JP5244320B2

JP5244320B2 - クロック生成装置及び方法

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Publication number: JP5244320B2
Application number: JP2007007225A
Authority: JP
Inventors: 慶雲蒋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: JP2008177678A; US7705652B2; US20080175342A1

Description

本発明は、ＭＰＥＧ−２ＴＳＳｙｓｔｅｍで必要なＳＴＣ制御に好適なクロック生成装置及び方法に関するものである。

ＭＰＥＧ−２システムは任意の数の符号化された映像や音声、付加データなど個別のストリームを多重化し、それぞれの同期をとりながら再生するための方式を規定している。このＭＰＥＧ−２システムでは広範囲なアプリケーションに対応するために２種類の方式が規定されている。１つはプログラムストリーム（PS：Program Stream）で、１本のストリームの中に１つのプログラムを構成する。プログラムストリームは誤りの発生しない環境でのデータの伝送・蓄積に適用されることを想定しており、冗長度を小さくすることができることからＤＶＤなどの強力な誤り訂正符号を用いたディジタルストレージメディアで使用されている。もう１つはトランスポートストリーム（TS：Transport Stream）で、１本のストリームの中に複数のプログラムを構成することができるため、デジタル放送などに対応することができる。トランスポートストリームは放送や通信ネットワークなどデータの伝送誤りが発生する環境に適用されることを想定しており、冗長度はプログラムストリームよりも大きくなっている。このＭＰＥＧ−２ＴＳＳｙｓｔｅｍでは、ＭＰＥＧ−２符号化された映像信号、音声信号、付加データ、制御信号などがそれぞれ１８８バイトのトランスポートストリームパケット（Transport Stream packet、以下ＴＳパケットと称する）に格納されている（例えば非特許文献１参照。）。

また、ＭＰＥＧ−２ＴＳＳｙｓｔｅｍでは、送信機（エンコーダ）と受信機（デコーダ）は、互いのクロックのずれによる動作スピードの差をなくすため、送信機は一定時間毎に基準時間情報（Program Clock Reference、以下ＰＣＲと称する）を含んだＴＳパケットを送信する。このＰＣＲは、所定のビット数（42bit:27MHz単位）を有する値である。

従来、受信機では、受信したＴＳパケットに含まれるＰＣＲとＭＰＥＧ−２符号化された信号をデコードするためのシステムクロック（ＳｙｓｔｅｍＴｉｍｅＣｌｏｃｋ、以下ＳＴＣと称する）の時間情報（受信機側でカウントした値、初期設定時においては予め２７ＭＨｚを想定したカウント値）とを比較し、ＳＴＣを生成するために使われる電圧制御水晶発振器（VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator）の電圧を上下させる。すなわち、受信機では、ＳＴＣをＰＣＲに基づいて調整し同期させる（例えば特許文献１参照。）。

さらに、ＶＣＸＯから出力されたＳＴＣを用いて、ＳＴＣに同期したオーディオマスタクロックが生成され、オーディオのデコード処理が行われる（例えば特許文献２参照。）。

しかしながら、ＳＴＣを生成させるためにはＶＣＸＯが必須であり、ＶＣＸＯは外付け部品であるため、コストが増大し、実装面積も増えるという問題があった。
ISO/IEC 13818-1 / INFORMATION TECHNOLOGY-GENERIC CODING OF MOVING PICTURES AND ASSOCIATED AUDIO:SYSTEMS Recommendation H.222.0 特開２００６−１３４３９０号公報特開２００３−８７２２９号公報

本発明は外付け部品を排除してコストを低減できるクロック生成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によるクロック生成装置は、第１の周波数を有する第１のクロック信号を用いて第２の周波数を有する第２のクロック信号を生成するための分周パラメータに応じて、前記第２のクロック信号を出力する整数比分周器と、外部から入力された基準時間情報と前記第２のクロック信号に基づくＳＴＣ値との差分値が所定の範囲内に収束するように前記分周パラメータを出力する分周パラメータ生成部と、を備え、前記分周パラメータ生成部は、前記差分値が前記所定の範囲を超えた場合は、前記ＳＴＣ値を大きく、または、小さくするように、前記出力された分周パラメータである前回分周パラメータを調整して新たな分周パラメータを生成して出力し、前記差分値が前記所定の範囲内の場合は、前記前回分周パラメータを出力し、前記整数比分周器は、前記分周パラメータ生成部から出力された前記分周パラメータに応じて、前記所定の範囲内に収束した前記第２のクロック信号を出力するものである。

本発明の一態様によるクロック生成方法は、カウンタ、減算器、記憶部、分周パラメータ生成部及び整数比分周器を有し、第１の周波数のクロック及び基準時間情報が与えられるクロック生成装置を用いて第２の周波数のクロックを生成する方法であって、前記カウンタにより前記整数比分周器から出力されるクロックによるカウント値を生成して出力し、前記減算器により前記基準時間情報に含まれるＰＣＲ値と前記カウンタから出力されるカウント値に基づくＳＴＣ値との差分を算出して出力し、前記記憶部により前回前記減算器から出力された前記差分及び前記分周パラメータ生成部から出力された分周パラメータを格納して前回差分及び前回分周パラメータとして出力し、前記分周パラメータ生成部により前記差分及び前記前回差分を比較し、比較結果に基づいて、所定の範囲を超えた場合は、前記差分が小さくなるように前記前回分周パラメータを調整して分周パラメータとして出力し、前記所定の範囲内の場合は、前記前回分周パラメータを分周パラメータとして出力し、前記整数比分周器により前記分周パラメータに基づく比率で前記第１の周波数のクロックをＰ（Ｐは１以上の整数）分周及びＰ＋１分周して前記基準時間情報に同期したクロックを生成するものである。

本発明によれば、外付け部品を排除した場合でも、所定の性能を有したＳＴＣ制御が実行可能となり、また、コストも低減できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に本発明の実施形態に係るクロック生成装置の概略構成を示す。この実施形態に係るクロック生成装置はカウンタ１、減算器２、記憶部３、分周パラメータ生成部４及び整数比分周器５を備え、ＭＰＥＧ−２システムの受信機におけるＳＴＣ（システムクロック）を生成するものである。

ＳＴＣは、ＭＰＥＧ−２符号化された信号をデコードするために必要なクロック（時刻情報）である。このＳＴＣとは別に、本実施形態に係るクロック生成装置は、整数比分周器５を動作させるための動作クロックを有する。

動作クロックは、所定の第１の周波数（ｆ２）を有する第１の動作クロックであり、ＳＴＣは、この動作クロックと分周パラメータから（整数比分周器５により）生成された第２の周波数（ｆ１）を有する第２の動作クロックである。

カウンタ１は、整数比分周器５から出力されるＳＴＣのカウントを行い、カウント値として（ＳＴＣをカウンタで表現して）出力する。また、カウンタ１の初期設定時には、受信機が受信するＴＳパケットが有する基準時間情報（ＰＣＲ）を用いる。

減算器２にはＰＣＲ及びカウンタ１によりカウントされたＳＴＣが入力され、これらの差分（ＰＣＲ−ＳＴＣ値）を算出する。ここで、ＰＣＲは２７ＭＨｚ単位で表現された値であるため、カウントされたＳＴＣもこの差分を算出する際には２７ＭＨｚ単位に換算したＳＴＣ値とする。この差分を以後、今回差分値とする。減算器２では、今回差分値を算出する毎に、この今回差分値の絶対値と外部から予め受信機に設定しているエラー判定値との比較を行い、エラー判定値以下であれば今回差分値の出力を行う。エラー判定値より大きい場合は、差分値が大きく、ＰＣＲに同期するようＳＴＣを制御することが困難であるためエラーと判定し、次に受信するＰＣＲを用いてカウンタ１のカウント値を再設定する。尚、このエラー判定値は、実験的或いは経験的に定められる任意の値である。

記憶部３には前回ＰＣＲを受信した際の差分値（以後、前回差分値という）及び分周パラメータ（以後、前回分周パラメータという）が格納される。尚、記憶部３の初期設定時には、前回差分値及び前回分周パラメータは設定されていない。

分周パラメータ生成部４には減算器２から出力される今回差分値と記憶部３に格納されている前回差分値及び前回分周パラメータが与えられる。分周パラメータ生成部４は、今回差分値と前回差分値を比較し、比較結果に基づいて前回分周パラメータを調整し、今回分周パラメータとして出力する。この今回分周パラメータは記憶部３に格納され、次に分周パラメータを生成、出力する際には前回分周パラメータとして用いられる。分周パラメータは分周比が異なる（つまり周波数が異なる）クロックそれぞれの単位時間当たりの出力回数を示すものである。

整数比分周器５には今回分周パラメータ及び受信機の動作クロックが与えられ、今回分周パラメータ（分周比）に基づいて動作クロックを分周し、ＳＴＣを生成し出力する。この動作クロックは受信機の動作クロックである。

ここで、出力するＳＴＣの周波数をｆ１、与えられる動作クロックの周波数をｆ２とし、ｆ２／ｆ１が割り切れない場合は、例えば、ｆ２をｘ分周した周波数とｆ２をｙ分周した周波数を組み合わせるといった公知の方法を用いることでｆ１を生成する。

尚、以下に記す公知の方法を用いるのは、以下に述べる分周パラメータの初期値を設定する時であり、ＳＴＣ制御時はｆ２と分周パラメータのみを用いる。

この公知の方法とは、以下の手順である。まず、ｘはｆ２／ｆ１＞ｘを満たす最大の自然数、ｙはｆ２／ｆ１＜ｙを満たす最小の自然数とする。次に、ｆ１：ｆ２＝Ｐ：Ｑとなる自然数Ｐ、Ｑを求める。次に、Ｑ＝ａ×ｘ＋ｂ×ｙ、Ｐ＝ａ＋ｂを同時に満たす自然数ａ、ｂを求める。そして、ｆ２のｘ分周出力がａ回、ｆ２のｙ分周出力がｂ回出力されるパターンでｆ１が生成される。

以上のａとｂが分周パラメータである。すなわち、本実施形態では分周パラメータとはｆ２をｘ分周した周波数の単位時間当たりの出力回数と、ｆ２をｙ分周した周波数の単位時間当たりの出力回数とを示す値である。

例えば出力するＳＴＣの周波数ｆ１が２７ＭＨｚ、与えられる動作クロックの周波数ｆ２が１５０ＭＨｚの場合、ｆ２／ｆ１＝５．５５…となりｘ＝５、ｙ＝６となる。つまりｆ２を５分周した周波数３０ＭＨｚとｆ２を６分周した周波数２５ＭＨｚを組み合わせて２７ＭＨｚを生成する。次に、ｆ１：ｆ２＝Ｐ：Ｑとなる自然数Ｐ、Ｑを求める。ここではＰ＝９、Ｑ＝５０である。次に、Ｑ＝ａ×ｘ＋ｂ×ｙ、Ｐ＝ａ＋ｂを同時に満たす自然数ａ、ｂを求める。ここでは、ａ＝４、ｂ＝５である。

以上から、この場合、５分周（３０ＭＨｚ）と６分周（２５ＭＨｚ）の出力回数比は４：５となる。５×４／（４＋５）＋６×５／（４＋５）＝５．５５…となるので、分周比ｆ２／ｆ１＝５．５５…を実現することができる。

さらに、本実施形態では、分周パラメータ生成部４において、分周比を微調整可能なように、分周パラメータを変更範囲の大きい値に設定する。例えば分周パラメータの変更範囲が０〜２５５（８ｂｉｔ）の場合、５分周＝２００、６分周＝２５０とする。当然、５×２００／（２００＋２５０）＋６×２５０／（２００＋２５０）＝５．５５…である。整数比分周器５に与えられる動作クロック周波数ｆ２と出力するＳＴＣ周波数ｆ１は予め決まっており、５分周＝２００、６分周＝２５０が初期分周パラメータとなる。

分周パラメータ生成部４で今回差分値と前回差分値の比較に基づいて前回分周パラメータを調整し、今回分周パラメータとして出力することでＰＣＲと同期したＳＴＣを出力することができる。

まず、ＰＣＲがＳＴＣ値より大きい場合は、送信機側の送信に用いられるクロックがＳＴＣより早いことを示しており、ＳＴＣをより早くなるように分周パラメータを調整する。逆に、ＰＣＲがＳＴＣ値より小さい場合は、送信機側の送信に用いられるクロックがＳＴＣより遅いことを示しており、ＳＴＣをより遅くなるように分周パラメータを調整する。

このＰＣＲとＳＴＣ値との差が０近づくように、分周パラメータを調整する。実際には、図２に示す通り、ＰＣＲとＳＴＣ値との差が０を境に、分周パラメータが調整されることになる。

この分周パラメータの調整を図３に示すフローチャートを用いて説明する。今回差分値をＡ、前回差分値をＢ、前回分周パラメータはｘ分周をＸ、ｙ分周をＹとする。ｘはｆ２／ｆ１＞ｘを満たす最大の自然数、ｙはｆ２／ｆ１＜ｙを満たす最小の自然数のため、ｆ２／ｆ１が整数でない場合、ｙ＝ｘ＋１が成り立つ。

単位時間当たりのｘ分周とｙ分周の出力回数比はＸ：Ｙであるので、分周器から出力されるクロックの分周比はｙ＝ｘ＋１を代入してｘ×Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）＋ｙ×Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）＝ｘ＋Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）となる。

（ステップＳ１）ＡとＢの符号を比較し、同じ場合はステップＳ２へ進む。符号が正のときはＰＣＲがＳＴＣ値より大きいことを示し、負のときはＰＣＲがＳＴＣ値より小さいことを示す。

先に記載した通り、ＰＣＲがＳＴＣ値より大きい場合は、ＳＴＣをより早くなるように分周パラメータを調整する。また、ＰＣＲがＳＴＣ値より小さい場合は、ＳＴＣをより遅くなるように分周パラメータを調整する。

図２に示すように、ＡとＢの符号が異なるときはＰＣＲとＳＴＣ値との差が発散する（差が徐々に大きくなる）傾向にないため、ＳＴＣ制御しなくてもよいと考えることができ、ステップＳ６へ進む。

（ステップＳ２）ＡとＢの絶対値を比較する。｜Ａ｜≦｜Ｂ｜の場合、ＳＴＣ値は前回よりもＰＣＲとの差が大きくなっていないため、前回分周パラメータは適切な値であると判定し、ステップＳ６へ進む。

｜Ａ｜＞｜Ｂ｜の場合は、ＰＣＲとＳＴＣ値の差が発散する（差が徐々に大きくなる）傾向にあり、ステップＳ３へ進む。

（ステップＳ３）Ａ、Ｂの符号が正である場合はステップＳ４へ、負である場合はステップＳ５へ進む。

（ステップＳ４）ＰＣＲがＳＴＣより大きく、かつその差が前回よりも広がっているため、ＳＴＣ値を大きくするように分周パラメータを調整する。つまり出力されるＳＴＣの周波数ｆ１を早く（周波数としては高く）するように前回分周パラメータＸ、Ｙを調整する。分周器５から出力されるＳＴＣ周波数のｆ１は、分周器５に与えられる動作クロックの周波数ｆ２のｘ分周とｙ（＝ｘ＋１）分周を単位時間当たりの出力回数比Ｘ：Ｙとして生成される。つまりｆ１はｆ２のｘ＋Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）分周となる。ここで分周比が小さいほど分周器５から出力されるＳＴＣの周波数ｆ１は高くなる。従って、ＳＴＣの周波数ｆ１を高くするため、分周比ｘ＋Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）を小さくするように、すなわち分周パラメータの項であるＹ／（Ｘ＋Ｙ）を小さくするようにＸ、Ｙを調整する。例えば、Ｘ＞Ｙの場合は前回分周パラメータのＸ、Ｙにそれぞれ１を加算し、Ｘ＜Ｙの場合は前回分周パラメータのＸ、Ｙからそれぞれ１を減算し、Ｘ＝Ｙの場合は前回分周パラメータのＹをそのままでＸに１を加算した値を今回分周パラメータとする。また、Ｘ、Ｙの大小関係に関わらず、前回分周パラメータのＹをそのままでＸに１を加算した値を今回分周パラメータとするようにしても良い。また、逆に前回分周パラメータのＸをそのままでＹから１を減算した値を今回分周パラメータとするようにしても良い。

（ステップＳ５）ＰＣＲがＳＴＣより小さく、かつその差が広がっているため、ＳＴＣ値を小さくするように分周パラメータを調整する。つまり出力するＳＴＣの周波数ｆ１を遅く（周波数としては低く）するように分周パラメータを調整する。従って分周比ｘ＋Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）を大きくするように、すなわち分周パラメータの項であるＹ／（Ｘ＋Ｙ）を大きくするようにＸ、Ｙを調整する。例えば、Ｘ＞Ｙの場合は前回分周パラメータのＸ、Ｙからそれぞれ１を減じ、Ｘ＜Ｙの場合は前回分周パラメータのＸ、Ｙにそれぞれ１を加算し、Ｘ＝Ｙの場合は、前回分周パラメータのＸをそのままでＹに１を加算した値を今回分周パラメータとする。また、Ｘ、Ｙの大小関係に関わらず、前回分周パラメータのＸをそのままでＹに１を加算した値を今回分周パラメータとするようにしても良い。また、逆に前回分周パラメータのＹをそのままでＸから１を減じた値を今回分周パラメータとするようにしても良い。

（ステップＳ６）今回分周パラメータを前回分周パラメータと同一にする。

このようにＰＣＲを受信する度にＳＴＣ値との差を算出し、その差の変化に基づいて分周パラメータを調整することで、クロック生成装置から出力されるＳＴＣがＰＣＲからずれることを抑制する（所定の範囲内に収束するように制御する）。従って、データ送信側（送信機）とこのクロック生成装置を含むＭＰＥＧ−２システムの受信機とが、一定の範囲内で同期を確立することができる。

以上に説明した通り、本実施形態によるクロック生成装置を用いることで、ＶＣＸＯ等の外付け部品を用いずにＳＴＣを制御することができるため、コストを低減することができる。また、実装面積も削減することが可能になる。

上述した実施の形態はいずれも一例であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態に係るクロック生成装置の概略構成図である。ＰＣＲとＳＴＣ値との収束状況を示す図である。分周パラメータ調整のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１カウンタ
２減算器
３記憶部
４分周パラメータ生成部
５整数比分周器

Claims

第１の周波数を有する第１のクロック信号を用いて第２の周波数を有する第２のクロック信号を生成するための分周パラメータに応じて、前記第２のクロック信号を出力する整数比分周器と、
外部から入力された基準時間情報と前記第２のクロック信号に基づくＳＴＣ値との差分値が所定の範囲内に収束するように前記分周パラメータを出力する分周パラメータ生成部と、
を備え、
前記分周パラメータ生成部は、前記差分値が前記所定の範囲を超えた場合は、前記ＳＴＣ値を大きく、または、小さくするように、前記出力された分周パラメータである前回分周パラメータを調整して新たな分周パラメータを生成して出力し、前記差分値が前記所定の範囲内の場合は、前記前回分周パラメータを出力し、
前記整数比分周器は、前記分周パラメータ生成部から出力された前記分周パラメータに応じて、前記所定の範囲内に収束した前記第２のクロック信号を出力することを特徴とするクロック生成装置。
前記分周パラメータ生成部は、前記差分値が０に近づくように前記分周パラメータを調整することを特徴とする請求項１に記載のクロック生成装置。
前記分周パラメータは、前記第１のクロック信号を第１の回数分周した周波数を単位時間あたりに出力する回数を示す値と、前記第１のクロック信号を第２の回数分周した周波数を単位時間あたりに出力する回数を示す値であり、前記２つの値は微調整可能な値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロック生成装置。
前記第２のクロック信号が入力され、前記第２のクロック信号によるカウント値を生成し出力するカウンタと、
前記基準時間情報に含まれるＰＣＲ値及び前記カウント値が与えられ、前記ＰＣＲ値と前記カウント値に基づく前記ＳＴＣ値との差分を算出し、前記差分値として出力する減算器と、
前記減算器から出力される差分値及び前記分周パラメータ生成部から出力される分周パラメータを格納する記憶部と、
をさらに備え、
前記分周パラメータ生成部は、前記差分値及び前記記憶部に格納された前回出力された差分値である前回差分値並びに前記前回分周パラメータが入力され、前記差分値及び前記前回差分値を比較し、比較結果に基づいて前記所定の範囲内に収束させるように前記前回分周パラメータを調整して前記分周パラメータを出力することを特徴とする請求項１に記載のクロック生成装置。
前記分周パラメータ生成部は、前記差分値の符号と前記前回差分値の符号が同じであり、かつ前記差分値の絶対値が前記前回差分値の絶対値以下である場合は前記前回分周パラメータと同じ値を前記分周パラメータとして出力することを特徴とする請求項４に記載のクロック生成装置。
カウンタ、減算器、記憶部、分周パラメータ生成部及び整数比分周器を有し、第１の周波数のクロック及び基準時間情報が与えられるクロック生成装置を用いて第２の周波数のクロックを生成する方法であって、
前記カウンタにより前記整数比分周器から出力されるクロックによるカウント値を生成して出力し、
前記減算器により前記基準時間情報に含まれるＰＣＲ値と前記カウンタから出力されるカウント値に基づくＳＴＣ値との差分を算出して出力し、
前記記憶部により前回前記減算器から出力された前記差分及び前記分周パラメータ生成部から出力された分周パラメータを格納して前回差分及び前回分周パラメータとして出力し、
前記分周パラメータ生成部により前記差分及び前記前回差分を比較し、比較結果に基づいて、所定の範囲を超えた場合は、前記差分が小さくなるように前記前回分周パラメータを調整して分周パラメータとして出力し、前記所定の範囲内の場合は、前記前回分周パラメータを分周パラメータとして出力し、
前記整数比分周器により前記分周パラメータに基づく比率で前記第１の周波数のクロックをＰ（Ｐは１以上の整数）分周及びＰ＋１分周して前記基準時間情報に同期したクロックを生成する方法。