(57)【要約】ビデオアプリケーションレイヤで物理レイヤチャネル状態情報（ＣＳＩ）を用いることにより、無線ビデオの伝送品質を向上させることができる無線マルチメディア通信方法。この方法では、送信側は、受信側からフィードバックされた受信アンテナのＳＮＲ情報とシステムが要求するビットエラーレートに基づいて、システムの最大伝送レートＲｍａｘを決定する。同時に、ビデオアプリケーションレイヤにおいて、階層による符号化方式を用いてビットストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分ける。ＦＧＳ符号化を採用した場合には、基本レイヤから送信を開始して、ビデオストリームのビットレートがＲｍａｘを下回る直後まで拡張レイヤでビットを増加させる。信号対雑音比、空間、時間階層による符号化を採用した場合には、Ｒｍａｘが基本レイヤと拡張レイヤを同時に収容できる程に大きければ両者を送信し、そうでない場合には基本レイヤのみを送信する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチメディアビデオストリームを階層符号化し、特定の階層符号化方式に基づいて、マルチメディアビデオストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分けるステップと、
アプリケーションレイヤでは物理レイヤから取得した現在のチャネル伝送レート情報に基づいて、物理レイヤで送信する際に、最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きいか否か判断するステップと、
前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レート以下である場合には処理を終了し、前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きい場合には、前記特定の階層符号化方式が第１の階層符号化方式の場合には、前記基本レイヤから送信を開始し、ビデオストリームの現在のチャネル伝送レートが最大伝送レートを下回る直後まで前記拡張レイヤでビットを増加させ、前記特定の階層符号化方式が第２の階層符号化方式の場合には、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できれば前記基本レイヤ及び前記拡張レイヤを送信し、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できない場合には前記基本レイヤのみを送信するステップと、
を具備する無線マルチメディア通信方法。
【請求項２】
複数のアンテナを設置した受信側で受信アンテナの信号対雑音比を計算するとともに計算した前記信号対雑音比をフィードバックチャネルを用いて送信側にフィードバックし、前記送信側は前記フィードバックチャネルにて取得した信号対雑音比情報とシステムが要求するビットエラーレートに基づいて、前記送信側の物理レイヤの前記最大伝送レートを決定する請求項１記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項３】
それぞれ複数のアンテナを設置した前記送信側の全てのアンテナからトレーニング系列を送信するとともに、前記受信側にて受信した前記トレーニング系列を用いて前記信号対雑音比を計算する請求項２記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項４】
チャネル伝送レートに基づいて、レート要求に合うように物理レイヤの符号化方式及び変調方式を変更する請求項２記載の無線マルチメディ通信方法。
【請求項５】
前記第１の階層符号化方式は精密粒度階層符号化方式であり、前記第２の階層符号化方式は信号対雑音比階層符号化方式である請求項１記載の無線マルチメディ通信方法。
【請求項６】
前記第１の階層符号化方式は精密粒度階層符号化方式であり、前記第２の階層符号化方式は空間階層符号化方式である請求項１記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項７】
前記第１の階層符号化方式は精密粒度階層符号化方式であり、前記第２の階層符号化方式は時間階層符号化方式である請求項１記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項８】
ＭＱＡＭ及びＭＰＳＫを含む物理レイヤの変調方式を変更するとともに、畳み込み符号化、Ｔｕｒｂｏ符号化及び低密度パリティ符号化を含む物理レイヤの符号化方式を変更することによりチャネル伝送レートを変更する請求項４記載の無線マルチメディア通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、特にマルチアンテナ直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いた無線マルチメディア通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  無線通信とインターネット、マルチメディアとを融合した無線マルチメディア通信は、現在及び将来の通信業務において成長が見込まれる分野である。無線マルチメディア及び高速データ伝送に対する要求を満たすために、新世代無線通信システムの開発が求められている。中でも、マルチアンテナ入出力（ＭＩＭＯ）と直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）とを結びつけたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ無線伝送技術は広く注目を集めている。【０００３】  ＭＩＭＯとＯＦＤＭとを結びつけたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術は、ＭＩＭＯとＯＦＤＭの両方の長所を備えている。即ち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術は、ＯＦＤＭ変調によって周波数選択型ＭＩＭＯフェージングチャネルを平行なフラットフェージングチャネルのグループに分解できるとともに、ＭＩＭＯを用いてシステム容量を向上させることができるため、伝送レートの高いオーディオ、ビデオ等のマルチメディア業務に適している。【０００４】  無線マルチメディア通信において、ビデオの無線伝送はデータ及びオーディオに比べて更に困難である。動き補償を用いたビデオ符号化アルゴリズムにおいて、大多数のフレームは１つ前のフレームと関連している。あるフレームのエラーが後続のいくつかのフレームに伝えられることにより、深刻な伝送品質の低下を招く。ビデオのリアルタイム特性により、ビデオフレームは一定の持続時間内に受信されなければならない。高ビットレート、低エラーレートと低時間遅延とはビデオ通信に特有な要求である。従来の通信ネットワークでは各レイヤのプロトコルは相互に独立して設定されており、無線ビデオの場合には、ビデオアプリケーションが伝送チャネルから独立している。【０００５】  しかしながら無線伝搬環境下では、シャドウイング、マルチパスフェージング及びその他の干渉が受信ビデオ品質の低下を招くという問題がある。エラーレートを低下させるために、ビデオストリームの符号化ビットレートはチャネル伝送ビットレートに対応していなければならない。この目標を実現するために、物理レイヤとメディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤには、無線チャネルを有線チャネルのようにビットレートが一定で信頼性の高いものにするための複雑なバッファと誤り訂正のメカニズムが必要になるという問題がある。【０００６】  一般にビデオアプリケーションは厳格な時間遅延要求を有するため、チャネル条件が良好な場合でも伝送品質が保証されるとは限らない。マルチメディア伝送品質を向上させるために従来提唱された技術の中では、前方誤り訂正（ＦＥＣ）メカニズムはコード冗長が増加し、自動再送請求（ＡＲＱ）メカニズムは性能面でＦＥＣに勝るものの、時間遅延を招く。さらにこれらの技術においては、物理レイヤとビデオアプリケーションレイヤもまた相互に独立である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明の目的は、従来のようにレイヤ間を独立にしたものと異なり、ビデオアプリケーションレイヤで物理レイヤチャネル状態情報（ＣＳＩ）を用いることにより、無線ビデオの伝送品質を向上させることができる無線マルチメディア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】
【０００８】  本発明の無線マルチメディア通信方法は、マルチメディアビデオストリームを階層符号化し、特定の階層符号化方式に基づいて、マルチメディアビデオストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分けるステップと、アプリケーションレイヤでは物理レイヤから取得した現在のチャネル伝送レート情報に基づいて、物理レイヤで送信する際に、最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きいか否か判断するステップと、前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レート以下である場合には処理を終了し、前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きい場合には、前記特定の階層符号化方式が第１の階層符号化方式の場合には、前記基本レイヤから送信を開始し、ビデオストリームの現在のチャネル伝送レートが最大伝送レートを下回る直後まで前記拡張レイヤでビットを増加させ、前記特定の階層符号化方式が第２の階層符号化方式の場合には、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できれば前記基本レイヤ及び前記拡張レイヤを送信し、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できない場合には前記基本レイヤのみを送信するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば、従来のようにレイヤ間を独立にしたものと異なり、ビデオアプリケーションレイヤで物理レイヤチャネル状態情報を用いることにより、無線ビデオの伝送品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態によるＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ無線マルチメディア通信システムの構成を表すブロック図
【図２】本発明の実施の形態によるクロスレイヤジョイント方法のフローチャート
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  （実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は説明のためのものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。【００１２】  本発明の思想は送信側でフィードバックにより取得したチャネル情報を用いて送信ビットレートを決定するというものであり、以下に本発明の実施の形態について図１及び図２を組み合わせて具体的に説明する。【００１３】  ステップ１では、送信側でマルチメディアビットストリームを階層符号化する（Ｓ２１）。即ち、ビデオアプリケーションレイヤが信号対雑音比、空間、時間、精密粒度等の階層符号化方式を用いてビットストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分ける。【００１４】  階層符号化技術では、ビデオ系列は複数のビットストリーム（レイヤ）に符号化され、各レイヤの重要度とビットレートは可変である。ビデオ受信品質は受信した基本レイヤと拡張レイヤのレイヤ数により定められる。最も重要なのは基本レイヤであり、粗粒度情報を含む。拡張レイヤは拡張情報を含み、これらは基本レイヤの情報に加えることができる。基本レイヤから離れるほど、拡張レイヤの相対的な重要度は低下する。基本レイヤは独立性を持ち、拡張レイヤ取得の成否にかかわらず、復号化が可能である。それに対し、拡張レイヤは基本レイヤと以前の拡張レイヤ情報がなければ復号化できない。階層ビデオ符号化の結果として、ビデオビットストリームは一つのビットレートではなく複数のビットレートに符号化される。無線チャネルのフェージングがビットレートの変化を早くするので、有効なメカニズムによってフェージングによる影響を克服する必要があり、発信元で階層符号化を用いることは符号誤りを抑える有効な方法の一つである。階層符号化（Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｏｄｉｎｇ）は、信号対雑音比階層符号化（ＳＮＲ  Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｏｄｉｎｇ）、時間階層符号化、空間階層符号化及び精密粒度階層（ＦＧＳ）符号化の４種類に分けられる。【００１５】  信号対雑音比階層符号化において、送信ビデオビットストリームの信号対雑音比は、比例を通じて係数度量を量子化する。異なる量子化精度によって元のビデオと量子化後のビデオのＰＳＮＲ（Ｐｅａｋ  Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が異なるため、ＳＮＲ可階層性（ＳＮＲ  Ｓｃａｌａｂｌｅ）とも称される。基本レイヤは元の画像又は変換エリアに粗量子化器を応用することにより取得される。また、拡張レイヤは元の画像と元の画像から再現された画像との量子化差分値を含み、より精密な量子化器を用いて基本レイヤよりも良好な品質を取得する。【００１６】  また、時間階層符号化において、異なる内容のレイヤに異なるフレームレートを用いることができる。通常、基本レイヤでは低いフレームレートで符号化を行い、拡張レイヤには高いビデオ品質を得るために高いフレームレートで符号化を行う。【００１７】  また、空間階層符号化において、基本レイヤでは低解析率で符号化を行い、拡張レイヤでは高解析率で符号化を行う。拡張レイヤは小さい量子化パラメータを用いているため、基本レイヤに比べて品質が高い。【００１８】  また、精密粒度階層符号化において、上述の階層符号化は基本レイヤの後に若干の拡張レイヤを有するような、数個の若干のレイヤからなるビットストリームを生成する。この種のエンコーダの性能は階層化しない場合のエンコーダに比べて優れているものの、粗粒度を提供するのみであって、大きな離散幅でシンボルレートが増加した場合に初めて品質が改善される。精密粒度階層符号化では、シンボルレートと品質は小刻みに増加する。極限状態ではビットストリームは各付加ビットを通じて連続的にビデオ品質の改善を達成する、嵌入式の符号化である。【００１９】  Ｈ．２６３＋ビデオストリームを例に説明する。Ｈ．２６３＋はＳＮＲ、空間、時間階層の符号化オプションを提供する。ＳＮＲ階層方式を選択した場合には、基本レイヤはＩフレーム及びＰフレームから構成される。ＳＮＲ階層符号化方式であるため、拡張レイヤは元の画像とＩフレーム又はＰフレームを含む量子化画像との間の異なる情報により構成される。Ｈ．２６３＋では、拡張レイヤ情報はＩフレーム又はＰフレームに対応するＥＩフレーム又はＥＰフレームに符号化される。従って、拡張画像を送信する場合には基本レイヤ（Ｉフレーム又はＰフレーム）と対応の拡張レイヤ（ＥＩフレーム又はＥＰフレーム）が含まれる。【００２０】  ステップ２では、ビデオビットストリームをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムによって送信し、チャネル伝送して復元する。【００２１】  図１は、Ｎｔ個の送信アンテナとＮｒ個の受信アンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを示す図である。【００２２】  情報ビットストリームがビデオ符号化されたビデオストリームビットストリームは、多重、チャネル符号化、インタリーブ、変調、ＮＣ点の逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）、循環プリフィクス（ＣＰ）の挿入を経て送信される。受信側では、トレーニング系列を用いて各アンテナの受信信号対雑音比（通常は各アンテナの受信信号対雑音比は同一と仮定する）を計算する（Ｓ２２）。これはチャネル状態情報を反映しており、送信側にフィードバックされる（Ｓ２３）。【００２３】  ステップ３では、クロスレイヤジョイントを設定する。【００２４】  物理レイヤは受信機が推定した現在のＳＮＲに従って、時間の経過に伴って送信レートを変更する（Ｓ２４）。これは、可変レート直交振幅変調（Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＭＱＡＭ）、多相ＰＳＫ（ＭＰＳＫ）等の変調方式と、畳み込み符号化、Ｔｕｒｂｏ符号化及び低密度パリティ符号化（ＬＤＰＣ）等の符号化方式とにより実現できる。また、トレーニング系列を用いてシンボルタイミングを行ない、周波数偏差推定、訂正、ＣＰシフト、及びＮｃ点の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）の後、最大尤度推定、ＶＢＬＡＳＴ、球内復号等のＭＩＭＯアルゴリズムを用いて送信シンボルを復元して、復調、デインタリーブ、復号を行った後にビデオビットストリームを復元し、最後にビデオデコーダを用いて情報ビットを復元する。【００２５】  送信側では、取得したＳＮＲ情報とシステムが要求するビットエラーレートに従って、送信側物理レイヤの最大伝送レートＲｍａｘを決定する（Ｓ２４）。例えば、ＭＰＳＫ変調を用いたシステムの場合、ＳＮＲとＰｅが既知であるため、公式である式（１）を���いて、変調多値数Ｍを算出し、チャネル帯域幅Ｗと公式Ｒ＝Ｗｌｏｇ２ＭによってＲｍａｘを算出することができる。【００２６】
【数１】
2006033404.tif 000002
【００２７】  そして、最大伝送レートＲｍａｘの決定と同時に、可変レート変調及び異なる符号化方式によりレートを調整する。【００２８】  アプリケーションレイヤは物理レイヤで取得した現在のチャネルにおけるビットレート情報Ｒｃｈに基づいて、物理レイヤが１フレームを送信する際にＲｍａｘが現在のチャネルにおけるビットレートＲｃｈより大きいか否かをチェックする（Ｓ２５）。【００２９】  Ｒｍａｘが現在のチャネルにおけるビットレートＲｃｈ以下の場合には、ステップＳ２７に進み、処理を終了する。【００３０】  Ｒｍａｘが現在のチャネルにおけるビットレートＲｃｈより大きい場合には、以下の処理を行う。【００３１】  精密粒度階層符号化を用いる場合には、基本レイヤから送信を開始し、拡張レイヤでビデオストリームの総ビットレートがＲｍａｘを下回る直後までビットを増加する（Ｓ２６）。ＳＮＲ及び空間領域、時間領域階層を用いる場合には、Ｒｍａｘが基本レイヤと拡張レイヤを同時に収容できる程に大きければ両者を送信し、そうでない場合には基本レイヤのみを送信する（Ｓ２７）。【００３２】  同様に、本発明のクロスレイヤジョイント設定方法はモノアンテナＯＦＤＭ無線マルチメディア通信システム及びマルチユーザ、モノ／マルチアンテナＯＦＤＭ無線マルチメディア通信システムにも適用可能である。【００３３】  上述の通り、典型的な実施例を示して本発明について説明した。本発明の思想と範囲から外れることなく、種々の変更、置換や追加が可能であることは、当業者にとって自明である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明にかかる無線マルチメディア通信方法は、特にマルチアンテナ直交周波数分割多重に用いるのに好適である。
【図１】
2006033404.tif 000003
【図２】
2006033404.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月20日(2007.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチメディアビデオストリームを階層符号化し、特定の階層符号化方式に基づいて、マルチメディアビデオストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分けるステップと、
アプリケーションレイヤでは物理レイヤから取得した現在のチャネル伝送レート情報に基づいて、物理レイヤで送信する際に、最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きいか否か判断するステップと、
前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レート以下である場合には処理を終了し、前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きい場合には、前記特定の階層符号化方式が第１の階層符号化方式の場合には、前記基本レイヤから送信を開始し、ビデオストリームの現在のチャネル伝送レートが最大伝送レートを下回る直後まで前記拡張レイヤでビットを増加させ、前記特定の階層符号化方式が第２の階層符号化方式の場合には、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できれば前記基本レイヤ及び前記拡張レイヤを送信し、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できない場合には前記基本レイヤのみを送信するステップと、
を具備する無線マルチメディア通信方法。
【請求項２】
複数のアンテナを設置した受信側で受信アンテナの信号対雑音比を計算するとともに計算した前記信号対雑音比をフィードバックチャネルを用いて送信側にフィードバックし、前記送信側は前記フィードバックチャネルにて取得した信号対雑音比情報とシステムが要求するビットエラーレートに基づいて、前記送信側の物理レイヤの前記最大伝送レートを決定する請求項１記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項３】
それぞれ複数のアンテナを設置した前記送信側の全てのアンテナからトレーニング系列を送信するとともに、前記受信側にて受信した前記トレーニング系列を用いて前記信号対雑音比を計算する請求項２記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項４】
チャネル伝送レートに基づいて、レート要求に合うように物理レイヤの符号化方式及び変調方式を変更する請求項２記載の無線マルチメディ通信方法。
【請求項５】
前記第１の階層符号化方式は精密粒度階層符号化方式であり、前記第２の階層符号化方式は信号対雑音比階層符号化方式である請求項１記載の無線マルチメディ通信方法。
【請求項６】
前記第１の階層符号化方式は精密粒度階層符号化方式であり、前記第２の階層符号化方式は空間階層符号化方式である請求項１記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項７】
前記第１の階層符号化方式は精密粒度階層符号化方式であり、前記第２の階層符号化方式は時間階層符号化方式である請求項１記載の無線マルチメディア通信方法。
【請求項８】
ＭＱＡＭ及びＭＰＳＫを含む物理レイヤの変調方式を変更するとともに、畳み込み符号化、Ｔｕｒｂｏ符号化及び低密度パリティ符号化を含む物理レイヤの符号化方式を変更することによりチャネル伝送レートを変更する請求項４記載の無線マルチメディア通信方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にマルチアンテナ直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いた無線マルチメディア通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信とインターネット、マルチメディアとを融合した無線マルチメディア通信は、現在及び将来の通信業務において成長が見込まれる分野である。無線マルチメディア及び高速データ伝送に対する要求を満たすために、新世代無線通信システムの開発が求められている。中でも、マルチアンテナ入出力（ＭＩＭＯ）と直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）とを結びつけたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ無線伝送技術は広く注目を集めている。
【０００３】
ＭＩＭＯとＯＦＤＭとを結びつけたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術は、ＭＩＭＯとＯＦＤＭの両方の長所を備えている。即ち、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術は、ＯＦＤＭ変調によって周波数選択型ＭＩＭＯフェージングチャネルを平行なフラットフェージングチャネルのグループに分解できるとともに、ＭＩＭＯを用いてシステム容量を向上させることができるため、伝送レートの高いオーディオ、ビデオ等のマルチメディア業務に適している。
【０００４】
無線マルチメディア通信において、ビデオの無線伝送はデータ及びオーディオに比べて更に困難である。動き補償を用いたビデオ符号化アルゴリズムにおいて、大多数のフレームは１つ前のフレームと関連している。あるフレームのエラーが後続のいくつかのフレームに伝えられることにより、深刻な伝送品質の低下を招く。ビデオのリアルタイム特性により、ビデオフレームは一定の持続時間内に受信されなければならない。高ビットレート、低エラーレートと低時間遅延とはビデオ通信に特有な要求である。従来の通信ネットワークでは各レイヤのプロトコルは相互に独立して設定されており、無線ビデオの場合には、ビデオアプリケーションが伝送チャネルから独立している。
【０００５】
しかしながら無線伝搬環境下では、シャドウイング、マルチパスフェージング及びその他の干渉が受信ビデオ品質の低下を招くという問題がある。エラーレートを低下させるために、ビデオストリームの符号化ビットレートはチャネル伝送ビットレートに対応していなければならない。この目標を実現するために、物理レイヤとメディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤには、無線チャネルを有線チャネルのようにビットレートが一定で信頼性の高いものにするための複雑なバッファと誤り訂正のメカニズムが必要になるという問題がある。
【０００６】
一般にビデオアプリケーションは厳格な時間遅延要求を有するため、チャネル条件が良好な場合でも伝送品質が保証されるとは限らない。マルチメディア伝送品質を向上させるために従来提唱された技術の中では、前方誤り訂正（ＦＥＣ）メカニズムはコード冗長が増加し、自動再送請求（ＡＲＱ）メカニズムは性能面でＦＥＣに勝るものの、時間遅延を招く。さらにこれらの技術においては、物理レイヤとビデオアプリケーションレイヤもまた相互に独立である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来のようにレイヤ間を独立にしたものと異なり、ビデオアプリケーションレイヤで物理レイヤチャネル状態情報（ＣＳＩ）を用いることにより、無線ビデオの伝送品質を向上させることができる無線マルチメディア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】
【０００８】
本発明の無線マルチメディア通信方法は、マルチメディアビデオストリームを階層符号化し、特定の階層符号化方式に基づいて、マルチメディアビデオストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分けるステップと、アプリケーションレイヤでは物理レイヤから取得した現在のチャネル伝送レート情報に基づいて、物理レイヤで送信する際に、最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きいか否か判断するステップと、前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レート以下である場合には処理を終了し、前記最大伝送レートが現在のチャネル伝送レートよりも大きい場合には、前記特定の階層符号化方式が第１の階層符号化方式の場合には、前記基本レイヤから送信を開始し、ビデオストリームの現在のチャネル伝送レートが最大伝送レートを下回る直後まで前記拡張レイヤでビットを増加させ、前記特定の階層符号化方式が第２の階層符号化方式の場合には、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できれば前記基本レイヤ及び前記拡張レイヤを送信し、前記最大伝送レートが前記基本レイヤと前記拡張レイヤを同時に収容できない場合には前記基本レイヤのみを送信するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来のようにレイヤ間を独立にしたものと異なり、ビデオアプリケーションレイヤで物理レイヤチャネル状態情報を用いることにより、無線ビデオの伝送品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は説明のためのものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１１】
本発明の思想は送信側でフィードバックにより取得したチャネル情報を用いて送信ビットレートを決定するというものであり、以下に本発明の実施の形態について図１及び図２を組み合わせて具体的に説明する。
【００１２】
ステップ１では、送信側でマルチメディアビットストリームを階層符号化する（Ｓ２１）。即ち、ビデオアプリケーションレイヤが信号対雑音比、空間、時間、精密粒度等の階層符号化方式を用いてビットストリームを基本レイヤと拡張レイヤに分ける。
【００１３】
階層符号化技術では、ビデオ系列は複数のビットストリーム（レイヤ）に符号化され、各レイヤの重要度とビットレートは可変である。ビデオ受信品質は受信した基本レイヤと拡張レイヤのレイヤ数により定められる。最も重要なのは基本レイヤであり、粗粒度情報を含む。拡張レイヤは拡張情報を含み、これらは基本レイヤの情報に加えることができる。基本レイヤから離れるほど、拡張レイヤの相対的な重要度は低下する。基本レイヤは独立性を持ち、拡張レイヤ取得の成否にかかわらず、復号化が可能である。それに対し、拡張レイヤは基本レイヤと以前の拡張レイヤ情報がなければ復号化できない。階層ビデオ符号化の結果として、ビデオビットストリームは一つのビットレートではなく複数のビットレートに符号化される。無線チャネルのフェージングがビットレートの変化を早くするので、有効なメカニズムによってフェージングによる影響を克服する必要があり、発信元で階層符号化を用いることは符号誤りを抑える有効な方法の一つである。階層符号化(Scala
bility Coding)は、信号対雑音比階層符号化（SNR Scalability Coding）、時間階層符号化、空間階層符号化及び精密粒度階層（ＦＧＳ）符号化の４種類に分けられる。
【００１４】
信号対雑音比階層符号化において、送信ビデオビットストリームの信号対雑音比は、比例を通じて係数度量を量子化する。異なる量子化精度によって元のビデオと量子化後のビデオのＰＳＮＲ（Peak Signal to Noise Ratio）が異なるため、ＳＮＲ可階層性（SNR Scalable）とも称される。基本レイヤは元の画像又は変換エリアに粗量子化器を応用することにより取得される。また、拡張レイヤは元の画像と元の画像から再現された画像との量子化差分値を含み、より精密な量子化器を用いて基本レイヤよりも良好な品質を取得する。
【００１５】
また、時間階層符号化において、異なる内容のレイヤに異なるフレームレートを用いることができる。通常、基本レイヤでは低いフレームレートで符号化を行い、拡張レイヤには高いビデオ品質を得るために高いフレームレートで符号化を行う。
【００１６】
また、空間階層符号化において、基本レイヤでは低解析率で符号化を行い、拡張レイヤでは高解析率で符号化を行う。拡張レイヤは小さい量子化パラメータを用いているため、基本レイヤに比べて品質が高い。
【００１７】
また、精密粒度階層符号化において、上述の階層符号化は基本レイヤの後に若干の拡張レイヤを有するような、数個の若干のレイヤからなるビットストリームを生成する。この種のエンコーダの性能は階層化しない場合のエンコーダに比べて優れているものの、粗粒度を提供するのみであって、大きな離散幅でシンボルレートが増加した場合に初めて品質が改善される。精密粒度階層符号化では、シンボルレートと品質は小刻みに増加する。極限状態ではビットストリームは各付加ビットを通じて連続的にビデオ品質の改善を達成する、嵌入式の符号化である。
【００１８】
Ｈ．２６３＋ビデオストリームを例に説明する。Ｈ．２６３＋はＳＮＲ、空間、時間階層の符号化オプションを提供する。ＳＮＲ階層方式を選択した場合には、基本レイヤはＩフレーム及びＰフレームから構成される。ＳＮＲ階層符号化方式であるため、拡張レイヤは元の画像とＩフレーム又はＰフレームを含む量子化画像との間の異なる情報により構成される。Ｈ．２６３＋では、拡張レイヤ情報はＩフレーム又はＰフレームに対応するＥＩフレーム又はＥＰフレームに符号化される。従って、拡張画像を送信する場合には基本レイヤ（Ｉフレーム又はＰフレーム）と対応の拡張レイヤ（ＥＩフレーム又はＥＰフレーム）が含まれる。
【００１９】
ステップ２では、ビデオビットストリームをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムによって送信し、チャネル伝送して復元する。
【００２０】
図１は、Ｎｔ個の送信アンテナとＮｒ個の受信アンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを示す図である。
【００２１】
情報ビットストリームがビデオ符号化されたビデオストリームビットストリームは、多重、チャネル符号化、インタリーブ、変調、ＮＣ点の逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）、循環プリフィクス（ＣＰ）の挿入を経て送信される。受信側では、トレーニング系列を用いて各アンテナの受信信号対雑音比（通常は各アンテナの受信信号対雑音比は同一と仮定する）を計算する（Ｓ２２）。これはチャネル状態情報を反映しており、送信側にフィードバックされる（Ｓ２３）。
【００２２】
ステップ３では、クロスレイヤジョイントを設定する。
【００２３】
物理レイヤは受信機が推定した現在のＳＮＲに従って、時間の経過に伴って送信レートを変更する（Ｓ２４）。これは、可変レート直交振幅変調（Multilevel Quadrature Amplitude Modulation；ＭＱＡＭ）、多相ＰＳＫ（ＭＰＳＫ）等の変調方式と、畳み込み符号化、Ｔｕｒｂｏ符号化及び低密度パリティ符号化（ＬＤＰＣ）等の符号化方式とにより実現できる。また、トレーニング系列を用いてシンボルタイミングを行ない、周波数偏差推定、訂正、ＣＰシフト、及びＮｃ点の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）の後、最大尤度推定、ＶＢＬＡＳＴ、球内復号等のＭＩＭＯアルゴリズムを用いて送信シンボルを復元して、復調、デインタリーブ、復号を行った後にビデオビットストリームを復元し、最後にビデオデコーダを用いて情報ビットを復元する。
【００２４】
送信側では、取得したＳＮＲ情報とシステムが要求するビットエラーレートに従って、送信側物理レイヤの最大伝送レートＲｍａｘを決定する（Ｓ２４）。例えば、ＭＰＳＫ変調を用いたシステムの場合、ＳＮＲとＰｅが既知であるため、公式である式（１）を用いて、変調多値数Ｍを算出し、チャネル帯域幅Ｗと公式Ｒ＝Ｗｌｏｇ２ＭによってＲｍａｘを算出することができる。
【００２５】
【数１】
2006033404.tif 000005
【００２６】
そして、最大伝送レートＲｍａｘの決定と同時に、可変レート変調及び異なる符号化方式によりレートを調整する。
【００２７】
アプリケーションレイヤは物理レイヤで取得した現在のチャネルにおけるビットレート情報Ｒｃｈに基づいて、物理レイヤが１フレームを送信する際にＲｍａｘが現在のチャネルにおけるビットレートＲｃｈより大きいか否かをチェックする（Ｓ２５）。
【００２８】
Ｒｍａｘが現在のチャネルにおけるビットレートＲｃｈ以下の場合には、ステップＳ２７に進み、処理を終了する。
【００２９】
Ｒｍａｘが現在のチャネルにおけるビットレートＲｃｈより大きい場合には、以下の処理を行う。
【００３０】
精密粒度階層符号化を用いる場合には、基本レイヤから送信を開始し、拡張レイヤでビデオストリームの総ビットレートがＲｍａｘを下回る直後までビットを増加する（Ｓ２６）。ＳＮＲ及び空間領域、時間領域階層を用いる場合には、Ｒmaxが基本レイヤと拡張レイヤを同時に収容できる程に大きければ両者を送信し、そうでない場合には基本レイヤのみを送信する（Ｓ２７）。
【００３１】
同様に、本発明のクロスレイヤジョイント設定方法はモノアンテナＯＦＤＭ無線マルチメディア通信システム及びマルチユーザ、モノ／マルチアンテナＯＦＤＭ無線マルチメディア通信システムにも適用可能である。
【００３２】
上述の通り、典型的な実施例を示して本発明について説明した。本発明の思想と範囲から外れることなく、種々の変更、置換や追加が可能であることは、当業者にとって自明で
ある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかる無線マルチメディア通信方法は、特にマルチアンテナ直交周波数分割多重に用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態によるＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ無線マルチメディア通信システムの構成を表すブロック図
【図２】本発明の実施の形態によるクロスレイヤジョイント方法のフローチャート
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006033404.tif 000006
【図２】
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【国際調査報告】
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