(57)【要約】【課題】素材の速度やパケットサイズが違うデータであっても、搭載されるバッファの必要容量を減らし、コストを削減した映像多重化装置を提供する。【解決手段】映像信号をパケット化する映像信号パケット化回路１１ａと、一定時間内に通過するパケットの数を数えてデータの速度を測定する有効データカウント回路１２ａと、測定したデータから速度の速い順から優先順位をつける優先順位決定回路１３を備え、該優先順位決定回路１３からの優先順位に基づいて映像信号のパケットデータを切り換えて多重化データを生成する多重化回路１４を備えた構成を特徴とする。【選択図】図１
2004200967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号をパケット化する手段と、一定時間内に通過するパケットの数を数えてデータの速度を測定する手段と、測定したデータから速度の速い順から優先順位をつける優先順位決定手段を備え、該優先順位決定手段からの優先順位に基づいて映像信号のパケットデータを切り換えて多重化データを生成する多重化手段を備えたことを特徴とする映像多重化装置。
【請求項２】
前記優先順位決定手段は、入力される複数の映像信号に映像番号を付け、前記データ速度の速い順に該映像番号を並べ替えて出力することを特徴とする請求項１に記載の映像多重化装置。
【請求項３】
前記優先順位の更新は一つのパケットを出力する毎に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の映像多重化装置。
【請求項４】
映像信号をパケット化し、該パケットの一定時間内に通過するパケットの数を数えてデータの速度を測定した後、測定したデータから速度の速い順から優先順位をつけて映像信号パケットデータを切り換えて多重化データを生成することを特徴とする映像多重化方法。
【請求項５】
前記優先順位の決定は、入力される複数の映像信号に映像番号を付け、前記データ速度の速い順に該映像番号を並べ替えて出力することを特徴とする請求項４に記載の映像多重化方法。
【請求項６】
前記優先順位の更新は一つのパケットを出力する毎に行われることを特徴とする請求項４または５に記載の映像多重化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の映像信号を多重化して一本の回線に送り出す装置に関するものである。具体的には、多重化するため映像信号はパケットと呼ばれる一つのまとまりで伝送し、その際にパケットを待たせるＦＩＦＯ（First-in First-out、以下同じ）メモリーの容量を増大することなく多重化することができる映像多重化装置及び映像多重化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の映像信号やデータを多重化して一本の回線に送り出す場合、回線が空いていれば直ぐに送り出すことができるが、もし他のチャンネルが回線を使っていた場合には、直ぐに送り出すことができないので待たせておく必要がある。このとき多数の送出要求があった場合、どれを出力するかを決めるのにラウンドロビン方式がある。この方式は、送出するごとに優先する順番をリング状に変えてゆく方式であり、各入力からの出力要求に公平な出力機会を与えることができる。映像信号の場合、ハイビジョン（以下HDTV）や標準テレビ（以下SDTV）がある。
【０００３】
HDTVとSDTVが混在した場合でも均一なサービスを行ったとすると、素材の速度の違いにより、待たせるメモリーの容量が違うことになる。すなわち待たせるのに必要なメモリーの容量は、素材の速度に待たせる時間を乗算したものであるため、素材の速度が速ければ早いほど大きなメモリーが必要となる。あらかじめ素材の速度がわかっているときには、メモリーを素材の違いによって割り当てておけばよい。しかしながら固定的な割り当ての場合、伝送素材が変わるたびにポートの入れ替えが発生し、運用上このましくない。
【０００４】
また、特許文献１にはＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）等による情報圧縮および多重化技術を用いて画像音声情報に対して符号多重化を行い、限られた伝送帯域の下で複数プログラムの高品位の画像音声データを一本のビットストリームにする方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１-３４０９３６号公報（明細書全文、全図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
同一のバッファメモリの場合高速に入力されたときは、バッファに貯まるまでの時間が短く、低速の場合には、貯まるまでの時間が長くかかる。高速に入力された素材と、低速に入力された素材を多重する場合、高速に入力された素材は低速に比べて出力要求も多く出る。同時に要求が起こった場合に低速の方を出力してしまうと、高速のデータを優先して処理するよりも多くのバッファメモリを必要とする。このバッファメモリの容量を大きくしどんなときでもオーバーフローしないだけの容量を持てばよいが、バッファメモリが増加することにより、ハードウェアの規模が増大する。MPEGのように決まったフォーマットではなくHDTVやSDTVを直接多重化する場合には、走査線数や画素数の違いによりパケットサイズも変える必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は上記課題を解消し、素材の速度やパケットサイズが違うデータであっても搭載されるバッファの必要容量を減らしコストを削減した映像多重化装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る映像多重化装置は、映像信号をパケット化する手段と、一定時間内に通過するパケットの数を数えてデータの速度を測定する手段と、測定したデータから速度の速い順から優先順位をつける優先順位決定手段を備え、該優先順位決定手段からの優先順位に基づいて映像信号のパケットデータを切り換えて多重化データを生成する多重化手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明に係る映像多重化装置は、請求項１において優先順位決定手段は、入力される複数の映像信号に映像番号を付け、前記データ速度の速い順に該映像番号を並べ替えて出力することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明に係る映像多重化装置は、請求項１または２において前記優先順位の更新は一つのパケットを出力する毎に行われることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明に係る映像多重化方法は、映像信号をパケット化し、該パケットの一定時間内に通過するパケットの数を数えてデータの速度を測定した後、測定したデータから速度の速い順から優先順位をつけて映像信号パケットデータを切り換えて多重化データを生成することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明に係る映像多重化方法は、請求項４において優先順位の決定は、入力される複数の映像信号に映像番号を付け、前記データ速度の速い順に該映像番号を並べ替えて出力することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明に係る映像多重化方法は、請求項４または５において優先順位の更新は一つのパケットを出力する毎に行われることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施形態に係るブロック図を示す。映像信号１、２、３は、それぞれ映像の入力で、この例では３チャンネルであるが、３チャンネルに限定するものではなく、それ以上の複数チャンネルであってもよい。多重化出力は、映像信号１、２、３を多重化したものでデータの速度は、映像信号１、２、３を加算したデータレートよりも大きい必要がある。もし小さいと多重化したデータを全部送ることができないため、メモリーのオーバーフローが起こってしまい、正常に伝送することができない。
【００１５】
映像信号は多重化されるため、映像信号パケット化回路１１ａでパケット化処理される。パケット化は、映像信号の区切りのいい単位、例えば、映像信号の１ライン毎や１／２ライン毎に行われる。ここでパケット化されたデータは、有効データカウント回路１２ａに入力され、一定期間共通の時間間隔で有効データ数が測定される。その値が映像信号の速度値として優先順位決定回路１３へ入力される。映像信号２及び３についても同様にして、映像信号パケット化回路１１ｂ及び映像信号パケット化回路１１ｃでパケット化処理され、有効データカウント回路１２ｂ及び有効データカウント回路１２ｃで映像信号にかかる速度値が測定され、それぞれ優先順位決定回路１３に入力される。
【００１６】
優先順位決定回路１３は、上記３つの映像信号にかかる速度値を基にして、どの映像信号を優先的に出力するかを決定する。ここでの優先順位の決定方法は、有効データカウント回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって得られた単位時間あたりの符号量（データ速度）により並べ替えが行われ、優先順位の決定が行われる。並べ替えにおいて重要なのは符号量（データ速度）そのものではなく、各映像信号からのデータの順番を付けることなので、映像入力に素材の番号を示した映像番号を付けておく。この番号は、映像信号１は０１、映像信号２は０２、映像信号３は０３・・・のようになっている。符号量が多い順（データ速度の速い順）に並べ替えた後、映像番号を示すデータを多重化回路１４へ送る。この優先順位の更新は、一つのパケットを出力する毎に行われる。すなわちパケットを出力した後、出力要求のあったものの中から一番優先順位の高い映像素材を選択することになる。このように優先順を符号量の多い順（データ速度の速い順）に決定することで、多重化回路１４内にあるバッファメモリの破綻を防ぐと同時にその容量を最小限に抑え、装置内の回路規模をコンパクトにまとめることができる。なお、かかる優先順位の決定方法は発明者が考察を行っており、詳細は後述する。
【００１７】
多重化回路１４は、上記有効データカウント回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃから得た符号量（データ速度）を基に優先順位決定回路１３よって決められた優先順位によって、多重化出力する。この中には、ＦＩＦＯメモリーが内蔵されており、同時に出力要求があっても、優先順位の高い方から出力することになる。
【００１８】
図２は上記で説明した有効データカウント回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃの内部を示したブロック図である。カウントは、フリップフロップＡ ２５から入力される従前のカウント値と、加算部２１による従前のカウント値にインクリメントしたカウント値をデータセレクタＡ ２２で選択することにより行う。ここで選択されたカウント値は、データセレクタＢ ２３、フリップフロップＡ ２５、データセレクタＣ ２６を経由してフリップフロップＢ ２７にラッチされ、これを有効データカウント数として既に説明した優先順位決定回路１３へ送る。なお、データセレクタＢ ２３のリセットと、データセレクタＣ ２６のカウント数の更新は、クロック発生部２４からのクロック（１秒）を基本タイミングとして所定間隔ごとに行う。
【００１９】
次に上記で示した符号量の多い順（データ速度の速い順）に優先順位を決定する方法について発明者が行った考察を説明する。
【００２０】
（考察事例１）
最初にSDTV 8CHを多重し、SDH(Synchronous Digital Hierarchy)の回線速度2.488Gbpsの回線に多重する。多重化におけるSDTV 8CHの場合のメモリー容量を求める。
1パケット=270Word(32Bit幅) = 1080Byteとする。
SDTVの1CHのデータレートは、38.88MHzの伝送レートで、データ幅は、8Bitである。メモリーサイズは、2^nが望ましいため2^9=512Wordとする。（データ幅=32Bit,アドレス幅=9Bit）最悪のケースは、8CHが同時にリクエストを出した場合である。
【００２１】
まず、最初のパケット到着から次のパケットの到着までの時間を求める。
伝送クロックは、38.88MHzであるため、1パケット伝送するのに必要な時間は、1080 × (1／38.88MHz) = 27.78μSである。
SDTVの1Hは、63.5μSであり、1パケットは、1／2Hであるため、
63.5μS／2 = 31.75μSである。
したがって、データ有効期間の割合は、
27.78μS／31.75μS = 87%
となり、次のパケットが到着するまでの時間は、
31.75μS − 27.78μS = 3.97μSである。
【００２２】
次にFIFOメモリーの残容量に蓄積されるまでの時間をもとめる。
512Word-270Word=242Wordであり、38.88MHzの伝送レートで、4相に分けられるので、
242 × (1／38.88MHz) × 4 = 24.89μSである。
したがって、3.97＋24.89μS = 28.86μS以内にFIFOメモリーの読み出しを完了すれば破綻しない。
【００２３】
次に7CHの7パケットを読み出すのに必要な時間を求める。
FIFOメモリーの読み出しの速度は、77.76MHzで1パケットは、270Wordであるため、
270 × (1／77.76MHz) × 7CH = 24.30μSである。
したがって、FIFOメモリーのサイズは、データ幅32Bit,アドレス幅=9Bitを用意すればよい。
【００２４】
（考察事例２）
別の例として、HDTV 1CHとSDTV 3CHの場合のメモリー容量を求める。この場合は、HDTVとSDTVが混在した場合である。
HDTVは、1パケット=174Word(32Bit幅) = 696Byteである。
SDTVは、1パケット=270Word(32Bit幅) = 1080Byteである。
端末ユニットからのデータは、77.76MHzの伝送レートで、データ幅は、32Bitである。メモリーサイズは、2^nが望ましいため2^9=512Wordで考える（データ幅=32Bit,アドレス幅=9Bit）。HDTVとSDTVで共通のメモリーサイズとし、伝送する素材が変わっても同一のバッファメモリを使用できるようにする。最悪のケースは、HDTV1CH、SDTV3CHが同時にリクエストを出した場合である。HDTVのパケットサイズは、174Wordなので、512WordのFIFOには、2パケット+164Word入る。SDTVのパケットサイズは、270Wordなので、512WordのFIFOには、1パケット+242Word入る。
【００２５】
まず、最初のパケット到着から次のパケットの到着までの時間を求める。HDTVの伝送クロックは、77.76MHzであるため、1パケット伝送するのに必要な時間は、
174 × (1／77.76MHz) = 2.237μSである。
HDTVの1Hは、29.62μSであり、1パケットは、1／8Hであるため、
29.62μS/8 = 3.703μSである。
したがって、データ有効期間は、
2.237μS/3.703μS = 60%
となり、次のパケットが到着するまでの時間は、
3.703μS −2.237μS = 1.466μS
である。
【００２６】
次にFIFOメモリーの残容量に蓄積されるまでの時間をもとめる。
メモリーの残容量は338Word（512Word−174Word）であり、77.76MHzの伝送レートで転送されてくるので、蓄積されるまでの時間は、
338 ×(1／77.76MHz) = 4.34μSである。
したがって、5.812μS（1.466 + 4.346μS ）以内にFIFOメモリーの読み出しを完了すれば破綻しない。HDTVとSDTVを混在した場合、HDTVの転送レートの方が高いため、先に読み出し可能になったSDTVパケットから始めると、HDTVのバッファが破綻してしまう。HDTVのパケットを優先して処理すれば、この問題は回避できる。
【００２７】
（考察事例２の一般的な計算）
HDTV 1CHとSDTV 3CHの場合におけるメモリー容量の例を示す。HDTVのビットレートは、1485Mbps（74.25MHz× 20Bit）である。SDTVのビットレートは、270Mbps （13.5MHz× 20Bit）とする。入力は、４チャンネルとし、CH1にHDTVを割り当て、CH2,CH3,CH4にSDTVがそれぞれ割り当てられて入力されているとする。出力ビットレートは、HDTVが１チャンネルとSDTVが３チャンネルの合計1485Mbps +270Mbps ×3 = 2295Mbpsとする。このビットレートよりも小さいとバッファメモリの容量をいくら大きくしても破綻してしまうし、このビットレートよりも高いと回線を無駄に使うことになり不経済となる。その他の条件としては、パケットの送出要求は１パケットのデータがそろってから送出要求を出すようにする。またバッファメモリの容量は、HDTVとSDTVで共通として運用中にポートの入れ替えが可能となるように同一サイズとする。バッファメモリの容量は、他のチャンネルを出力中に蓄積するビット数によって決まる。この関係は、次の式で与えられる。
【式１】
2004200967.tif 000003
【００２８】
この式より入力ビットレート、パケットサイズ、 出力ビットレートは決まっているため、 待たせるパケットの数をできるだけ小さくする必要がある。従来の方式でCH1,CH2,CH3,CH4から同時に送出要求が出たとき、CH2からサービスが始まったとするとサービスの順番は、
CH2→CH3→CH4→CH1
となりHDTVのCH1が送出されるまでHDTVレートで3パケット待たされることになる。一方優先順位をレートの高い方に設定した場合には、
CH2→CH1→CH1→CH1→CH3→CH1→CH1→CH4→CH1→CH1
の順番となりSDTVのCH4が送出されるまでSDTVレートで3パケット待たされることになる。したがって、待たせるパケットの数は、従来の方が多いものの速度に関しては、HDTV：SDTV=5.5：1であるため、優先順位を速度の速い順に並べた方がバッファメモリの容量が少なくてすむ。
【００２９】
図３は以上説明した考察事例２について、優先順位を速度の速い順に並べた場合のバッファメモリの遷移図を示したものである。同図の一点鎖線を挟んで上側が送出要求側、下側が実際の多重送出側である。各CHの対応関係を説明すると、送出要求側においてHD_WRITE(A)〜(G)がCH1に相当し、SD1_WRITE(A)とSD1_WRITE(B)がCH2に相当し、SD2_WRITE(A)とSD2_WRITE(B)がCH3に相当し、SD3_WRITE(A)とSD3_WRITE(B)がCH4に相当する。一方、多重送出側において、HD_READ(A)〜(G)がCH1に相当し、SD1_READ(A)がCH2に相当し、SD2_READ(A)がCH3に相当し、SD3_READ(A)がCH4に相当する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、多重化のとき使用するバッファメモリの容量を増大させることなく多重化することができる。
【００３１】
また、速度レートの高い順に優先順位をつけることにより、バッファメモリのサイズが小さくても、オーバーフローすることなしに多重する事ができる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における有効データカウンタ回路のブロック図である。
【図３】考察事例２におけるバッファメモリの遷移図である。
【符号の説明】
１１ａ  映像信号パケット化回路
１２ａ  有効データカウント回路
１３    優先順位決定回路
１４    多重化回路
２１    加算部
２２    データセレクタＡ
２３    データセレクタＢ
２４    クロック発生部
２５    フリップフロップＡ
２６    データセレクタＣ
２７    フリップフロップＢ
【図１】
2004200967.tif 000004
【図２】
2004200967.tif 000005
【図３】
2004200967.tif 000006