(57)【要約】　　　（修正有）【課題】統計マルチプレクサからの出力データ流に補助データを付加するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】補助マルチプレクサは統計的に多重化されたデータ流を受取り、ナルデータパケットに代えて補助データパケットを置換する。補助マルチプレクサは、統計マルチプレクサのターゲット帯域幅ＢＴを制御することにより、あるいはデータソース間においてスループットを割当てる交渉プロセスに補助データ流を関与させるように統計マルチプレクサ方程式を修正することにより統計的に多重化されたデータ流の中のナルパケットの数を制御する。【選択図】　　図２
2004007388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力データ流に補助データＤＡ　を付加する装置において、
第１の入力を含む複数の入力と出力データ流を供給する出力とを有する統計マルチプレクサと、
前記第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第１のエンコーダと、
統計マルチプレクサに通信するように結合され、エンコーダのナルデータＮＥ　を感知し、このエンコーダのナルデータＮＥ　に代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換する補助マルチプレクサとを具備しており、
前記第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ１に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ１以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ１にしたがって第１のデータ流Ｄ１　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ１と第１の容認されたデータレートＢＷＧ１との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯＥ１　≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯＥ１　を規定し、前記第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ１で供給される第１のデータ流ｄ１　の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ１におけるエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有している装置。
【請求項２】
前記補助マルチプレクサはエンコーダの出力と統計マルチプレクサの入力との間に通信するように結合されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記補助マルチプレクサは統計マルチプレクサの出力に通信するように結合されている請求項１記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記補助マルチプレクサに通信するように結合されて補助データをバッファするバッファを備えている請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記補助マルチプレクサはバッファの未使用メモリにしたがって補助データを置換する請求項４項記載の装置。
【請求項６】
さらに、前記補助マルチプレクサは統計マルチプレクサのナルデータＮＳＭを感知し、このマルチプレクサのナルデータＮＳＭに代えて補助データの少なくとも一部分を置換する請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記統計マルチプレクサは出力データ流ＢＴ　のターゲットデータレートを記述した第１のコマンド入力にしたがって第１のエンコーダの出力の表示を管理し、
補助マルチプレクサは統計マルチプレクサの第１の入力に通信するように結合され、出力データ流ＢＴ　のターゲットデータレートを変化させるように命令する請求項３記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記補助マルチプレクサに通信するように結合され、補助データをバッファするバッファを備え、前記補助マルチプレクサはバッファの未使用メモリにしたがってターゲットデータレートを変化させる請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記補助マルチプレクサは、
最小補助データレートＢＷＭＩＮ　と、
最大補助データレートＢＷＭＡＸ　と、
時間期間ｔｐｅｒ　にわたって測定された公称補助データレートＢＷＡＶＧ　と、
優先度とを含むグループから選択された１以上の補助データパラメータにしたがってターゲットデータレートを変化させる請求項７記載の装置。
【請求項８】
出力データ流ＢＴ　のターゲットレートを減少させてマルチプレクサのナルデータＮＳＭに代えて補助データＤＡ　を置換できるようにするために出力データのターゲットデータレートを変化させるように命令される請求項７記載の装置。
【請求項９】
補助マルチプレクサはさらに、統計マルチプレクサのナルデータＮＳＭを感知し、このマルチプレクサのナルデータＮＳＭに代えて補助データの少なくとも一部分を置換し、
出力データ流ＢＴ　のターゲットレートを減少させて、エンコーダのナルデータＮＥ１とマルチプレクサのナルデータＮＳＭとを含むグループから選択されたデータに代えて補助データＤＡ　を置換できるようにするために出力データのターゲットデータレートを変化させるように命令される請求項７記載の装置。
【請求項１０】
補助データは、予め規定された最小補助データレートで付加される請求項９記載の装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第２のエンコーダを具備しており、
前記第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ２に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ２以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ２にしたがって第１のデータ流Ｄ２　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ２１　と第１の与えられたデータレートＢＷＧ２との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯ２≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯ２を規定し、前記第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ２１　で供給される第１のデータ流の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ２のエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有し、第２のエンコーダは出力を有しており、
統計マルチプレクサは、統計マルチプレクサの第２のコマンド入力にしたがって複数の入力において与えられたデータを統計マルチプレクサの出力に割当て、補助マルチプレクサは統計マルチプレクサの第２の入力に通信するように結合され、統計マルチプレクサの出力に対する複数の入力で与えられたデータの割当ての変更を命令する請求項３記載の装置。
【請求項１２】
補助マルチプレクサはその補助マルチプレクサに通信するように結合されたバッファの未使用のメモリにしたがって統計マルチプレクサの出力に対する複数の入力において与えられたデータの割当てを変更し、バッファが補助データをバッファする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
マルチプレクサは、バッファの未使用のメモリにしたがって統計マルチプレクサの出力に対する複数の入力において与えられたデータの割当てを変更する請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
データ流に補助データＤＡ　を付加する方法において、
ナルデータを有する統計的に多重化されたデータ流を受取り、
この統計的に多重化されたデータ流中においてナルデータに代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップを含んでいる方法。
【請求項１５】
補助データＤＡ　は便宜的でないデータである請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
統計的に多重化されたデータ流中において補助データＤＡ　の少なくとも一部分で置換できる程度に十分なナルデータ量に達するまで補助データＤＡ　をバッファするステップをさらに含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
統計的に多重化されたデータ流中において補助データＤＡ　の少なくとも一部分で置換できる程度に十分なナルデータを供給するように統計的に多重化されたデータ中のナルデータ量を制御するステップをさらに含んでいる請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ナルデータ量は、バッファされた補助データＤＡ　の量とそのバッファされた補助データを記憶するバッファの容量との間の関係にしたがって制御される請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ナルデータは、統計マルチプレクサのナルデータＮＳＭを含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
統計的に多重化されたデータ流はターゲットスループット値ＢＷＴ　以下のスループットに統計的に多重化され、統計的に多重化されたデータ中のナルデータ量を制御するステップはターゲットスループット値ＢＷＴ　を変更するステップを含んでいる請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
ナルデータはエンコーダのナルデータＮＥ　を含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
統計的に多重化されたデータ流は統計マルチプレクサ方程式にしたがって統計的に多重化され、バッファされた補助データＤＡ　の量とそのバッファされた補助データを記憶するバッファの容量との間の関係にしたがって統計的に多重化されたデータ中のナルデータ量を制御するステップは、統計マルチプレクサ方程式を変更するステップを含んでいる請求項２１記載の方法。
【請求項２２】
補助データＤＡ　中に非本質的データが混じっているかどうかを検査し、
統計的に多重化されたデータ流中のナルデータに代えて補助データＤＡ　を置換する前に補助データＤＡ　から非本質的データを除去するステップをさらに含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
統計的に多重化されたデータ中のナルデータの量のステップは補助データＤＡを記述するパラメータセットにしたがって制御され、そのパラメータセットは、
データサービスをアクティブな状態にしておくために必要な最小スループットＢＷＭＩＮ　と、
データサービスの最大持続スループットＢＷＭＡＸ　と、
ある時間期間にわたる公称または保証レートＢＷＡＶＧ　とを含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
データ流は、各データパケットがパケットＩＤを有している１組のデータパケットを含み、それらのデータパケットは第１のデータパケットと、この第１のデータパケットに時間的に隣接した第２のデータパケットとを含んでおり、統計的に多重化されたデータ流中のナルデータに代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップは、
第１のデータパケットが少なくともＮＢ個連続したゼロデータ値を含み、第２のデータパケットが全てゼロのデータ値を含んでいる場合に、第２のデータパケット中のデータに代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップを含んでいる請求項１４記載の方法。
【請求項２５】
補助データＤＡ　のパケット化された衛星信号を送信するシステムにおいて、
第１の入力を含む複数の入力と出力データ流を供給する出力とを有する統計マルチプレクサと、
前記第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第１のエンコーダと、
統計マルチプレクサに通信するように結合され、エンコーダのナルデータＮＥ　を感知し、このエンコーダのナルデータＮＥ　の代わりに補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換する補助マルチプレクサと、
前記補助マルチプレクサに通信するように結合された、出力データ流を変調する変調器と、
前記変調器に通信するように結合され、出力データ流を送信する送信機と、
変調されて送信された出力データ流を受信し、その受信された出力データ流を加入者に再送信するトランスポンダとを具備しており、
前記第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ１に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ１以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ１にしたがって第１のデータ流Ｄ１　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ１と第１の容認されたデータレートＢＷＧ１との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯＥ１　≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯＥ１　を規定し、前記第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ１で供給される第１のデータ流ｄ１　の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ１におけるエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有している装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のデータソースからのデータを多重化するためのシステムおよび方法に関するものであり、とくに、パケット化されたデータ流中のナルデータパケットの代わりに便宜的ではない補助データを使用するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パケットベースのデジタルデータ伝送システムは現在では広く普及している。そのようなシステムの一例は衛星を介して加入者にテレビジョンプログラムおよびオーディオデータのようなメディアプログラムを送信するために使用されるシステムである。そのようなシステムは固定されたスループットを有する伝送システムで加入者に多数の（２００以上の）チャンネルを送信することを要求されている。
【０００３】
それらの性質に関していえば、パケットベースのテレビジョンシステムは全てのパケットをデータで満たさなければならず、そのパケットはコンスタントビットレート（ＣＢＲ）伝送データのチャンネル全体を充填しなければならない。テレビジョンおよびオーディオ信号は、いくつかの画像およびいくつかのオーディオ音節が元の信号を忠実に再生するために他の画像および音節より多くのデータを必要とするために“バースト性（ｂｕｒｓｔｙ）”である。この“バースト”な性質を考慮に入れ、各チャンネルからのデータがその伝送システムのスループット要求の範囲内で結合されて送信されることを保証するために、各チャンネルからのデータは典型的に統計マルチプレクサに供給される。この統計マルチプレクサは、入ってきたチャンネルを符号化し、および、または圧縮するエンコーダを管理する。このプロセスには、各エンコーダ間における交渉（ｎｅｇｏｔｉａｔｉｎｇ）および割当てスループットが含まれる。統計マルチプレクサは、ここにおいて参考文献とされている米国特許第　５，８５４，６５８号明細書（ｉｓｓｕｅｄ　ｔｏ　Ｕｚｅｔ　ａｌ．，）、米国特許第　５，８６４，５５７号明細書（ｉｓｓｕｅｄ　ｔｏ　Ｌｙｏｎｓ　）および米国特許第　５，９１２，８９０号明細書（ｉｓｓｕｅｄ　ｔｏ　Ｐａｒｋ）ならびに米国特許第　６，２０８，６６６号明細書（ｉｓｓｕｅｄ　ｔｏ　Ｌａｗｒｅｎｃｅ　ｅｔ　ａｌ．，）に開示されている。
【０００４】
メディアプログラムが少量のデータで再生されたとき、典型的にそのデータ流中にナルデータパケットが挿入される。これは、ＣＢＲでデータチャンネルが維持されるように行われる。この技術は効果的であるが、この技術で使用されるナルパケットは典型的に有用な情報を全く伝達しないため、これは貴重な帯域幅の浪費である。したがって、統計マルチプレクサから出力される前に便宜的な（時間的に臨界的でない）データをデータ流中に挿入するシステムが考えられている。米国特許第　５，８６４，５５７号明細書に開示されているシステムがその一例である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、任意の所定の時間に利用可能なナルパケットの数は予測不可能であるため、ナルデータパケットの代わりに“便宜的な”データ（時間的に臨界的ではないデータ）しか伝送されない。便宜的でないデータ（伝送タイミング要求がもっと厳しい）はこのような方法を使用して送信されることはできない。ナルデータパケットを便宜的でない補助データで置換するシステムおよび方法が求められている。統計マルチプレクサを修正することなくナルデータパケットの挿入を可能にし、種々の統計マルチプレクサ設計で動作可能であるシステムおよび方法も必要とされている。本発明はこの必要性を満足させる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
要約すると、本発明は、出力データ流に補助データＤＡ　を付加するシステムおよび方法を記載している。その装置は、第１の入力を含む複数の入力と出力データ流を供給する出力とを有する統計マルチプレクサと、その第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第１のエンコーダと、統計マルチプレクサに通信するように結合され、エンコーダのナルデータＮＥ　を感知し、このエンコーダのナルデータＮＥ　に代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換する補助マルチプレクサとを具備しており、その第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ１に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ１以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ１にしたがって第１のデータ流Ｄ１　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ１と第１の容認されたデータレートＢＷＧ１との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯ１≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯ１を規定し、その第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ１で供給される第１のデータ流ｄ１　の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ１におけるエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有している。その方法は、ナルデータを有する統計的に多重化されたデータ流を受取り、この統計的に多重化されたデータ流中においてナルデータ（ナルデータとは、有用なものを何も含んでいないデータを意味する包括的な用語である）に代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップを含んでいる。
【０００７】
有用なデータによるナルデータの置換を効率的に管理することにより、デジタル伝送システムの帯域幅の使用がさらに効率的なものとなり、ビデオ、オーディオ、その他の補助データのために使用されることのできる既存の伝送チャンネル中のペイロード容量が実効的に生成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、同じ参照符号が全体を通して対応した部分を一貫して表している図面を参照する。
以下の説明において、その一部分を形成し、本発明のいくつかの実施形態を例示によって示している添付図面を参照とする。本発明の技術的範囲を逸脱することなく別の実施形態が使用可能であり、構造的な変更がなされることができることを認識すべきである。
図１は、メディアプログラム分配システム１００　の概略図である。分配システム１００　によって送信されたメディアプログラムにはビデオプログラム、オーディオプログラム、または任意の他のデータが含まれる。分配システム１００　は制御センタ１０２　を含み、この制御センタ１０２　は地上または別のリンク１１４　を介してアップリンクセンタ１０４　と通信し、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）または別の通信リンク１２０　を介して受信機ステーション１３０　における統合された受信機／デコーダ（ＩＲＤ）１３２　と通信している。制御センタ１０２　はプログラム材料をアップリンクセンタ１０４　に供給し、受信機ステーション１３０　と整合的に動作してビデオプログラムの請求書送付および関連した暗号解読を含むペーパービュー（ＰＰＶ）プログラムサービスを含むメディアプログラムを加入者に提供する。
【０００９】
アップリンクセンタ１０４　はプログラム材料およびプログラム制御情報を制御センタ１０２　から受取り、アップリンクアンテナ１０６　を使用してプログラム材料およびプログラム制御情報を衛星１０８　に送信する。衛星１０８　はこの情報を受取って処理し、ビデオプログラムおよび制御情報を受信機ステーション１３０　におけるＩＲＤ１３２　にダウンリンク１１８　を介して送信する。ＩＲＤ１３２　は、それが通信するように結合されている加入者アンテナ１１２　によってこの情報を受取る。
【００１０】
ビデオ分配システム１００　は、地上カバレージをさらに広げ、チャンネルを追加するために、あるいはチャンネル当りの帯域幅を増加するために複数の衛星１０８　を含むことができる。本発明の１実施形態において、各衛星はプログラム材料および別の制御データをアップリンクセンタ１０４　との間で送受信し、それを加入者に提供するために１６個のトランスポンダを含んでいる。しかしながら、チャンネル能力はデータ圧縮および多重化技術を使用することにより、はるかに高くなる。たとえば、一緒に動作する２個の衛星１０８　は３２個のトランスポンダによって１５０を越える通常の（非ＨＤＴＶ）オーディオおよびビデオチャンネルで受信し、放送することができる。
【００１１】
ここに開示されている本発明は衛星ベースのビデオ分配システムを参照として説明されているが、本発明はまた、伝送的な放送手段、ケーブルまたは他の手段のいずれかによってプログラム情報の地上ベース伝送によって実施されることができる。さらに、上述したように制御センタ１０２　およびアップリンクセンタ１０４　においてひとまとめにして割当てられた異なった機能は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく所望に応じて再度割当てられることができる。
【００１２】
上記においては加入者に伝送されたプログラム材料が映画のようなビデオ（およびオーディオ）プログラムである実施形態に関して説明されているが、上述した方法はオーディオ情報だけを含むプログラム材料または任意の他の種類のデータを伝送するために使用されることもできる。
【００１３】
図２は単一の衛星１０８　のトランスポンダの典型的なアップリンク構成を示し、制御センタ１０２　およびアップリンクセンタ１０４　によりビデオプログラム材料がどのようにして衛星１０８　にアップリンクされるかを示すブロック図である。図２は３つのビデオチャンネル（高い忠実度の音楽、サウンドトラック情報または外国語を送信する副音声プログラムのために１以上のオーディオチャンネルによりそれぞれ増加されることが可能である）およびコンピュータデータソース２０６　からのデータチャンネルを示している。
【００１４】
ビデオチャンネルは、ビデオ材料２００Ａ乃至　２００Ｃ　（以降まとめて、ビデオソース２００　と呼ばれる）のプログラムソースによって供給される。各ビデオプログラムソース２００　からのデータはエンコーダ２０２Ａ乃至２０２Ｃ（以降まとめて、エンコーダ２０２　と呼ばれる）に供給される。各エンコーダはプレゼンテーション時間スタンプ（ＰＴＳ）を制御装置２１６　から受取る。このＰＴＳは、ビデオ情報が符号化および復号後にオーディオ情報と適切に同期されていることを確実にするために使用されるラップアラウンド２進時間スタンプである。ＰＴＳ時間スタンプは、ＭＰＥＧ符号化データの各Ｉフレームにより送られる。
【００１５】
本発明の１実施形態において、各エンコーダ２０２　は第２世代動画エキスパートグループ（ＭＰＥＧ−２）エンコーダであるが、別の符号化技術を実施する別のエンコーダもまた使用されることができる。データチャンネルはエンコーダによって類似した圧縮方式にかけられる（示されていない）が、このような圧縮は通常不要であるか、あるいはコンピュータデータソース中のコンピュータプログラムにより行われる（たとえば、写真データは典型的に、送信前に　＊．ＴＩＦファイルまたは　＊．ＪＰＧ　ファイルに圧縮される）。エンコーダ２０２　による符号化の後、信号は各ソース２００　，２０６　乃至２０８　に関連したパケッタイザ２０４Ａ乃至２０４Ｅ（以降まとめてパケッタイザ２０４　と呼ばれる）によってデータパケットに変換される。
【００１６】
データパケットは、システムクロック２１４　（ＳＣＲ）からの基準と、条件付きアクセス管理装置２０８　によって生成される制御ワード（ＣＷ）と、およびプログラムチャンネルにより加入者に放送される各データパケットに関連したパケット識別子（ＰＩＤ）のような識別子とを使用してアセンブルされる。１実施形態において、パケット識別子（ＰＩＤ）は、ＭＰＥＧによって確立された標準規格の中に記載された定義に一致するパケット識別子であるが、しかしながら、別のパケット識別子変換もまた使用可能である。たとえば、いくつかの衛星テレビジョンシステムは、システムチャンネル識別子（ＳＣＩＤ）として知られているパケット識別子を使用する。
【００１７】
この情報はパケッタイザ２０４　に送信され、データパケットの生成時に使用される。その後、これらのデータパケットは統計マルチプレクサ（以下、さらに詳細に説明されている）によってシリアルデータに多重化され、符号化され、変調されて送信される。プログラム材料への条件付きアクセスの実施をサポートするときに使用される制御ワード（ＣＷ）および別の制御データを含む制御データを含む制御ワードパケット（ＣＷＰ）として知られている特殊パケットもまた暗号化されて送信される。
【００１８】
図３Ａは、代表的なデータ流を示す概略図である。第１のパケットセグメント３０２　はビデオチャンネル１　からの情報（たとえば、第１のビデオプログラムソース２００Ａから入ってきたデータ）を含んでいる。次のパケットセグメント３０４　は、たとえばコンピュータデータソース２０６　から得られたコンピュータデータ情報を含んでいる。次のパケットセグメント３０６　はビデオチャンネル５　からの（ビデオプログラムソース２００　の１つからの）情報を含み、次のパケットセグメントはビデオチャンネル１　からの情報（再び、第１のビデオプログラムソース２００Ａから入ってきたデータ）を含んでいる。次のデータパケットは、ナルパケット発生器２１２　によって提供されたナルデータを有するナルパケット３１０　である。以下、ナルパケット挿入に関してさらに詳細に説明する。
【００１９】
したがって、テータ流はデータソースの任意の１つからの一連のパケットを、制御装置２１６　により決定された順序で含んでいる。データ流は暗号化モジュール２１８　により暗号化され、変調器２２０　により変調され（典型的にＱＰＳＫ変調方式を使用して）、送信機２２２　に供給され、この送信機２２２　が変調されたデータ流をある周波数帯域幅でそのアンテナ１０６　によって衛星を介して放送する。
【００２０】
加入者１１０　は、加入者受信機またはＩＲＤ１３２　によってメディアプログラムを受信する。ＰＩＤを使用して、ＩＲＤ１３２　はパケットを再度アセンブルして各チャンネルに対するプログラム材料を再生する。図３Ａに示されているように、ナルパケットモジュール３１２　によって生成されたナルパケットは、所望に応じてデータ流の中に挿入されてもよい。
【００２１】
図３Ｂはデータパケットの概略図である。各データパケット（たとえば、３０２乃至３１６　）は長さが２０８バイトであり、多数のパケットセグメントを含んでいる。第１のパケットセグメント３２０　はＰＩＤおよびフラッグを含む情報の２バイトを含んでいる。１実施形態において、ＰＩＤは、データパケットのデータチャンネルを識別する固有の１３ビット番号である。フラッグはビットを含み、パケットが暗号化されているかどうか、ならびにそのパケットを解読するためにどのキーが使用されなければならないかを制御するために使用される。第２のパケットセグメント３２２　は、パケットタイプのインジケータと連続カウンタとから構成されている。パケットタイプはパケットを４つのデータタイプ（ビデオ、オーディオ、データまたはナル）の１つとして識別する。ＰＩＤと結合されたとき、パケットタイプはデータパケットがどのようにして使用されるかを決定する。連続カウンタは、各パケットタイプおよびＰＩＤに対して１度インクリメントする。次のパケットセグメント３２４　は、ビデオプログラムソース２００　により提供されるビデオプログラムの一部分であるペイロードデータの１８４バイトを含んでいる。最終的なパケットセグメント３２６　は、順方向エラー修正を行うために必要なデータである。
【００２２】
［統計マルチプレクサ］
図４は、ビデオ、オーディオまたはデータ情報を有する入力データ流が符号化、変調および衛星１０８　への送信の前にどのようにして結合されるかをさらに詳細に示す概略図である。図４において、圧縮されていないデータ流Ｄ１　−Ｄｎ　（４１０Ａ−４１２Ｎのラベルを付けられた）はエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎへの入力４１２Ａ−４１２Ｂにそれぞれ供給される。１実施形態において、エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎは、標準規格（ＭＰＥＧ−１またはＭＰＥＧ−２）の１以上のものにしたがって入力データ流Ｄ１　−Ｄｎ　を圧縮するＭＰＥＧエンコーダである。別の圧縮技術もまた使用可能である。
【００２３】
エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎの出力４１４Ａ−４１４Ｎは、統計マルチプレクサ４０４　のデータ入力４１６Ａ−４１６Ｎにそれぞれ供給される。統計マルチプレクサ４０４　はその出力においてエンコーダ出力のプレゼンテーションを管理する。以下に説明するように、これは、圧縮されたデータ信号ｄ１　，ｄ２　，…，ｄｎ　へのデータ信号Ｄ１　，Ｄ２　，…，Ｄｎ　の符号化を管理し、圧縮されたデータ信号ｄ１　，ｄ２　，…，ｄｎ　をエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎから受取り、出力４２４　において出力信号４２２　を供給するために圧縮されたデータ信号ｄ１　，ｄ２　，…，ｄｎ　を多重化することによって行われる。その後、この出力信号４２４　は符号化され、変調され、衛星１０８　にアップリンクで送信される。
【００２４】
各エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎは、統計マルチプレクサ４０４　と交渉された最大データレートにしたがって入力データＤ１　−ＤＮ　を圧縮する。たとえば、第１のエンコーダ４０２Ａは入ってきたデータ流Ｄ１　を検査して、どの程度のデータ流が過度のデータ損失を被ることなく圧縮されることができるかを決定する。たとえば、エンコーダ４０２Ａは、それがＭＰＥＧ−２符号化方式にしたがって入ってきたデータ流Ｄ１　を圧縮するタスクを割当てられた場合、情景の複雑さおよび時間変化のようなこの入ってきたデータ流Ｄ１　のデータ特性を検査して、予め定められた標準規格にしたがって入力データ流を再生するために圧縮されたデータ信号ｄ１　において必要とされる最大データレートを評価する。その後、エンコーダ４０２Ａはこの情報“帯域幅”リクエストＢＷＲ１を統計マルチプレクサ４０４　に送信する（以降、“帯域幅”という用語は“データレート”または“スループット”という語句と交換可能に使用され、データがその特定のデータ伝送チャンネルによって送信されることのできるレートを示す）。統計マルチプレクサ４０４　は、第１の制御入力４１８　において統計マルチプレクサ４０４　に入力されることのできるパラメータ４０８　を有する統計マルチプレクサ方程式４０６　にしたがってこの帯域幅リクエストを別のエンコーダ（４０２Ｂ−４０２Ｎ）からの類似したリクエストと比較する。統計マルチプレクサ方程式４０６　を適用することにより、統計マルチプレクサ４０４　は、それの出力４２４　における多重化された信号である出力信号４２２　に対するターゲット帯域幅ＢＴ　（第２の制御入力４２０　で指定されてもよい）を満足させるためにエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎ中において帯域幅の最適な割当てを生成する。通常、伝送帯域幅ＢＷＸ　はアップリンクファシリティ１０４　、衛星１０８　および受信機ステーション１３２　により決定された固定値であるため、ターゲット帯域幅レベルＢＴ　は典型的に予め定められており、一定のままであり、伝送帯域幅ＢＷＸ　以下であってよい。
【００２５】
帯域幅値（ＢＷＧ１）は第１のエンコーダ４０２Ａに与えられ、その後この第１のエンコーダ４０２Ａは、そのエンコーダ４０２Ａの出力で生じるデータ流が与えられたデータレートまたは帯域幅値ＢＷＧ１を越えないことを保証するために入ってきたデータ流Ｄ１　を圧縮する。
【００２６】
以下において、各定義を示す：
ナルデータ：“ナルデータ”は一般に情報を全く含まないデータを示し、以下に示されているデータタイプの全てが含まれる。
ナルパケット：ナルパケットは、パケットがナルデータだけを含んでいることを示す識別子を有するパケットである。示されている例では、ナルパケットは８１９１のパケット識別子（ＰＩＤ）を有するものを含んでいる。
ゼロビデオデータ：有用なデータを全く含まない基本データ流中の埋込み。ゼロビデオデータは、プログラムスタートコード、スライスコードまたはシーケンスヘッダのようなプログラム要素のあらゆるものの前に位置されることができる。
【００２７】
ゼロビデオパケット：ゼロビデオデータしか含まない全トランスポートパケット。ゼロビデオパケットは、ナルパケットがパケット識別子によって明確に識別されるという点でナルパケットとは異なっている。
【００２８】
実際には、エンコーダ４０２Ａによりリクエストされた帯域幅ＢＷＲ１およびそれに続いて統計マルチプレクサ４０４　により与えられた帯域幅ＢＷＧ１は、許容可能な標準規格範囲内で入力データ流Ｄ１　を再生するために必要とされるものより大きいことが多い。このような場合、エンコーダ４０２Ａは典型的に、エンコーダ４０２Ａから出力されたデータ流ｄ１　のデータレートが統計マルチプレクサ４０４　により与えられた帯域幅ＢＷＧ１に一致した値となるようにナルデータ（ゼロビデオデータのような）を挿入する。
【００２９】
いくつかの状況において、ゼロビデオデータを挿入する必要性が生じる。１つのこのような状況は、エンコーダ４０２Ａにより必要とされた帯域幅の評価が誤っている（すなわち、予測が困難または不可能である情景の変化およびその他の信号変更のために）場合に発生する。
【００３０】
ゼロビデオデータが挿入される別の状況は、与えられた帯域幅ＢＷＧ１および、またはリクエストされた帯域幅ＢＷＲ１の値が連続的に変化するのではなく、むしろ有限数の利用可能な値から選択されるために生じる。たとえば、与えられた帯域幅ＢＷＧ１が１秒当り１０メガビット（１０ＭＢＰＳ）の値であり、エンコーダが９ＭＢＰＳのデータ流または１１ＭＢＰＳのデータ流を生成するためにデータを圧縮することのみが可能である場合、エンコーダ４０２Ａは９ＭＢＰＳレートを越えないようにデータを符号化し、残りのデータに対してナルデータを挿入する。
【００３１】
ゼロビデオデータを挿入する必要は次のような場合に生じる可能性がある。エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎおよび統計マルチプレクサ４０４　のセットアップの一部として、最小レートがビデオチャンネルごとに与えられることができる。このような状況下において、イメージの任意の所定のシーケンスに対して最小帯域幅が割当てられるように、ある制限が設定される。時々イメージのシーケンスはチャンネルごとに与えられた最小帯域幅より小さいものを使用して非常に効率的に符号化されることができる。エンコーダ４０２　と統計マルチプレクサ４０４　との間の帯域幅合意を満足させるために、エンコーダは基本流の各画像要素の終りをゼロで埋める。これは典型的に、スライドまたは“語り手（ｔａｌｋｉｎｇ　ｈｅａｄｓ　）”のイメージのような複雑度の低い静止したまたは動きの制限されたイメージに関して行われる。
【００３２】
したがって、エンコーダ４０２Ａから出力された信号はｄ１　＋ＮＥ１として表されることが可能であり、ここでｄ１　は入力データ流Ｄ１　の圧縮されたバージョン（実際の帯域幅ＢＷＡ１≦ＢＷＧ１であることを必要とする）を表し、ＮＥ１は、エンコーダ４０２Ａの出力が与えられたデータレートＢＷＧ１で供給されるように圧縮された入力データ流に付加されたゼロビデオデータを表す。ゼロビデオデータＮＥ１を送信するために使用された帯域幅は、エンコーダオーバーヘッド帯域幅ＢＷＯＥ１　と呼ばれる。したがって、ＢＷＡ１＋ＢＷＯＥ１　＝ＢＷＧ１である。
【００３３】
また、実際には、統計マルチプレクサ４０４　はターゲット帯域幅ＢＷＴ　を満足させるためにエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎからの出力信号（ＢＷＧ１，ＢＷＧ２，…，ＢＷＧｎ）に対する帯域幅またはデータレートを特定するが、典型的にターゲット帯域幅ＢＷＴ　は設定されたものを下まわり（最大伝送帯域幅ＢＷｘ　に設定されず）、オーバーヘッドＢＷＯＳＭ　を供給して、伝送帯域幅ＢＷｘ　の変更のような予測できない変化を生じさせる。統計マルチプレクサ４０４　によって供給された出力データ流はまた典型的に、出力信号の実際のデータレートＢＷＳＭがターゲットデータレートＢＷＴ　より小さくなるようにナルパケット（たとえば、ナルパケット３１０　）を含んでいる。したがって、統計マルチプレクサの出力には、以下の関係にしたがって圧縮された入力データおよびナルデータを有する信号が含まれる：
（ｄ１　＋ＮＥ１）＋（ｄ２　＋ＮＥ２）＋…＋（ｄｎ　＋ＮＥｎ）＋ＮＳＭ
ここで、ＮＳＭは統計マルチプレクサ４０４　によって付加されたナルパケットを表している。
【００３４】
図５は、ナルパケット置換装置５００　の１実施形態を示す概略図である。示されている実施形態によって、ナルデータＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎ＋ＮＳＭ（典型的に利用可能な帯域幅ＢＷＸ　の１乃至５パーセントを表している）の代わりに補助データＤＡ　を使用することが可能になる。また、これによって、所望された場合には統計マルチプレクサ４０４　において行われる処理の制御により、便宜的でない補助データ５０２　での置換を可能にすることができる。
【００３５】
補助データＤＡ　は補助マルチプレクサ５０８　に供給され、この補助マルチプレクサ５０８　において、統計マルチプレクサ４０４　の出力４２４　で供給された出力流中のナルデータパケットＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎ＋ＮＳＭの代わりにナルデータＤＡ　が挿入される。本発明の１実施形態において、補助データＤＡ　は、補助マルチプレクサ５０８　に供給される前に補助データ入力データ流５０２　と補助マルチプレクサ５０８　との間に通信するように結合されたバッファ５０６　中に記憶される。補助データＤＡ　をバッファ５０６　中に記憶することにより、補助データＤＡ　は、統計マルチプレクサから出力されたデータ流中のナルデータの代わりに使用される前に短期間遅延されることが可能になる。入ってきたデータは、バッファ５０６　中に一時的に記憶される前にエンコーダ５０４　によって随意に圧縮され、および、または符号化されることができる（あるいは、バッファ５０６　が設けられていない場合には、補助データＤＡ　はエンコーダ５０４　から補助マルチプレクサ５０８　に直接送信されることができる）。
【００３６】
データが出力データ流中に挿入されるレートを越えたレートで補助データＤＡがバッファ５０６　に供給された場合、バッファ５０６　中に記憶されるデータの量はそのバッファのメモリ容量に近付き、したがってバッファ５０６　中における未使用メモリの量が減少し、バッファ５０６　の“フルネス（メモリ領域がいっぱいになる程度）”が増加する。１実施形態において、この情報はバッファ５０６　から補助マルチプレクサ５０８　に供給される。補助マルチプレクサ５０８　はこの情報を使用して、エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎからのデータ流を多重化するときに使用されるプロセスを制御するように統計マルチプレクサ４０４　に命令し、それによって統計マルチプレクサ４０４　の出力で供給されるデータに対する帯域幅またはデータレート要求を減少（または増加）させる。たとえば、バッファ５０６　が便宜的でないデータ（最小サービスレベルで送信されなければならない）を記憶するために使用され、バッファがデータを記憶するその容量に近付いていることが“バッファフルネス”信号で示された場合、補助マルチプレクサ５０８　は、以下さらに詳細に説明するように、統計マルチプレクサ４０４　の出力において供給されるデータｄ１　＋ｄ２　＋…＋ｄｎ　のデータレートを減少させるように各エンコーダ４０２Ａ−４０２　からの信号を結合するように統計マルチプレクサ４０４　に命令する。これによって統計マルチプレクサ４０４　の出力において供給されるデータ中にナルデータを有するナルデータパケットＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎ＋ＮＳＭの割合が増加し、それによって出力信号においてもっと多くの補助データＤＡ　を代わりに使用できるようになり、バッファ５０６　の“フルネス”を減少させることが可能になる。同様に、補助マルチプレクサ５０８　は、バッファ５０６　が所望の値を下回った場合に、統計マルチプレクサ４０４　の出力において供給されるデータｄ１　＋ｄ２　＋…＋ｄｎ　のデータレートを増加させるようにエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎからの信号を結合するように統計マルチプレクサ４０４　に命令することができる。したがって、バッファ５０６　の“フルネス”は、補助マルチプレクサからの出力データ流が実質的にナルデータパケットを有しないことを保証するために適応的に使用されることができる。１実施形態において、バッファ５０６　はまたエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎからのデータの一部または全てを受取って、そのデータを補助マルチプレクサ５０８　に供給することができる。
【００３７】
補助マルチプレクサ５０８　は、補助データＤＡ　の導入を可能にする多くの方法で統計マルチプレクサを制御することができる。１実施形態において、補助マルチプレクサ５０８　は、統計マルチプレクサ方程式４０６　を変更し、あるいはこれに追加する（もしくは統計マルチプレクサ方程式４０６　自身を変化させる）コマンドを供給し、データソースの任意の他のもののように補助データＤＡ　に関して交渉するように本質的に統計マルチプレクサ４０４　における新しいデータの“代用となるもの（ｐｒｏｘｙ）　”を付加する。この技術により、高速ベースで（フレームの順序等で）補助データＤＡ　を挿入するためのナルパケットを増加させることができる。
【００３８】
統計マルチプレクサ方程式４０６　の操作の代わりに、あるいはそれに加えて、補助マルチプレクサ５０８　はまた、異なった（減少または増加された）ターゲット帯域幅要求ＢＷＴ　を満足させるためにエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎからのデータを結合するように統計マルチプレクサ４０４　に命令してもよい。
【００３９】
１実施形態において、補助マルチプレクサ５０８　はナルパケット置換パラメータ５１２　にしたがって少なくとも部分的に規定されたプロセスにしたがってナルデータＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎ＋ＮＳＭの代わりに補助データＤＡ　を使用する。ナルパケット置換パラメータには、たとえば以下のものが含まれる：
・ＢＷＭＩＮ　＝データサービスをアクティブな状態にしておくために必要な最小レート；
・ＢＷＭＡＸ　＝データサービスの最大持続データレート；
・ＢＷＡＶＧ　＝時間期間ｔｐｅｒ　にわたる公称または保証レート；
・ｔｐｅｒ　＝平均レートＢＷＡＶＧ　を決定するために使用される時間期間であり、ｔｐｅｒ　の値は、データ流が公称および最大時間量だけ遅延されることができることを推断するために使用されることができる；
・優先度＝別のサービスに比較されたデータサービスの優先度。この優先度はランクとして表されることができる。
【００４０】
補助データＤＡ　の各ソースは、上述したパラメータの１以上のものを割当てられる（エンコーダ４０２Ａ−４０２　に入ったデータ流もまたこれらのパラメータの１以上のものを割当てられてもよい）。バッファ５０６　により与えられた“バッファフルネス”の尺度と共に、上述の値は、補助データＤＮ　の置換を可能にするのに十分なナルデータＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎ＋ＮＳＭが存在していることを決定するために補助マルチプレクサ５０８　によって使用される。データサービスをアクティブな状態にしておくために必要な最小レートＢＷＭＩＮ　で補助データを供給するのには、統計マルチプレクサ４０４　からの出力流の中のナルデータが十分でない場合、補助マルチプレクサは、付加的なナルパケットを供給する（統計マルチプレクサ方程式４０６　またはターゲット帯域幅ＢＷＴ　の操作によって）ように統計マルチプレクサ４０４　に命令することができる。
【００４１】
たとえば、衛星テレビジョンの用途では、ビデオプログラムのタイミングおよび内容に関する情報を提供するマスター番組ガイド（ＭＰＧ）が送信される。この情報は典型的にデータ流Ｄ１　−Ｄｎ　の１つとして送信され、１００Ｋｂ／ｓ程度のコンスタントビットレート（ＣＢＲ）データ流と考えられ。データオーバーロードを防止するために、バッファ中に過剰なデータを一時的に記憶しながらＭＰＧデータ流に対する平均データレートを約８０％のＣＢＲレートに慎重に維持するようにＭＰＧデータのソースと統計マルチプレクサ４０４　との間にドライバが挿入されてもよい。この例において、ＭＰＧデータは、ＢＷＭＩＮ　＝５０Ｋｂ／ｓ；ＢＷＭＡＸ　＝５００Ｋｂ／ｓ（バースト＝４パケット、５パケットがＢＷＭＡＸ　を越えてはならない）、ＢＷＡＶＧ　＝８０Ｋｂ／ｓ、ｔｐｅｒ　＝２秒；優先度＝ランク１の値を割当てられることができる。
【００４２】
ＭＰＧデータをバッファ５０６　のようなバッファ中に記憶することにより、８０Ｋｂ／ｓの平均レートを満足させる要求を依然として満たしながら、ＭＰＧデータが補助マルチプレクサ５０８　の出力において供給される前の平均遅延はほぼ１秒であり、最大遅延は２秒未満である。バッファ５０６　の限界を使用することにより、瞬間的なナルデータレートが予め知られていなくても、統計マルチプレクサ４０４　から出力されたデータ流中にＭＰＧデータが挿入されることができる。しかしながら、瞬間的なナルデータレートは補助データ流の平均データレートより高くなければならない。
【００４３】
統計マルチプレクサ方程式４０６　または統計マルチプレクサ４０４　のターゲット帯域幅ＢＷＴ　を操作することにより十分なナルデータが解放されることのできる状況において、補助マルチプレクサ４０４　は上述したパラメータにしたがって補助データＤＡ　を解析し、本質的でないデータをドロップし、またはそれを時間的に遠い長期記憶装置に転送することができる。
【００４４】
たとえば、上述のＭＰＧデータ流は典型的に、数秒ごとに繰り返されるデータのカルーセルとして編成されている。カルーセルでのデータの伝送に通常４秒かかると仮定すると、統計マルチプレクサ４０４　から出力されたナルパケットが不十分である場合、１ラップ（ｗｒａｐ）のカルーセルがドロップされることができる。さらに、カルーセルデータの伝送を）１つおきにドロップすることにより、ＭＰＧに対するデータ要求は平均レートの５０％だけ減少されることができる。優先度の値を補助データサービスの全て（あるいは、それについてさらに言えば、データ流Ｄ１　−Ｄｎ　を含むデータサービスの全て）に割当てることにより、不可欠なデータを保護しながら本質的でない記述的情報を一時的に失うことができる。
【００４５】
図６Ａおよび図６Ｂは、依然として最大伝送データレートＢＷｘ　未満のままでありながら、上述した素子の任意のものと共同して、伝送前に補助データＤＡ　を挿入するために使用されることのできるポストプロセッサ５１０　を示している。このポストプロセッサ５１０　は、図６Ａに示されているように補助マルチプレクサ５０８　の出力に通信するように結合されるか、あるいは図６Ｂに示されているように統計マルチプレクサ４０４　と補助マルチプレクサ５０８　との間に通信するように結合されることができる。
【００４６】
はじめに図６Ａに開示されている実施形態を参照すると、データ流ｄ１　−ｄｎをさらに圧縮するために統計マルチプレクサ４１８　の出力からのデータ流（ｄ１　＋ＮＥ１）＋（ｄ２　＋ＮＥ２）＋…＋（ｄｎ　＋ＮＥｎ）＋ＮＳＭに関して後処理が行われる。これは通常、補助データＤＡ　により必要とされる最小スループットＢＷＭＩＮ　を満足させるにはナルデータＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎ＋ＮＳＭの量が不十分である場合に行われる。これは、元のデータ流を再構成してＤ１　´−Ｄｎ　´を生成する（エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎにより行われた符号化は損失のある符号化であるため、再構成された信号はエンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎに供給された信号Ｄ１　−Ｄｎ　と同じではない）ために符号化されたデータ流ｄ１　−ｄｎ　を復号し、その後再度符号化されたデータ流ｄ１　´−ｄｎ　´が元の符号化されたデータ流ｄ１　−ｄｎ　より圧縮されるように復号されたデータ流を再度符号化し、それによって補助データＤＡ　の追加を可能にするように帯域幅を解放することにより行われることができる。所望ならば、さらに圧縮を行う程度は補助マルチプレクサ５０８　によって制御され、あるいはバッファフルネスに関するバッファ５０６　からの信号によって直接的に制御されることができる。１実施形態において、エンコーダ４０２Ａ−４０２ＮはＭＰＥＧエンコーダであり、符号化されたデータ流ｄ１　−ｄｎ　を復号してそれらを再度符号化するプロセスは、このような符号化／復号方式に固有のｍクオント（ｑｕａｎｔ）値によってアクティビティおよび一般画像品質を考慮することができる。この実施形態において、このｍクオント値を検査することによって、さらに圧縮を行うことが可能かどうかを決定でき、このようなさらなる圧縮の程度が定められることができる。
【００４７】
図６Ｂに開示されている実施形態において、補助マルチプレクサ５０８　の出力からのデータ信号に関して後処理が行われる。ポストプロセッサ５１０　によってさらに圧縮が行われたことによりスループット要求は再びＢＷｘ　以下の値に減少するため、補助マルチプレクサ５０８　の出力からの信号ｄ１　＋ｄ２　＋…＋ｄｎ　＋ｄＡ　はＢＷｘ　を越えるスループットを有することができる。
【００４８】
図７は、本発明を実施するために使用されることのできる例示的な方法ステップを示す図である。ブロック７０２　に示されているように、ナルデータを有する統計的に多重化されたデータ流が受取られる。補助データＤＡ　はバッファされ、統計的に多重化されたデータ流中のナルデータの量は、統計的に多重化されたデータ流中において補助データＤＡ　による置換を可能にするのに十分なナルデータを供給するように制御される。これは、ブロック７０４　に示されている。補助データＤＡ　の少なくとも一部分は、統計的に多重化されたデータ流中のナルデータの代わりに使用される。
【００４９】
［ナルおよびゼロパケットの識別および置換］
図８は、補助データパケットで置換するためにナルおよびゼロデータパケットを識別するために使用されることのできる例示的な方法のステップを示すフローチャートである。上述したように、補助マルチプレクサ５０８　は、ナルデータＮＥ１＋ＮＥ２＋…＋ＮＥｎとゼロデータＮＳＭとを有するデータパケットを見て識別する。これは、統計マルチプレクサ４０４　の出力または各エンコーダ４０２Ａ−４０２Ｎの出力を検査することによって行われることができる。ブロック８０２　および８０４　に示されているように、ゼロデータＮＳＭを有するパケットは、データパケットがナルデータだけを含んでいることを示す識別子に対する第１のパケットセグメント３２０　またはヘッダの検査によって識別されることができる。たとえば、ヘッダ中のＰＩＤ９１２　がナルパケットに割当てられた値と一致した（たとえば、ＰＩＤ＝８１９１）場合、そのパケットはナルパケットであると決定され、ブロック８０６　に示されているように補助データがそのデータパケットのペイロードに代えて置換されることができる。ＰＩＤ９１２　がナルパケットに割当てられた値と一致しない場合、パケットはさらに検査される。
【００５０】
図９は、ＭＰＥＧ−２標準規格による例示的なトランスポートパケット９０２　の概略図を示している。トランスポートパケットはヘッダ９０４　、随意的な適応フィールド９０６　およびデータペイロードセクション９０８　を含んでいる。トランスポートヘッダ９０４　は、同期ワード９１０　と、パケットおよび連続性インジケータ９１４　を識別するためにＰＩＤ９１２　に割当てられたものを含む複数のビット割当て部分とを含んでいる。
【００５１】
ゼロデータパケットのヘッダ（９０４　および、または３２０　）は、ビデオまたはオーディオデータを有するデータパケットのヘッダと同じであってもよいため、ゼロパケット（ナルデータをエンコーダ４１２　によりデータペイロードセクション９０８　中に挿入されたパケット）を検出することはさらに困難である。ゼロパケットは、ＭＰＥＧデータ流を完全に分析（ｐａｒｓｅ）し、必要のないゼロバイトを識別して除去することによって識別されることができる。しかしながら、この技術は計算に関して集中的である。本発明の１実施形態において、データパケットは補助データによる置換を可能にするために十分なナルパケットを有している候補である可能性のあるものを識別するためにスクリーンされる。これは、ビット流中で復号されるべき次のビットとビットストリングとを比較することを可能にするネクストビット（）機能（この明細書において参考文献とされているＩＴＵ−ＴＨ．２６２の６．２．４および５．２．２節に規定されている）により行われることができる。
【００５２】
エンコーダ４０２　によって使用されるいくつかの符号化方式は、データパケットを非同期的に横切ってデータを切断する。たとえば現在のＭＰＥＧエンコーダは全てデータをトランスポートパケットに非同期的に切る。したがって、２以上のデータパケットによって特定のデータ値または関連したデータ値セットが送信されることができる（もっとも、両者は同じＰＩＤを有することになる）。その結果、検査中の現在のパケット（全てゼロを有してもよいが、ナルデータだけを有していることを示すＰＩＤを割当てられていない）がナルデータだけからなるデータ値を送信しているパケットであることを保証するために、同じＰＩＤを有する時間的に隣接した（たとえば、前の）パケットを検査することが必要である。両パケットはナルデータだけを送信することが前のパケットの検査で示された場合、そのパケットは補助データの置換の候補である。現在のパケットはナルデータしか含んでいないが、前のパケットはナルでないデータを含んでいたことが前のパケットの検査で示された場合、その現在のパケットは補助データの置換の候補ではない。図８には、このパケット検査を行う論理が示されている。
【００５３】
図８に示されている論理は、検査中の各パケット（およびＰＩＤ）に対して２つのデータ要素が利用できることを仮定している。第１のものは、各パケット（パケットＰＩＤによる）に対するフラッグ（状態）である。状態フラッグに対する初期値はゼロである。情報の第２の要素は、ビデオであって、したがってナルデータを含んでいそうなパケット（パケットのＰＩＤによる）を規定する静的テーブルである。このデータは、ＭＰＥＧ　ＰＭＴから、あるいは検査中のデータ流の外部にある構成テーブルから得られることができる。
【００５４】
とくに図８を再び参照とすると、ブロック８０８　において、考慮されているパケットがビデオパケット（もっとも、別の実施形態ではナルデータはオーディオまたは別のデータ中に含まれてもよい）のようなナルデータを有している可能性のあるタイプのパケットであるかどうかが決定される。この決定は、たとえばパケットのＰＩＤを検査し、そのＰＩＤを検索テーブルと比較することによって行われることができる。パケットがナルデータを有している可能性のないタイプである場合、ブロック８２２　に示されているように、検査されているデータパケットは置換の候補ではなく、補助データはそのパケット中において置換されない。ブロック８２６　に示されているように、次のパケットが検査される。
【００５５】
ブロック８１０　は、パケットに対するＰＩＤと関連した状態フラッグをテストする。状態フラッグは以下の状態状況を記述している：
状態＝０：これはデフォルト状態であり、データ流４２４　中において出現した同じＰＩＤを有する前のデータパケットがナルでないデータを含んでおり、このパケットがゼロビデオパケットになることはできないことを示す方法で終了したことを示す。状態フラッグ＝０の場合、十分なＮＢ個の連続するゼロバイトが存在するか否かを決定するために現在のパケット（検査中のパケット）の終りが最後のペイロードバイトで始まってそこから前方に向かって検査される。これはブロック８１６　に示されている。
【００５６】
１実施形態において、ＮＢ≧３は、スタッフィングに続く開始コードが整列されたパケットであると知られている場合の最小値を表す（典型的に真）。ＮＢ≧５は、スタッフィングに続く開始コードが整列されたパケットでないことが知られていない場合の最小値である。
【００５７】
十分な数のゼロバイトが存在している場合、現在のパケットはナルデータを含んでいる可能性があると決定され、その状態が状態１に変更される。現在のパケットがゼロデータを含んでいるか否かに関する最終的な決定は、同じＰＩＤを有する次のデータパケットの検査まで延期される。
【００５８】
状態＝１：状態＝１の場合、前に検査されたパケット（同じＰＩＤを有する）は３つの連続したゼロバイトで終了しており、検査中の現在のパケットがスライスの終りであることを示す。その後、ブロック８１２　に示されているように、このパケットのデータペイロード全体がゼロバイトかどうかを決定するためにテストが行われる。そうである場合には、ブロック８１４　および８０６　に示されているように、パケットはゼロビデオパケットであり、それのゼロまたはナルデータが補助データにより置換される候補である。この場合、パケットの最後の３バイトが全てゼロであるため、状態は１のままである。データペイロード全体が全てゼロのバイトではない場合、このパケットはペイロード中にナルではないデータを有しており（それはゼロビデオパケットではない）、処理はブロック８１６　に進む。ブロック８１６　において、現在のパケットは、パケット中の最後の３バイトがゼロバイトかどうかを決定するために最後のペイロードバイトから前方に向かってチェックされる。そうである場合には、このＰＩＤに対する状態は状態＝１（上述したように、検査される次のパケット中のナルデータを置換すべきかどうかを決定するために使用される）に設定される。パケットの終りからカウントして３つの連続したゼロでないバイトが存在している場合、状態はゼロのままにされ、現在のパケットはゼロでないデータを含んでいるので、それは補助データによる置換の候補ではない。
【００５９】
以上のように、補助データがゼロテータに代えて置換されることが可能かどうかを決定するために、（１）現在のデータパケットと、（２）同じＰＩＤを有しており、現在のデータパケットに時間的に隣接しているデータパケットの２つのデータパケットが検査される。データパケット（２）が少なくともＮＢ個連続したゼロデータ値を含み、データパケット（１）が全てゼロのデータ値を含んでいる場合、データパケット（１）はデータペイロードの代わりに使用される補助データＤＡ　の少なくとも一部分を有する候補である。
【００６０】
上記には、パケット全体がナルデータを含んでおり、前のパケットがそのパケットの終りに３以上の連続したゼロデータバイトを有していたのでない限り補助データはパケット中のデータの代わりに置換されない方法が記載されているが、エンコーダ４０２　および統計マルチプレクサ４０４　により使用される符号化方法に適した別の置換方式が行われてもよい。たとえば、ゼロでないナルデータ埋込みも同様に認識されるように、あるいはＮＢが別の整数に等しくなるように方法が修正されてもよい。さらに本発明の１実施形態において、補助マルチプレクサ５０８　は入ってきたデータ流を検査し、各データ流にナルデータを埋込むために、および、または異なったデータ流を多重化するためにどの種類のプロトコルが使用されたかを決定し、その決定されたプロトコルにしたがって補助データでナルデータを置換するために使用されたアルゴリズムを適応するように修正する。この実施形態において、補助マルチプレクサ４０４　は、異なった埋込みプロトコルおよび方式（たとえば、エンコーダ４０２ＡはＭＰＥＧ−２に従ったエンコーダであるが、エンコーダ４０２Ｂは完全に異なった符号化標準規格に従ったエンコーダであるシステム）を使用してエンコーダ４０２　により挿入されたナルデータの代わって補助データを置換することができる。
【００６１】
ゼロデータパケットまたはナルデータパケット中のナルデータをデータで置換するには、トランスポートデータパケットの正しい構文を維持するためにデータ流のトランスポートパケット９０２　のヘッダ９１４　中において連続性インジケータ９１４　を再生する必要がある。
【００６２】
別の実施形態において、補助マルチプレクサ５０４　はまた、補助データがいつナルデータの代わりに挿入されることが可能かに関する決定をパケット単位で行う付加的な機能を提供する。たとえば、補助マルチプレクサ５０４　は、各ストリームに対して最小パケット間隔を与えるガバナーの使用によりバッファ５０６　からのデータが出力データ流に入れられることのできる最大データレートを与えることができる。最後のデータパケットが供給されたために、最低限の数のパケットが送られていない場合、ガバナーは、データがバッファ５０６　から読出されて補助マルチプレクサ５０８　の出力において供給されないように制限する。バッファ５０６　で利用可能な複数のデータパケットのいずれがガバナーにより制限され、および、または読出されて別のデータパケットの前に出力において供給されるかを選択するためにパケット単位の優先度システムが使用されることができる。
【００６３】
特定のデータ流に割当てられた優先度はまた、必要とされた場合に高い優先度を補助データ流に割当てるために時間にわたって変化することができる点で動的であってもよい。たとえば、補助データ流／パケットがデータ挿入によって送られるたびに、優先度カウンタがインクリメントされ、別のデータ流／パケットに比較してそのデータ流／パケットの相対優先度を上げてもよい。その後、最高の現在の優先度を有するデータ流／パケットが次の利用可能なナル／ゼロデータパケットの代わりをするように指定される。
【００６４】
［結論］
上記の本発明の好ましい実施形態が例示および説明のために記載されている。それは排他的なものでなく、本発明を開示されているものと全く同じ形態に制限するものでもない。上記の教示を考慮して多くの修正および変形が可能である。たとえば、上記の開示は、衛星伝送システムに適用された本発明の１実施形態を示しているが、本発明は任意の無線またはケーブル伝送システムを使用してデータを送信するために使用されることができる。本発明の技術的範囲は、この詳細な説明によって制限されるものではなく、添付された特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。上記の明細書の記載、例およびデータは、本発明の構成の製造および使用を完全に説明している。本発明の多くの実施形態は本発明の技術的範囲を逸脱することなく形成されることができるため、本発明は添付された特許請求の範囲の記載によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】メディアプログラム分配システムの概略図。
【図２】加入者への伝送のために信号トランスポンダを使用してビデオプログラム材料がどのようにして衛星にアップリンクされるかを示す典型的なアップリンク構成のブロック図。
【図３Ａ】衛星から受信される代表的なデータ流を示す概略図。
【図３Ｂ】データパケットの構造を示す概略図。
【図４】入力データ流が符号化、変調および送信の前に統計マルチプレクサによってどのようにして結合されるかを示す概略図。
【図５】ナルパケット置換装置の１実施形態を示す概略図。
【図６Ａ】ナルパケット置換装置の別の実施形態を示す概略図。
【図６Ｂ】ナルパケット置換装置のさらに別の実施形態を示す概略図。
【図７】本発明の１実施形態を実施するために使用されることのできる例示的な方法ステップを示すフローチャート。
【図８】補助データパケットによる置換に対してナルパケットとゼロデータパケットとを識別するために使用されることのできる例示的な方法ステップを示すフローチャート。
【図９】エンコーダからの例示的なトランスポートパケットの概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年2月7日(2003.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力データ流に補助データＤＡ　を付加する装置において、
第１の入力を含む複数の入力と出力データ流を供給する出力とを有する統計マルチプレクサと、
前記第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第１のエンコーダと、
統計マルチプレクサに通信するように結合され、エンコーダのナルデータＮＥ　を感知し、このエンコーダのナルデータＮＥ　に代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換する補助マルチプレクサとを具備しており、
前記第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ１に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ１以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ１にしたがって第１のデータ流Ｄ１　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ１と第１の容認されたデータレートＢＷＧ１との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯＥ１　≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯＥ１　を規定し、前記第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ１で供給される第１のデータ流ｄ１　の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ１におけるエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有している装置。
【請求項２】
前記補助マルチプレクサはエンコーダの出力と統計マルチプレクサの入力との間に通信するように結合されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記補助マルチプレクサは統計マルチプレクサの出力に通信するように結合されている請求項１記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記補助マルチプレクサに通信するように結合されて補助データをバッファするバッファを備えている請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記補助マルチプレクサはバッファの未使用メモリにしたがって補助データを置換する請求項４項記載の装置。
【請求項６】
さらに、前記補助マルチプレクサは統計マルチプレクサのナルデータＮＳＭを感知し、このマルチプレクサのナルデータＮＳＭに代えて補助データの少なくとも一部分を置換する請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記統計マルチプレクサは出力データ流ＢＴ　のターゲットデータレートを記述した第１のコマンド入力にしたがって第１のエンコーダの出力の表示を管理し、
補助マルチプレクサは統計マルチプレクサの第１の入力に通信するように結合され、出力データ流ＢＴ　のターゲットデータレートを変化させるように命令する請求項３記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記補助マルチプレクサに通信するように結合され、補助データをバッファするバッファを備え、前記補助マルチプレクサはバッファの未使用メモリにしたがってターゲットデータレートを変化させる請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記補助マルチプレクサは、
最小補助データレートＢＷＭＩＮ　と、
最大補助データレートＢＷＭＡＸ　と、
時間期間ｔｐｅｒ　にわたって測定された公称補助データレートＢＷＡＶＧ　と、
優先度とを含むグループから選択された１以上の補助データパラメータにしたがってターゲットデータレートを変化させる請求項７記載の装置。
【請求項１０】
出力データ流ＢＴ　のターゲットレートを減少させてマルチプレクサのナルデータＮＳＭに代えて補助データＤＡ　を置換できるようにするために出力データのターゲットデータレートを変化させるように命令される請求項７記載の装置。
【請求項１１】
補助マルチプレクサはさらに、統計マルチプレクサのナルデータＮＳＭを感知し、このマルチプレクサのナルデータＮＳＭに代えて補助データの少なくとも一部分を置換し、
出力データ流ＢＴ　のターゲットレートを減少させて、エンコーダのナルデータＮＥ１とマルチプレクサのナルデータＮＳＭとを含むグループから選択されたデータに代えて補助データＤＡ　を置換できるようにするために出力データのターゲットデータレートを変化させるように命令される請求項７記載の装置。
【請求項１２】
補助データは、予め規定された最小補助データレートで付加される請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
さらに、前記第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第２のエンコーダを具備しており、
前記第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ２に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ２以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ２にしたがって第１のデータ流Ｄ２　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ２１　と第１の与えられたデータレートＢＷＧ２との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯ２≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯ２を規定し、前記第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ２１　で供給される第１のデータ流の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ２のエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有し、第２のエンコーダは出力を有しており、
統計マルチプレクサは、統計マルチプレクサの第２のコマンド入力にしたがって複数の入力において与えられたデータを統計マルチプレクサの出力に割当て、補助マルチプレクサは統計マルチプレクサの第２の入力に通信するように結合され、統計マルチプレクサの出力に対する複数の入力で与えられたデータの割当ての変更を命令する請求項３記載の装置。
【請求項１４】
補助マルチプレクサはその補助マルチプレクサに通信するように結合されたバッファの未使用のメモリにしたがって統計マルチプレクサの出力に対する複数の入力において与えられたデータの割当てを変更し、バッファが補助データをバッファする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
マルチプレクサは、バッファの未使用のメモリにしたがって統計マルチプレクサの出力に対する複数の入力において与えられたデータの割当てを変更する請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
データ流に補助データＤＡ　を付加する方法において、
ナルデータを有する統計的に多重化されたデータ流を受取り、
この統計的に多重化されたデータ流中においてナルデータに代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップを含んでいる方法。
【請求項１７】
補助データＤＡ　は便宜的でないデータである請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
統計的に多重化されたデータ流中において補助データＤＡ　の少なくとも一部分で置換できる程度に十分なナルデータ量に達するまで補助データＤＡ　をバッファするステップをさらに含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
統計的に多重化されたデータ流中において補助データＤＡ　の少なくとも一部分で置換できる程度に十分なナルデータを供給するように統計的に多重化されたデータ中のナルデータ量を制御するステップをさらに含んでいる請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ナルデータ量は、バッファされた補助データＤＡ　の量とそのバッファされた補助データを記憶するバッファの容量との間の関係にしたがって制御される請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ナルデータは、統計マルチプレクサのナルデータＮＳＭを含んでいる請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
統計的に多重化されたデータ流はターゲットスループット値ＢＷＴ　以下のスループットに統計的に多重化され、統計的に多重化されたデータ中のナルデータ量を制御するステップはターゲットスループット値ＢＷＴ　を変更するステップを含んでいる請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
ナルデータはエンコーダのナルデータＮＥ　を含んでいる請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
統計的に多重化されたデータ流は統計マルチプレクサ方程式にしたがって統計的に多重化され、バッファされた補助データＤＡ　の量とそのバッファされた補助データを記憶するバッファの容量との間の関係にしたがって統計的に多重化されたデータ中のナルデータ量を制御するステップは、統計マルチプレクサ方程式を変更するステップを含んでいる請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
補助データＤＡ　中に非本質的データが混じっているかどうかを検査し、
統計的に多重化されたデータ流中のナルデータに代えて補助データＤＡ　を置換する前に補助データＤＡ　から非本質的データを除去するステップをさらに含んでいる請求項１９記載の方法。
【請求項２６】
統計的に多重化されたデータ中のナルデータの量のステップは補助データＤＡを記述するパラメータセットにしたがって制御され、そのパラメータセットは、
データサービスをアクティブな状態にしておくために必要な最小スループットＢＷＭＩＮ　と、
データサービスの最大持続スループットＢＷＭＡＸ　と、
ある時間期間にわたる公称または保証レートＢＷＡＶＧ　とを含んでいる請求項１９記載の方法。
【請求項２７】
データ流は、各データパケットがパケットＩＤを有している１組のデータパケットを含み、それらのデータパケットは第１のデータパケットと、この第１のデータパケットに時間的に隣接した第２のデータパケットとを含んでおり、統計的に多重化されたデータ流中のナルデータに代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップは、
第１のデータパケットが少なくともＮＢ個連続したゼロデータ値を含み、第２のデータパケットが全てゼロのデータ値を含んでいる場合に、第２のデータパケット中のデータに代えて補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換するステップを含んでいる請求項１６記載の方法。
【請求項２８】
補助データＤＡ　のパケット化された衛星信号を送信するシステムにおいて、
第１の入力を含む複数の入力と出力データ流を供給する出力とを有する統計マルチプレクサと、
前記第１の統計マルチプレクサ入力に通信するように結合された出力を有する第１のエンコーダと、
統計マルチプレクサに通信するように結合され、エンコーダのナルデータＮＥ　を感知し、このエンコーダのナルデータＮＥ　の代わりに補助データＤＡ　の少なくとも一部分を置換する補助マルチプレクサと、
前記補助マルチプレクサに通信するように結合された、出力データ流を変調する変調器と、
前記変調器に通信するように結合され、出力データ流を送信する送信機と、
変調されて送信された出力データ流を受信し、その受信された出力データ流を加入者に再送信するトランスポンダとを具備しており、
前記第１のエンコーダは、エンコーダからリクエストされたデータレートＢＷＲ１に応答して統計マルチプレクサにより与えられた第１の容認されたデータレートＢＷＧ１以下である第１の実際のデータレートＢＷＡ１にしたがって第１のデータ流Ｄ１　を圧縮し、第１の実際のデータレートＢＷＡ１と第１の容認されたデータレートＢＷＧ１との間の差は、ＢＷＧ１−ＢＷＡ１＝ＢＷＯＥ１　≧０であるようにエンコーダのオーバーヘッドレートＢＷＯＥ１　を規定し、前記第１のエンコーダは、実際のデータレートＢＷＡ１で供給される第１のデータ流ｄ１　の圧縮されたバージョンとオーバーヘッドレートＢＷＯ１におけるエンコーダのナルデータＮＥ１とを含む出力を有している装置。
【外国語明細書】
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