００９】
図３は、既存のＩＥＥＥ１３９４ネットワークの構成を示すブロック図であり、この構成では、非同期データは、トランザクション層を介してリンク層に供給され、アイソクロナスデータは、リンク層に直接供給される。
【００１０】
図４〜図７は、アイソクロナス伝送のためのＭＰＥＧ−ＴＳストリームのパケット化を説明する図である。図４に示すように、１８８バイトの各ＭＰＥＧ−ＴＳパケットにソースパケットヘッダ（４バイト）が添付される。ソースパケットヘッダは、２５ビットのタイムスタンプを含む。各パケットには、ＩＥＥＥ１３９４ハードウェアのトランスポートインタフェースにおいて、パケットがリンク層に実際に到着した時刻を示すタイムスタンプが付され、各パケットは、幾つかのデータブロックに分割される。
【００１１】
図５Ａは、ＩＥＥＥ１３９４コンフィグレーションに基づくバスパケットの構造を示している。１又は複数のデータブロックは、割り当てられたタイムスロットに適合するように、１つのバスパケットに再パケット化される。各バスパケットには、アイソクロナス伝送のための必要最小限の情報を含むコモンアイソクロナスパケット（Common Isochronous Packet：ＣＩＰ）ヘッダ及びアイソクロナスパケットヘッダが添付される。受信機側では、パケットは、逆の順順序で逆パケット化され、データブロックが結合され、元のＭＰＥＧ−ＴＳパケットが再構築される。ＩＥＥＥ１３９４ハードウェアは、タイムスタンプに応じてパケットを出力する。なお、アイソクロナスフォーマットは、ＩＰベースのプロトコルより冗長性が低い。
【００１２】
図５Ｂは、図５Ａに示すＩＥＥＥ１３９４コンフィグレーションに基づくバスパケットのＣＩＰヘッダの構造を示しており、ＣＩＰヘッダは、ＳＩＤ、ＤＢＳ、ＦＮ、ＱＰＣ、ＳＰＨ、ＤＢＣ、ＦＭＴ、ＦＤＦ及びオプションとしてＳＹＴのフィールドを含む。
【００１３】
図５Ｃは、図５Ａに示すＩＥＥＥ１３９４コンフィグレーションに基づくバスパケットの、タイムスタンプ及び予約されたビットを含むソースパケットヘッダの構造を示している。
【００１４】
図６は、図５Ａに示すＩＥＥＥ１３９４コンフィグレーションに基づくバスパケット内のヘッダフィールドのマッピングを示している。
【００１５】
図７は、図５Ｂに示すＩＥＥＥ１３９４コンフィグレーションに基づくＣＩＰヘッダ内のフィールドのマッピングを示している。
【００１６】
市場の大半のシステムがＩＰネットワークに接続されているため、ＩＥＥＥ１３９４ネットワークは、多くの利点を有するが、広く採用されてはいない。更に、例えば、ユニバーサルプラグアンドプレイ（Universal Plug and Play：ＵＰｎＰ）及びデジタルリビングネットワークアライアンス（Digital Living Network Alliance：ＤＬＮＡ）等、最も普及している中間層及びアプリケーション層は、ＩＥＥＥ１３９４ネットワークではなく、ＩＰネットワークで使用するために構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、ＩＰ接続を基本にしたネットワークにおいて、アイソクロナス通信を効率的にサポートするためのシステム及び方法の実現が望まれている。本発明の目的は、このようなシステム及び方法を実現し、これまでに開発されているパケットベースのデジタル通信規格の問題点を克服するデータストリーム通信装置及びデータストリーム通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク等、インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信方法及びデータストリーム通信方法を提供する。これにより、ＩＰ接続を基本にしたネットワークに接続された機器間において、オーディオ及びビデオ（ＡＶ）データストリーム等のストリーミングデータの転送効率が高められる。ネットワークの通信サイクルは、アイソクロナス通信が実行される無競合部分と、非同期通信をサポートするために使用される残りの部分とに分割される。本発明に基づくアイソクロナス通信は、ストリーミングデータをパケット化し、サイクルの無競合部分でタイムスロットを介してパケットを通信する物理層におけるハードウェアによって実行される。本発明のアイソクロナス通信メカニズムは、アイソクロナスデータパケットを通信するための既存のデータ構造と互換性がある。非同期通信は、好ましくは、ＩＰプロトコル層を実現するソフトウェアに応じてパケット化及び通信を実行するマイクロプロセッサによって処理される。
【００１９】
ＩＰ接続を基本にしたネットワークを介してアイソクロナス通信を実行するデータストリーム通信方法及びデータストリーム通信装置は、以下に限定されるものではないが、以下に説明するような多くの異なる形式を有する実施の形態によって実現される。
【００２０】
インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信装置は、（ａ）ストリーミングデータを、通信サイクル内の無競合期間に通信されるように、ＩＰ接続を基本にしたネットワークの物理層内でパケット化又は逆パケット化するパケット化／逆パケット化手段と、（ｂ）非同期データを、通信サイクル内の残りの部分である競合期間に通信されるようにパケット化又は逆パケット化する制御回路とを備える。パケット化／逆パケット化手段は、好ましくは、ストリーミングデータを受信し、データをパケットフォーマットに符号化し、ストリーミングデータをアイソクロナスデータパケットにパケット化するハードウェア回路を含む。パケット化／逆パケット化手段は、無競合期間において、ストリーミングデータの通信のためにスロットを予約し、予約されたスロットが解放されるまで、他の如何なる送信機も予約されたスロットについて競合できない。制御回路は、非同期データを受信し、通信サイクル内の競合期間へ／からの非同期データのパケット化及び逆パケット化を制御するプログラムを実行するマイクロプロセッサを備える。
【００２１】
更に、本発明に係るデータストリーム通信装置は、インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワーク（例えば、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク）を介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信装置において、（ａ）連続した通信サイクルに応じて（通信サイクルを示す）ネットワーク上のビーコン信号を検出するフレーム指示回路と、（ｂ）ソースからストリーミングデータ（ＭＰＥＧ）を受信し、ストリーミングデータをデジタルパケットベースのフォーマットに符号化するエンコーダと、（ｃ）エンコーダから、符号化されたパケットを受信し、通信サイクル内の無競合期間におけるアイソクロナス伝送のためにデータをパケット化するインタフェース回路と、（ｄ）非同期データを、通信サイクルの競合期間に通信するためにパケット化するコントローラ回路とを備える。ストリーミングデータは、好ましくは、オーディオデータ、ビデオデータ又はオーディオ及びビデオデータの組合せを含む。なお、これらのデータをアイソクロナス方式で通信することにより、サービス品質（ＱｏＳ）を確実に維持することができる。本発明は、アイソクロナス通信のためのハードウェアと、タイムクリティカルではない非同期通信のためのソフトウェアとの間で処理を分割する。非同期通信を処理するコントローラ回路は、好ましくは、非同期データを受信し、通信サイクル内の競合期間へ／からの非同期データのパケット化及び逆パケット化を制御するプログラムを実行するマイクロプロセッサマイクロコントローラ又は同様のプログラミング可能なデータ要素を含む。
【００２２】
また、本発明に係るデータストリーム通信方法は、インターネットプロトコル（ＩＰ）接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス方式でデータストリームを通信するデータストリーム通信方法において、（ａ）ＩＰ接続を基本にしたネットワークにおいて、連続した通信サイクルをビーコン信号によってマーキングするステップと、（ｂ）各連続した通信サイクルを無競合期間及び競合期間に分割するステップと、（ｃ）受信したストリーミングデータを連続したアイソクロナスデータパケットにパケット化するステップと、（ｄ）無競合期間内で使用可能なタイムスロットを検出するステップと、（ｅ）連続したアイソクロナスデータパケットを通信するために使用可能なタイムスロットを予約するステップと、（ｆ）アイソクロナス通信のためにメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）アドレスを生成するステップと、（ｇ）使用可能なタイムスロット内で、アイソクロナスデータパケットを送信するステップと、（ｈ）例えば、宛先機器等で、使用可能なタイムスロットにおいて、データストリームを受信するステップとを有する。
【００２３】
連続した通信サイクルのマーキングは、好ましくは、ネットワークに接続され、バスマスタとして動作する機器、例えば、ネットワークの基本サーバとして動作する機器によって実行される。無競合期間の長さは、無競合期間の長さをシグナリングするバスマスタ機器によって確立された固定長又は可変長であってもよい。可変長の無競合期間を用いることにより、非同期データとアイソクロナスデータとの比率が変化した際に、ネットワークをより効率的に動作させることができる。可変長の無競合期間の終期は、バスマスタによって生成された信号に基づいて、容易に確立することができ、これにより、無競合期間の長さを定めることができる。無競合期間において、２つ以上アイソクロナス送信機器が所定のタイムスロットを予約しようとする場合、バックオフ技術（back-off technique）を使用してもよい。例えば、このようなバックオフ技術の１つとして、搬送波感知多元接続（carrier sense multiple access：ＣＳＭＡ）技術を用いてもよい。
【００２４】
本発明は、以下に限定されるものではないが、以下に示すような多くの利益及び利点を提供する。
【００２５】
本発明の側面であるデータストリーム通信方法及びデータストリーム通信装置により、ＩＰ接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス伝送を実行することができる。
【００２６】
本発明の他の側面により、ＩＰベースの電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを介して、アイソクロナス伝送を実現することができる。
【００２７】
本発明の他の側面により、ＩＰベースのネットワークを介して、ＡＶストリームのアイソクロナス伝送を実現することができる。
【００２８】
本発明の他の側面として、冗長なＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰパケット化を行うことなく、ＩＰ接続を基本にしたネットワークを介して、アイソクロナス通信を行うことができる。
【００２９】
本発明の他の側面として、ＩＰ接続を基本にしたネットワークを介して、ＭＰＥＧストリームのアイソクロナス通信を行うことができる。
【００３０】
本発明の他の側面として、アイソクロナスストリームをハードウェアによって処理し、非同期ストリームをソフトウェアによって処理するアイソクロナス通信を実現できる。
【００３１】
本発明の他の側面として、ソフトウェアを用いた手法に比べて、オーバヘッド、遅延及びジッタが低減されたアイソクロナス通信を実行するハードウェアを提供することができる。
【００３２】
本発明の他の側面として、ＱｏＳ保証をサポートするアイソクロナス通信内で十分なサービス品質（ＱｏＳ）を提供することができる。
【００３３】
本発明の他の側面として、既に使用できるイーサネットＭＡＣ層及び物理層と互換性があるアイソクロナス通信を提供することができる。
【００３４】
本発明の他の側面として、ＩＰ接続を基本にしたネットワーク内で、既存のＩＰスタック及び上位の層制御のためのプロトコルを用いて、アイソクロナス通信を提供することができる。
【００３５】
本発明の他の側面として、ＩＰ接続を基本にしたネットワーク内でＵＰｎＰ及びＤＬＮＡスタックを用いてアイソクロナス通信を提供することができ、これらの既存のプロトコルを再利用することによって、開発資源及びシステムコストを削減できる。
【００３６】
本発明の更なる側面として、ＩＰ接続を基本にしたインフラストラクチャ内に容易に組み込むことができるアイソクロナス通信機能が実現される。
【００３７】
本発明の更なる側面は、以下の説明の部分によって明らかとなり、この詳細な説明は、本発明の好適な実施形態を完全に開示するものであり、本発明を制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、図８乃至図１７に示す本発明に基づく装置を用いて、本発明を例示的に説明する。なお、ここに例示する装置の構成及び要素の詳細、及び方法の特定のステップ及び順序は、本発明の基本的な概念から逸脱することなく変更することができる。
【００３９】
本発明は、ＩＰ接続を基本にしたネットワークにおいて、アイソクロナス通信を行うための装置及び方法を提供する。本発明により、ＩＰ接続を基本にしたあらゆるネットワーク内において、アイソクロナス通信を容易にサポートすることができる。以下の説明では、主に、ＩＰ接続を基本とした電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを説明するが、本発明に基づく方法及び装置は、他のＩＰ接続を基本にしたネットワークにも適用できることは明らかである。
【００４０】
図８は、ＩＰスタックを使用することなく、ＭＡＣ層１２、１４の間でＭＰＥＧ−ＴＳストリーム１６を通信する構成１０を示している。
【００４１】
図９及び図１０は、アイソクロナス伝送フォーマットの実施の形態におけるアイソクロナスパケットヘッダフォーマットの構成を示している。一実施の形態においては、パケットヘッダの長さは、図９に示すように、４バイト（３２ビット：１クワドレット）からなる。最初の２ビットは、将来の使用のために確保されている。フィールドＦＭＴ−ＩＤ（６ビット）は、ＭＰＥＧ−ＴＳ等のストリームフォーマット種類を示す。フィールドＤＢＣ（８ビット）は、連続するブロックの数を示すデータブロックカウントを示し、ＤＢＣをチェックすることによって、欠落ブロックを検出することができる。フィールドＦＮ（２ビット）は、フラクション数を表し、例えば、１、２又は３は、それぞれ１９２、９４又は６４バイトを表す。フィールドＤＢＮ（３ビット）は、パケット内のブロックの数を示す。また、最後の３ビットフィールド（３ビット）も将来の使用のために確保されている。予備の領域の拡張ビットを定義することによって、アイソクロナスパケットヘッダは、例えば、ヘッダ巡回冗長検査（Cyclic Redundancy Check：ＣＲＣ）及び他のヘッダ情報を含む１つ以上のクワドレットを有することとなる。
【００４２】
図１１は、一例として、ＤＢＳを１９２バイトとし、ＦＮを１として、本発明に基づくパケット化を示している。この場合、ＭＰＥＧ−ＴＳパケットは、より小さいブロックに分割されない。ソースパケットヘッダ（４バイト）は、例えば、２５ビットのタイムスタンプ値を含み、図５Ｃに示すＩＥＥＥ１３９４ソースパケットヘッダに一致するように又はこれより小さくなるようにフォーマットできる。なお、ソースパケットヘッダ及び本発明に基づく他のパケット構造は、所望の如何なるフォーマットに基づいて構成してもよい。なお、ＩＥＥＥ１３９４等の幾つかの既存のパケット規格に従うことによって、通信プロトコルのためのプログラミングの一部を再利用でき、開発コストを削減することができる。
【００４３】
アイソクロナスパケットは、アイソクロナスパケットヘッダと、長さが１９２バイトの１つ以上のソースパケットとを含む。図１１の左側のアイソクロナスパケットには２つのブロックがあるので、このアイソクロナスパケットのＤＢＮは、２である。なお、この具体例では、ブロックは、単一なＭＰＥＧ−ＴＳパケットと同等である。一方右側のアイソクロナスパケットのＤＢＮは、１である。左のパケットのフィールドＤＢＣがｎである場合、後続するパケットのＤＢＣは、ｎ＋２となる。バスパケット（フレーム）は、バスパケットヘッダと、アイソクロナスパケットと、４バイトＣＲＣ（巡回冗長検査）コードとを含む。
【００４４】
図１２は、イーサネットフレームヘッダと同様に構成されたバスパケットヘッダ（２２バイト）の具体例を示している。バスパケットヘッダは、この具体例では、６４ビットのプリアンブルと、４８ビットの宛先ＭＡＣアドレスと、１６ビットの種類／長さ情報とを含む。バスパケットの最後には、フレーム検査シーケンス（Frame Check Sequence：ＦＣＳ）として、４個バイトＣＲＣが置かれている。なお、ここでは、ＩＰアドレスの代わりにＭＡＣアドレスを用いて、ソース又は宛先が特定される。後に、更に詳細に説明するように、各ＭＡＣアドレスは、アドレス解決プロトコル（Address Resolution Protocol：ＡＲＰ）によって、そのＩＰアドレスに一意的に関連付けられている。ペイロードフィールドは、１つ以上のアイソクロナスパケットを含み、イーサネットペイロード長は、最大１５００バイトである。バスパケットは、最大７つのアイソクロナスパケットを含む（（１９２×７）＋４バイト）。
【００４５】
図１３は、ブロックが２個の場合（ＤＢＳが９６バイトであり、ＦＮが２である場合）の具体例を示している。なお、ＰＬＣネットワークがビジー状態であり、アクセス時間スロットの長さが不十分な場合、ソースパケットを複数のブロックに分割できる。アイソクロナスパケットは、ヘッダと、１つ以上のブロックとを含む。図１２の左側のアイソクロナスパケットでは、フィールドＤＢＮの値は１であり、ＤＢＣはｎである。一方、中央のパケットでは、ＤＢＮの値は２であり、ＤＢＣはｎ＋１であり、右側のパケットでは、ＤＢＮの値は１であり、ＤＢＣはｎ＋３である。バスパケットヘッダ及びＣＲＣは、上述したように、各アイソクロナスパケットに添付される。バスパケットを短くすることによって、短いタイムスロットの使用効率を高めることができる。
【００４６】
図１４は、水平軸を時間軸として、ＰＬＣバスアクセスの具体例を示している。ビーコンマスタ機器、通常、サーバは、サイクルビーコン信号（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を電力線に送信する。ビーコンサイクルは、（１）無競合期間及び（２）競合期間の２つの部分に分割される。無競合期間は、アイソクロナス送信のために用いられる。新たなアイソクロナス送信が開始される前に、使用可能なタイムスロットを検出しなければならない。ストリーミングの送信の間、タイムスロットが使用可能になると、そのタイムスロットは、各サイクルのために予約される。図１４において、送信３２ａは、使用可能なタイムスロット内で無競合期間に送信されるアイソクロナスバスパケット（フレーム）を表す。これに続く無競合期間では、同じタイムスロットは、同じストリームの送信３２ｂのために使用されている。現在の送信が終了すると、タイムスロットは、他の送信のために解放される。
【００４７】
２つ以上の送信が同じスロットを獲得しようと試みた場合、これらは、好ましくは、搬送波感知多元接続（Carrier Sense Multiple Access：ＣＳＭＡ）等のランダムバックオフ技術に基づいてリトライを試みる。ＩＰベースの非同期通信は、イーサネットのように、ＣＳＭＡに基づき、競合期間内に実行される。また、図１４には、競合期間に通信される非同期通信に関連するバスパケット３４も示されている。なお、非同期伝送については、次の競合期間において、タイムスロットの確保は保証されない。競合期間及び無競合期間の長さは、固定長であっても可変長であってもよい。可変長の期間を用いる場合、ビーコンマスタ等の機器が無競合期間の終期を示すサイクル信号を送信する。
【００４８】
図１５は、サーバ５４とクライアント５６の間で動作する電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク５２の具体的構成例５０を示している。なお、ここでは、クライアント５６をテレビジョンセットとして示しているが、ＰＬＣネットワークでは、様々なクライアントをサポートできる。サーバ５４は、例えば、アンテナ、ケーブルネットワーク、衛星ネットワーク、リムーバブル又は固定メディアプレーヤ、カメラ／カムコーダ等を含むプログラミングソース５８から信号を受信する。この実施の形態では、サーバ５４は、例えば、リモートコントローラ６０から、直接又はより好ましくは、クライアント５６を介して、リモートコマンド（すなわち、チャンネル選択、ソースストリーム構成、オプション等）を受信する。サーバ５４は、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク５２を介して、ＡＶストリームを送受信し、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク５２は、電力線から電力が供給される機器の電源プラグ６４が差し込まれる複数の差し込みプラグ６２を備え、この接続によって、ＰＬＣネットワークを介した通信が実現され、これによって、電力線ネットワークに接続されたサーバ５４、クライアント５６又は他の機器は通信を行うことができる。
【００４９】
図１６は、サーバ５４内の回路の例示的な実施の形態を示している。この回路は、コンピュータプロセッサ６６及びメモリ６８（すなわち、データメモリ、プログラムメモリリムーバブル又は固定記憶媒体等）を備え、これらは、バス７０を介して、複数の入出力装置と通信を行う。ソース接続７２は、例えば、アンテナ、ケーブル又は衛星信号を、チューナフロントエンド（ＦＥ）７４に供給し、チューナＦＥ７４は、供給された信号をチューニング及び復調する。チューナＦＥ７４から出力されたビデオ信号は、例えば、アナログ／デジタル変換器７６等の信号変換器によって、デジタル信号に変換される。同様に、チューナＦＥ７４から出力されたオーディオ信号は、例えば、他のアナログ／デジタル変換器７８等の信号変換器によって、デジタル信号に変換される。これらの信号は、更に、ＭＰＥＧエンコーダ回路８０等の符号化器によって符号化される。アイソクロナスＭＰＥＧトランスポートストリームを含む符号化された信号は、ストリームルータ８２を介して、ＰＬＣインタフェース８４に供給される。ＰＬＣインタフェース８４は、上述のように、アイソクロナスパケットをパケット化する。なお、この実施の形態において、パケット化は、ハードウェアによって実行され、この処理は、ソフトウェアでパケット化を実行するよりかなり高速に行うことができる。また、ハードウェアによるパケット化では、遅延又はジッタは殆ど生じない。ＰＬＣインタフェース８４は、電源プラグ６４を介してＰＬＣネットワークにトランスポートストリームを送出し、このトランスポートストリームは、ＰＬＣネットワークに接続されている他の機器によって受信される。
【００５０】
ＭＰＥＧトランスポートストリームは、例えば、メモリ又はより好ましくは記録媒体等の記憶装置に記録してもよい。一例としてトランスポートストリームは、ハードディスクドライブインタフェース８６を介して制御されるハードディスクドライブ８８に保存してもよい。ハードディスクドライブ８８からの再生ストリームは、ハードディスクドライブインタフェース８６を介して、ストリームルータ８２に供給される。再生ストリームは、ＰＬＣインタフェース８４から電源プラグ６４を介してＰＬＣネットワークに配信することができる。また、ＰＬＣ機器５４は、ＰＬＣネットワークからＰＬＣインタフェース８４を介してコンテンツを受信し、ハードディスクドライブインタフェース８６によってこのコンテンツをＨＤＤ８８に記録することができる。
【００５１】
また、例えば、ディスプレイ９２に関連して使用されるキーパッド９０等、如何なる形式のユーザインタフェースを設けてもよい。キーパッド９０は、バス７０を介してＣＰＵ６６に入力データを供給し、ＣＰＵ６６から出力される情報（すなわち、入力確認、チューニング状態、ネットワーク状態、エラーメッセージ、パラメータ設定等）は、ＬＣＤディスプレイ９２に表示される。なお、キーパッド及びディスプレイのインタフェース回路は、図には示しておらず、このシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく、この他の形式の入出力装置を用いることができる。
【００５２】
アイソクロナスストリームは、ハードウェアによってパケット化されるが、非同期データは、ＣＰＵ６６によって、ＩＰベースの非同期データパケットにパケット化され、ＰＬＣインタフェース８４に供給される。非同期データは、既に説明したように、各通信サイクル内の競合期間において、宛先機器に送信される。また、ＣＰＵ６６は、ＰＬＣインタフェース８４を介して受信した非同期データを逆パケット化する。また、更なる機器を制御するために、サーバ５４に無線通信回路を接続してもよい。一例として、この実施の形態は、赤外線（ＩＲ）インタフェース９４を備え、これにより、サーバ５４は、ビデオレコーダ、カムコーダ、セットトップボックス等の機器を赤外線信号によって制御できる。
【００５３】
図１７は、サーバ５４から受信したストリーミングデータを出力するクライアント５６の例示的な実施の形態を示している。ＣＰＵ１０２及びメモリ１０４は、バス１００に接続された様々な要素を制御するように構成されている。ＰＬＣインタフェース１０６は、図１６のサーバ５４等から供給されるアイソクロナスストリームを逆パケット化する。ＰＬＣインタフェース１０６から出力されるデータは、デマルチプレクサ１０８によって逆多重化され、オーディオデコーダ１１０及びビデオデコーダ１１２に供給される。
【００５４】
ビデオデータは、ミキサ１１４によって、グラフィックエンジン１１６からのデータと混合され、これにより得られるデータは、ビデオアナログ／デジタル（Ｄ／Ａ）コンバータ１１８によってアナログ信号に変換される。ＣＰＵ１０２は、バス１００を介して、グラフィックエンジンを制御できる。ディスプレイドライバ１２０は、アナログ信号を受信し、ビデオディスプレイ１２２の画面にこの信号に基づく情報を表示する。なお、ディスプレイドライバがデジタル制御信号用に構成されている場合、Ｄ／Ａ変換を行う必要はない。
【００５５】
オーディオデコーダ１１０からの復号されたオーディオ信号は、オーディオアナログ／デジタル（Ｄ／Ａ）コンバータ１２４によってデジタル信号に変換され、例えば、ＣＰＵ１０２により制御される増幅器１２６によって増幅され、オーディオ変換器１２８（すなわち、１又は複数のスピーカ）に出力される。オーディオ部分は、好ましくは、少なくとも２つのオーディオチャンネルを再生し、左右のチャンネルを有するステレオ出力を提供するように構成される。更なるオーディオ信号処理及び出力によって、サラウンドサウンドを実現してもよい。また、クラス−Ｄ増幅（class-D amplification）を用いてもよく、この場合、オーディオ信号は、アナログ信号に変換されず、パルス幅変調（pulse-width modulated：ＰＷＭ）デジタル出力信号に変換し、これによりオーディオ変換器を制御する構成としてもよい。
【００５６】
また、例えば、赤外線インタフェース１３０等の無線通信回路を設けてもよく、赤外線インタフェース１３０は、赤外線チャンネルを介して、互換性がある信号によってリモートコントローラ１３２又は他の機器と通信するように構成されている。また、ＣＰＵ１０２は、赤外線インタフェース１３０を介して受信したコマンドを、ＰＬＣネットワークを介して、サーバ５４（図１６）又はＰＬＣネットワークに接続された他の機器に供給してもよい。
【００５７】
メモリ１０４と連携してＣＰＵ１０２が実行するソフトウェアは、非同期データのパケット化及び逆パケット化を制御する。なお、メモリ１０４は、好ましくは、データメモリ及びプログラムメモリから構成される（すなわち、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ等）。
【００５８】
本発明では、上位の層の制御は、ネットワーク管理を実行する既存のＩＰスタックによって行われる。ＩＰスタックは、例えば、以下に限定されるわけではないが、（１）機器のプラグの着脱の検出、（２）ＩＰアドレス管理（動的ホスト構成プロトコル：Dynamic Host Configuration Protocol：ＤＨＣＰ）、（３）アドレス解決（アドレス解決プロトコル：Address Resolution Protocol：ＡＲＰ）、（４）コンテンツ保護及びセキュリティのための認証及び鍵交換を行う。また、ＵＰｎＰ及びオプションとしてＤＬＮＡを用いて、上位の層を制御してもよい。
【００５９】
本発明に基づく新たなアイソクロナスプロトコルは、ＩＰアドレスに代えてＭＡＣアドレスを利用する。各ＩＰアドレスは、ＡＲＰに基づき、関連するＭＡＣアドレスにマッピングされる。これにより、正しい宛先ＭＡＣアドレスを得ることができる。更に、アイソクロナス送信は、ＩＰスタックによって制御される。好ましくは、ＩＰスタックを介して、例えば、（１）動的ＭＰＥＧ符号化速度制御のための伝送条件フィードバック、（２）宛先制御（ポイントツーポイント回線又は放送）、（３）ソース（ケーブル、衛星、ビデオテープレコーダ等）の選択、（４）チャンネル選局（すなわち、チャンネル上下）、（５）ビデオテープレコーダと同様な操作（すなわち、再生、一時停止、停止、録画、低速再生、早送り、高速巻戻し等）が実行される。また、これらの処理は、既存のプロトコル（例えば、ＲＴＳＰ／ＲＴＣＰ）を用いて実行してもよい。
【００６０】
なお、本発明は、多数の実施の形態に基づく実現例に順応する。幾つかの本発明が適用される実施の形態の具体例を以下に例示的に示す。本発明の実施の形態は、ＭＰＥＧ−ＴＳに限定されず、ＭＰＥＧ−ＰＳ（プログラムストリーム）、ＤＶ（デジタルビデオ）又は他のフォーマットにも容易に適応化できる。通信媒体は、ＰＬＣネットワークである必要はなく、本発明に基づく技術は、他の有線ネットワーク及び無線ネットワーク形式にも適用できる。本発明の実現は、イーサネットＭＡＣ／物理プロトコルに限定されない。また、パケット構造は、例示的に示したに過ぎず、本発明の範囲から逸脱することなく、パケットヘッダ及び他のサブパケット構造を必要に応じて適応化できることは、当業者にとって明らかである。例えば、ヘッダＣＲＣ及び他の情報のためにパケットヘッダに追加的データフィールドを加えてもよい。他のネットワークとのブリッジ又はルーティングのために、アイソクロナスパケットをＩＰパケット化してもよいが、この場合、ルーティングが可能なるが、遅延及びジッタの両方が増加する。
【００６１】
ここに説明した装置及び方法は、ＰＬＣネットワーク等のＩＰ接続を基本にしたネットワークにおけるアイソクロナス送信を実現する。本発明は、様々な利点を提供し、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形例を想到できる。
【００６２】
上述の説明は、多くの詳細事項を含んでいるが、これらは、本発明を限定するものとは解釈されず、本発明の好ましい形態の幾つかを例示的に示すのみであると解釈される。したがって、本発明の範囲は、当業者にとって明らかな他の実施の形態を包含することは明らかであり、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。なお、請求の範囲における要素の単数形は、特に明示している場合を除き、「１つ且つ１つのみ」ではなく、「１つ又は複数」を意味するものとする。上述の好ましい形態における要素に関する、当業者に周知の構造的、機能的等価物は、参照によって本願に援用され、本発明の範囲に包含されるものとする。更に、装置又は方法は、本発明が解決すべき問題のそれぞれ又は全てに必ずしも対応するものではないが、本発明の請求の範囲に包含されるものである。更に、ここで説明した要素、コンポーネント、処理ステップは、これらが請求の範囲に明示的に示されているか否かに関わらず、公知となることを意図するものではない。請求の範囲内の各要素は、「手段（means for）」という表現を用いている場合を除き、米国特許法第１１２条第６項の規定に基づいて定義されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）７階層モデルに基づく従来のインターネットプロトコル（ＩＰ）プロトコルスタックのデータ構造を示す図である。
【図２】ＩＰ接続を基本にしたネットワークに接続されたクライアントとサーバのＩＰスタックの間で従来のストリーミングデータ（ＭＰＥＧ−ＴＳ）通信を行うシステムのブロック図である。
【図３】従来のＩＥＥＥ１３９４ネットワークに基づく非同期データ及びアイソクロナスデータ通信システムのブロック図である。
【図４】ＩＥＥＥ１３９４ネットワークを介してＭＰＥＧストリームを通信するための従来のパケット化処理を説明する図である。
【図５Ａ】ＩＥＥＥ１３９４ネットワークのアイソクロナスバスパケットのビットマッピングされたデータ構造を示す図である。
【図５Ｂ】ＩＥＥＥ１３９４ネットワークのＣＩＰヘッダのビットマッピングされたデータ構造を示す図である。
【図５Ｃ】ＩＥＥＥ１３９４ネットワークのソースパケットヘッダのビットマッピングされたデータ構造を示す図である。
【図６】ＩＥＥＥ１３９４ネットワークバスパケット内のヘッダフィールドのデータフィールドマップを示す図である。
【図７】ＩＥＥＥ１３９４ネットワークのＣＩＰヘッダフィールドのデータフィールドマップを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に基づき、ＩＰベースの通信のために構成された機器のＭＡＣ層及び物理層の間でストリーミングデータを通信するシステムのブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態において用いられるアイソクロナスパケットヘッダのビットマッピングされたデータ構造を示す図である。
【図１０】図９に示すアイソクロナスパケットヘッダのデータフィールドマップを示す図である。
【図１１】ＭＰＥＧ−ＴＳパケットをソースパケットとして構成し、次にアイソクロナスパケットとして構成し、最終的にバスパケットとして構成する、本発明の実施の形態に基づくバスパケットをパケット化する手順を説明する図である。
【図１２】本発明の実施の形態に基づき、イーサネットフレームヘッダに一致するように構成されたバスパケットヘッダのフィールドマッピングされたデータ構造を示す図である。
【図１３】複数のブロックに亘るソースパケットの分割を示す、本発明の実施の形態に基づくバスパケットのパケット化を説明する図である。
【図１４】ビーコン信号によって定義される各通信サイクル内の競合部分と無競合部分とを示す本発明の実施の形態に基づく通信サイクルのタイミングチャートである。
【図１５】ＰＬＣネットワークを介して、ＭＰＥＧストリームをアイソクロナス方式で通信するサーバ及びクライアントを備える本発明の実施の形態に基づく電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークのブロック図である。
【図１６】図１５のサーバ内の回路のブロック図である。
【図１７】図１５のクライアント内の回路のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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