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JP3767966B2 - データ伝送装置 - Google Patents
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像信号を伝送し受信再生、もしくは蓄積装置から読みだし再生する装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、画像処理技術とりわけ画像データ、音声データの圧縮技術は、めざましい発展を遂げている。そして、その圧縮技術を利用し圧縮されたデータを遠隔地に伝送する応用システムも急速に普及している。
【0003】
このような伝送システムでは、送信部における画像データなどの入力レートと、受信部の対応する画像データなどの出力レートを同一にする必要がある。つまり、送信部と受信部で入出力レートに差異があれば、結果として受信部の画像データなどの出力に、データの欠損が発生するなどの問題が生じる。
【0004】
一般にこのような問題を解決するには、送信部に入力される画像データなどの入力レートの基準になる単一のクロックを送信側で発生し、これと同一の周波数のクロックを受信部で再生するようにする。そして、出力する画像データなどの出力レートの基準に、受信部で再生したこのクロックを用いることで実現している。(この送信部、受信部の入出力レートの基準になるクロックを、以下送信部システムクロック、受信部システムクロックと呼ぶ。)一般的には、送信部システムクロックの周波数が、ある比率(必ずしも1:1ではない比率)で画像データなどの入力レートにロックするようにしている。
【0005】
このため、伝送路上に流されるストリームには、圧縮データの他に、受信部でシステムクロックを再生するために必要な情報も多重化されている。以下この情報を、受信部システムクロック再生情報と呼ぶ。国際規格のMPEG2(Moving Picture Experts Group phase2)では、この情報をPCR(Program Clock Reference),またはSCR(System Clock Reference)という名称で定義している。
【0006】
次に、より具体的な従来技術によるシステム構成例を図2に示す。図2において、伝送路1を境に送信部20と受信部33に区別される。また、図2は画像データのみを処理し、前述の送信部システムクロックの周波数は、入力画像データのレートと1:1の比率でロックする場合の例を示している。
【0007】
送信部20には、入力画像データ21と、そのクロックである入力画像データクロック22が入力される。送信部20では、入力画像データ21が圧縮符号化され、圧縮データとなる。一方入力画像データクロック22をもとに、送信部システムクロック23が生成される。そして、送信部システムクロック23で動作するカウンタ24のカウンタ値が所定の間隔で周期的にホールドされ、受信部システムクロック再生情報となる。そして、前記圧縮データと受信部システムクロック再生情報とがそれぞれ多重化され、ストリーム25となって伝送路1に出力される。なお、このストリーム25は、伝送路1からの伝送クロック26に従って出力する。
【0008】
伝送路1は、上述のストリーム25を伝送クロック26に従い送端から取り込み、受端にストリーム3として、伝送クロック4とともに、それに同期して出力する。なお、伝送クロック26と伝送クロック4の周波数は同一である。受信部33は、伝送路1から得た伝送路速度のストリーム3を受信部システムクロック再生情報抽出部6とビデオ復号化処理部5に入力し、入力したストリームから受信部システムクロック再生情報と圧縮データとを識別し分離してそれぞれ処理する。それにより、受信部システムクロック再生情報7をもとに受信部システムクロック27が再生される。この時、VCO制御部28は、受信部システムクロック27の周波数が送信部システムクロック23の周波数と同一になるように(ロックするように)VCO14を制御する。
【0009】
この受信部システムクロック27は、ビデオ復号化処理部5に供給される。ビデオ復号化処理部5に入力された圧縮データは、該受信部システムクロック27に応じて復号され、出力画像データ19となって出力される。また、ビデオ復号化処理部5は受信部システムクロック27を基準にして、出力画像データクロック18を生成し、同様に出力する。
【0010】
以上のように、入力画像データ21の入力レートを基準にした送信部システムクロック23が送信部20において生成され、受信部33では受信部システムクロック再生情報7をもとに、送信部20における送信部システムクロック23と同一周波数の受信部システムクロック27が再生される。そして、その受信部システムクロック27を基準に出力画像データ19が出力されるため、入力画像データ21と出力画像データ19のレートを同一とすることができる。
【0011】
各部の内部構成と動作をもう少し詳しく説明する。送信部20は、ビデオ符号化処理部29、カウンタ24、ホールド回路30、切り替え器31、送信部システムクロック発生器32からなる。ビデオ符号化処理部29の書き込み側、送信部システムクロック発生器32には、入力画像データクロック22が供給される。例えば、その周波数は27MHzである。送信部システムクロック発生器32は、入力画像データクロック22にロックした送信部システムクロック23を出力する。ここでは、入力画像データクロック22と送信部システムクロック23の比率を1:1と仮定しているため、送信部システムクロック23も27MHzになる。
【0012】
符号化処理部29の読み出し側、ホールド回路30、切り替え器31には、伝送路1に関連した伝送クロック26が供給される。ビデ才符号化処理部29は、入力画像データを入力画像データクロック22で取り込み、圧縮データに変換する。圧縮データは、伝送路1の容量より小さいデータレートとされる。この圧縮データは、伝送クロック26で多重化タイミング、に合わせて読み出され、切り替え器31によりストリーム25へ出力される。
【0013】
カウンタ24は、送信部システムクロック23にて動作するカウンタであり、いわば、送信部が基準とする時計である。ホールド回路30は多重化タイミングに従ってカウンタ値をホールドし受信部システムクロック再生情報として切り替え器31に出力され、圧縮データと多重化され、ストリーム25へ出力される。
【0014】
この受信部システムクロック再生情報付加において、ある受信部システムクロック再生情報から次の受信部システムクロック再生情報までの最大の間隔については、一般に規定されている。例えば、MPEG2では、SCRの間隔について最大0.7秒、PCRについては、最大0.1秒と規定している。しかし、実際に付加されるその周期については特に規定がないため、それぞれのアプリケーションによって異なる。
【0015】
送信部20の出力であるストリーム25は、基本的に受信部システムクロック再生情報、圧縮データを繰り返す形で構成され、最終的に例えば、6.144Mbpsでのデータ群となる。
【0016】
次に、受信部33について説明する。受信部33は、受信部システムクロック再生情報抽出器6、カウンタ12、ホールド回路9、ビデオ復号化処理部5、VCO制御部28、VCO14からなる。(VCOは、Voltage Controlled 0scillatorの略)
ビデオ復号化処理部5の入力側および受信部システムクロック再生情報抽出器6には、伝送クロック4(例えば、周波数6.144MHz)が伝送路1から供給される。ビデオ復号化処理部5の出力側およびカウンタ12には、受信部システムクロック27(周波数27MHz)が供給される。ビデオ復号化処理部5は、ストリーム3から圧縮データを抽出し、元の画像を復号再生する。
【0017】
次にVCO制御部28の構成を説明する。VCO制御部28は、差分検出器28−1、DA変換器17−3、アンプ17−4、LPF(Low Pass Filter)17−5から構成される。
【0018】
差分検出器28−1は、カウンタ値をホールドするホールド回路9の出力10と受信部システムクロック再生情報抽出器6で抽出された受信部システムクロック再生情報7の値の差分値をディジタルエラー値を示す信号deとして出力する。信号deはDA変換器17−3でアナログの工ラー量である信号aeに変換される。そして、エラー量信号aeは、AMP17−4でゲイン変換され、LPF17−5で平均化されて信号fになる。VCO14は制御信号fの電圧値に応じて、出力周波数を高めたり低めたりする動作を行う。
【0019】
その動作の制御は、カウンタのホールド出力10が受信部システムクロック再生情報7の値よりもより大きい場合に、受信部システムクロック27の周波数がより低くなるようにVCO14が制御されることで実現される。
【0020】
基本的に、カウンタ12のホールド出力10が、受信部システムクロック再生情報7の値よりも大きい場合は、受信部のカウンタ12を動作させている受信部システムクロック27の周波数が、送信部のカウンタ24を動作させている送信部システムクロック23の周波数より高くなる。このため上記のような制御で、受信部システムクロック27の周波数を送信部システムクロック23の周波数により近づけることができ、最終的に同一にする(ロックさせる)ことができる。
【0021】
前述したように受信部システムクロック再生情報は、周期的にストリーム3に多重化されているため、差分検出器28−1で差分を検出し、VCO14を制御するという動作が繰り返される。このことにより、送信部システムクロック23と受信部システムクロック27の周波数が同一となり、カウンタ値のホールド出力10と、受信部システムクロック再生情報抽出器6の値である受信部システムクロック再生情報7の値の差は、ある一定値に収束することになる。つまり、この状態が受信部システムクロック27が、送信部システムクロック23にロックした状態となる。
【0022】
ここで、前述したVCO制御部28の動作、特にdeからfまでのゲイン設定について、より詳細に述べる。まず差分検出器28−1は、受信部システムクロック再生情報7の値からカウンタのホールド出力10の値を減算して、deとする。そして、deの下位16ビットをDA変換器17−3で変換し、aeとする。また、このaeの電圧変化は1Vp−pとする。そして、VCO14の制御電圧に対する周波数変更特性は、20ppm/Vとする。なお、初期状態においてVCO14の入力fは、変更電圧範囲の中間電位となっているものとし、このときVCO14の出力である受信部システムクロック27は、27MHzとなるとする。
【0023】
この構成で、deからfまでのゲイン調整は、アンプ17−4で実行される。ここでdeからfまでのゲインは主に、最大の受信部システムクロック再生情報間隔と、送信部システムクロック23の最大周波数偏差と、VCO14の周波数変更特性に依存する。
【0024】
MPEG2では、最大のSCRの間隔を0.7秒、送信部システムクロック23の許容周波数偏差は、27MHz±30ppmとなっている。本説明ではこの仕様と同じとする。また、VCOの周波数変更特性については、上記したように20ppm/Vと仮定する。
【0025】
このような設定において、アンプ17−4のゲインは、deの出現しうる最大の絶対値において、VCO14の制御が発振しないように(周波数の変更し過ぎにならないように)設定しなければならない。deの出現しうる最大の絶対値は、VCO14が初期状態の27MHzの受信部システムクロック27を出力しているときで、受信部システムクロック再生情報間隔が0.7秒で、さらに送信部システムクロック23が、27MHz+30ppmまたは、27MHz−30ppmのときに発生する。
【0026】
仮に、27MHz+30ppmとすれば、deは(1)式のようになる。
de=(27000810×0.7)−(27000000×0.7)≒567 ・・(1)
ここで()の第1項は、0.7秒間に送信部カウンタ24がカウントする値で、()の第2項は、0.7秒間に受信部カウンタ12がカウントする値で、27000810は+30ppmの場合の周波数である。
【0027】
このdeの値は、DA変換器17−3で変換され、(2)式に示す電圧aeだけ、変化する。
ae=(567÷216)×1v≒0.0086v ・・(2)
従って、このaeの値によって、VCO14が30ppmに変化するように、アンプ17−4のゲインを設定すればよい。単純には、式(2)の値で、30pp旧変化するようにゲインを求めればよい。
【0028】
これを式(3)に示す。
ゲイン=(30ppm÷20ppm/v)÷(0.0086v)≒174 ・・(3)
ここで(30ppm÷20ppm/v)は、VCO1 4が30ppm変化するのに必要な電圧変化である。この内の20ppm/vは、VCO1 4の周波数変更特性、(0.0086v)は、(2)式の値である。
【0029】
従って、ゲインは174倍に設定することで、1度に30ppmの誤差を補正することができ、受信部システムクロック27の周波数を送信部システムクロック23の周波数にロックさせることができる。
【0030】
ところが、受信部システムクロック再生情報間隔が0.7秒の1/10である0.07秒だとする。この場合、deは56.7になり、aeは0.00086vになる。つまり、30ppmの1/10である3ppmしか一度に補正できず、最終的に受信部システムクロック再生情報7の値とカウンタのホールド出力10の値の比較を、10回以上繰り返した後に、受信部システムクロック27の周波数がロックすることになる。つまり、必要以上に周波数がロックするための時間を要する。基本的には、このロックするまでの間、入力画像データ21の入力レートと出力画像データの出力レートが一致しないため、出力画像データ19に欠損などの誤動作が発生する可能性が有り、伝送装置の安定性に問題があった。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】
従来の伝送装置は、受信部のシステムクロック再生動作パラメータ(主にゲイン)が、伝送路上のストリームに多重化されている受信部システムクロック再生に必要な情報(MPEG2のSCRまたはPCRに相当する。)の多重化間隔の最大値を基準に設定されている。このため、受信部システムクロック再生情報の間隔が最大値より小さい場合、受信部システムクロックの周波数は、送信部システムクロックの周波数と同一になる、すなわち、ロックするのに必要以上の受信部システムクロック再生情報比較が要求され、必ずしも最適な動作をしない。このため、このロックするまでの間に、受信部の出力画像データに欠損などの誤動作が発生する可能性が有り、伝送装置の安定性に問題があった。
【0032】
本発明は、この問題を解決するため、受信部システムクロック再生情報の多重化間隔を考慮し、受信部システムクロック再生動作パラメータ(主にゲイン)を動的に設定することで、どのような受信部システムクロック再生情報間隔のストリームに対しても、常に最適な受信部システムクロック再生動作を可能とし、より安定性の有る伝送装置の提供を目的とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の伝送装置の受信部は、送信部に入力される伝送すべき連続データに関係するデータと、その連続データの入力レートの基準となる送信部システムクロックの周波数に、受信部での連続データの出力レートの基準となる受信部システムクロックの周波数を合わせるための受信部システムクロック再生情報が、少なくとも多重化されたストリームに入力するもので、その受信部入力ストリームから連続データに関係するデータを抽出して出力すべき連続データを再生し出力するデータ再生部と、その連続データの出力レートの基準となる受信部システムクロックを発生する受信部システムクロック発生部と、受信部入力ストリームから受信部システムクロック再生情報を抽出する受信部システムクロック再生情報抽出部と、受信部システムクロックで動作するカウンタと、前記カウンタの値と受信部システムクロック再生情報抽出部から抽出された値を比較し、前記受信部システムクロック発生部を制御する情報を生成する受信部システムクロック発生制御部を具備し、特に前記受信部システムクロック発生制御部において、受信部に到着した前回の受信部システムクロック再生情報から現在の受信部システムクロック再生情報までの間隔を測定する間隔測定部を具備するものである。
【0034】
それにより、本発明の受信部は、まずデータ再生部で、受信部入力ストリームから連続データに関係するデータを抽出して出力すべき連続データを再生し出力する。その連続データの出力レートの基準となる受信部システムクロックを、受信部システムクロック発生部が発生する。一方、受信部システムクロック再生情報抽出部が受信部入力ストリームから受信部システムクロック再生情報を抽出する。次に、間隔測定部により、受信部に到着した前回の受信部システムクロック再生情報から現在の受信部システムクロック再生情報までの間隔を測定する。その結果により、受信部システムクロック発生制御部が、受信部システムクロックで動作するカウンタの値と、受信部システムクロック再生情報抽出部から抽出された値を比較した結果から、受信部システムクロック発生部を制御する情報を生成する時のゲインを最適化し、受信部システムクロックの周波数を送信部システムクロックの周波数に合わせる。
【0035】
【発明の実施の形態】
本発明によるデータ伝送装置の受信部を、図1を使用し説明する。図1では、VCO制御部17と間隔測定部15の部分を除いて、従来例の技術で説明した図2と基本的に同じ構成である。
【0036】
図1の受信部2は、伝送路1からストリーム3と伝送クロック13を入力し、出力画像データ19と出力画像データクロック18を出力する。受信部2のビデオ復号化処理部5は、伝送路1からのストリーム3と伝送クロック4、及びVCO14からの受信システムクロック13を入力し、出力画像データ19と出力画像データクロック18を出力する。また、受信部システムクロック再生情報抽出部6は、伝送路1からのストリーム3と伝送クロック4を入力し、受信部システムクロック再生情報7をVCO制御部17に出力する。さらに、受信部システムクロック再生情報抽出部6は、データ8をホールド回路9と間隔測定部15に出力する。なお、間隔測定部15はデータ16をVCO制御部17に出力する。
【0037】
一方、VCO制御部17は、信号fをVCO14に出力する。VCO14は、受信部システムクロック13をビデオ復号化処理部5とカウンタ12に出力する。そのカウンタ12は、カウンタ値11をホールド回路9に出力する。
【0038】
次に動作について説明する。VCO制御部17と間隔測定部15以外の動作は、従来例の技術で説明したものと同様である。
【0039】
VCO制御部17では、差分検出器17−1とDA変換器17−3の間に乗算器17−2が配置されている。これにより、差分検出器17−1の結果であるdeのゲインを変更可能とした。ゲイン変更されたdeは、de’としてDA変換器17−3に入力される。後は、従来と同様に信号fに変換され、VCO14を制御する。
【0040】
また、前記乗算器17−2によるゲインは、間隔測定部15のデータ16で調整される。一方、受信部システムクロック再生情報抽出部6からのデータ8は、ストリーム3から受信部システムクロック再生情報を抽出するたびに、抽出した時点のタイミングを通知するものである。間隔測定部15は、このデータ8を入力することで、前回の受信部システムクロック再生情報が抽出されてから、現在の受信部システムクロック再生情報が抽出されるまでの間隔を測定し、その結果に応じて乗算器17−2のゲインを調整するためのデータ16を出力する。
【0041】
ここで、より具体的な動作について、従来の技術で行った説明をもとにして説明する。
まず、最大の受信部システムクロック再生情報間隔、送信部システムクロックの最大周波数偏差、VCO14の周波数変換特性を従来の技術で説明したものと同様とし、アンプ17−4のゲインも174倍と同様に設定したとする。
【0042】
このとき、間隔測定部15で測定した、受信部システムクロック再生情報間隔が0.7秒だったとする。この場合、乗算器17−2のゲインが1倍となるように、データ16を出力するようにする。つまり、乗算器17−2が無い従来の技術と同様の動作であり、それは0.7秒の間隔のときに最適動作するものである。
【0043】
次に、従来の技術の説明時に問題となった、例えば、受信部システムクロック再生情報が0.07秒の間隔(0.7秒より小さい間隔)の場合の動作について説明する。この場合、deは0.7秒のときに比べ、l/l0の値になり、そのままDA変換器17−3に入力しても、信号fによる変化も1/10となり、結果VCOl4の周波数の変化も少なくなるので、必要以上の繰り返し動作の後に、受信部システムクロック13の周波数がロックすることになったものがある。
【0044】
そこで本発明では、図1に示すように、例えば0.07秒間隔であることを間隔測定部15で測定したら、乗算部17−2のゲインが10倍になるように、データ16を出力するよう動作する。これにより、de’は0.7秒の時と同じ値になり、必要最低限の繰り返し動作で、高速に、受信部システムクロック13の周波数がロック可能になる。そして、受信部の出力画像データ19における欠損などの誤動作に対し、より安定動作が可能な伝送装置が実現できる。
【0045】
なお、アンプ17−4のゲインが上述のように、最大の受信部システムクロック再生情報間隔を基準に設定されている場合は、乗算部17−2のゲインが式(4)で求めるゲインになるように、間隔設定部15のデータ16を出力するようにすればよい。
【0046】
ゲイン=maxD÷realD・・(4)
ここで、maxD:最大の受信部システムクロック再生情報間隔である。
realD:実際の受信部システムクロック再生情報間隔である。
【0047】
また、VCO制御部17全体でのゲインは、主に乗算部17−2とアンプ17−4で決定されるが、本発明はその配分を規定するものではなく、アンプ17−4におけるゲインを乗算部17−2に考慮しても良く、またその逆でも良い。但し、乗算部17−2のゲインをアンプ17−4に考慮した場合は、当然のことながら、データ16によるゲイン変更機能がアンプ17−4に存する必要がある。さらに、VCO制御部14のde’までの出力機能と、間隔測定部15の機能を含めて、CPUで実現することも可能である。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば、受信部に到着した前回の受信部システムクロック再生情報から現在の受信部システムクロック再生情報までの間隔を測定した結果により、受信部システムクロック発生制御部が、受信部システムクロックで動作するカウンタの値と、受信部システムクロック再生情報抽出部から抽出された値を比較した結果から、受信部システムクロック発生部を制御する情報を生成する時のゲインを最適化し、受信部システムクロックの周波数を送信部システムクロックの周波数に一致するようにした。
【0049】
これにより、どのような受信部システムクロック再生情報の間隔に対しても、必要最低限の繰り返し動作で、高速に、受信部システムクロックの周波数がロック可能になる。そして、受信部の出力画像データにおける欠損などの誤動作にたいし、安定動作が可能な伝送装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデータ伝送装置の受信部のブロック構成例を示す図。
【図2】従来技術による伝送装置のブロック構成例を示す図。
【符号の説明】
1:伝送路、2:受信部、5:ビデオ復号化処理部、6:システムクロック再生情報抽出部、9:ホールド回路、12:カウンタ、14:VCO、15:間隔測定部、17−1:差分検出器、17−2:乗算器、17−3:DA変換器、17−4:アンプ、17−5:LPF。

Claims (1)

  1. 動画像信号などの連続データを伝送し、受信部で該連続データを出力する伝送装置の受信部において、送信部に入力される伝送すべき連続データに関係するデータと、その連続データの入力レートの基準となる送信部システムクロックの周波数に、受信部での連続データの出力レートの基準となる受信部システムクロックの周波数を合わせるための受信部システムクロック再生情報が、少なくとも多重化された受信部入力ストリームを入力し、その受信部入力ストリームから上記連続データに関係するデータを抽出し、連続データを再生し出力するデータ再生部と、その連続データの出力レートの基準となる受信部システムクロックを発生する受信部システムクロック発生部と、上記受信部入力ストリームから受信部システムクロック再生情報を抽出する受信部システムクロック再生情報抽出部と、上記受信部システムクロックで動作するカウンタと、該カウンタの値と上記受信部システムクロック再生情報抽出部から抽出された値との差分値を検出する差分検出器を有する受信部システムクロック発生制御部を具備するもので、受信部に到着した前回の受信部システムクロック再生情報から現在の受信部システムクロック再生情報までの間隔を測定し、その測定値に対し所定の規格で規定された最大間隔値を基準とした比を求め、その逆数に相当する値を出力する間隔測定部を設け、上記受信部システムクロック発生制御部に、上記差分検出器から出力された差分値に上記間隔測定部からの出力値を乗算する乗算器を設け、該乗算器出力を用いて上記受信部システムクロック発生部を制御する情報を生成し、上記受信部システムクロック発生部に出力することを特徴とするデータ伝送装置。
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