JP2600964B2 - スタッフ同期方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スタッフ同期方式に関し、特に伝送路速度
に非同期なデータ速度を有するディジタルデータに対し
ワード単位でスタッフを行い、伝送路速度に同期化させ
るスタッフ同期方式に関する。

〔従来の技術〕

ディジタル伝送方式では、方路別通信需要の変化に対
する柔軟で効率的な通信網構成の実現、障害時のルート
切り替えの円滑化によるネッワークの信頼度向上等のた
め、１つの同期した伝送路クロックのもとで通信網を構
成し、ディジタル伝送を行うというディジタル同期多重
伝送方式が広く採用されている。一方、このような通信
網を介して、伝送路クロックに非同期なデータ速度を有
するディジタルデータを伝送することがしばしば必要と
される。

その代表的な例としては、映像信号の伝送がある。す
なわち、映像信号をアナログからディジタルに変換する
場合には、色信号スペクトラムの折り返しおよび量子化
雑音による画質劣化を抑えるため、標本化クロックの周
波数を映像信号中の色副搬送波周波数の整数倍（３倍〜
４倍）に選ぶことが多い。その結果、映像信号の符号化
データ速度は、前述の同期多重方式の伝送路速度とは非
同期になる。このような非同期のデータ速度を有する各
種ディジタル情報を伝送路速度に同期化し、多重化して
伝送するために、スタッフ同期が従来から行われてい
る。

第５図は、このような従来のスタッフ同期方式の一例
を示すブロック図である。第５図において、入力ディジ
タルデータは、入力クロックによってエラスティックメ
モリ10に毎秒f_Sワードの速度でワード単位に書き込まれ
る。一方、エラスティックメモリ10からは、読み出しク
ロックRCKによって、ディジタルデータがワード単位で
読み出され、セレクタ20の一方の入力端子に入力され
る。セレクタ20のもう一方の入力端子には、スタッフデ
ータ値が与えられており、セレクタ20は、いずれか一方
の入力を選択制御信号SELに従って選び出力する。読み
出しクロック発生回路30は、１フレーム時間毎にエラス
ティックメモリ10から読み出して伝送路へ送出するデー
タの数を、エラスティックメモリ10からのフラグ信号F
1,F2の値によって決定し、送出データ数に相当する数の
読み出しクロックを発生すると共に、選択制御信号SEL
を作成してセレクタ20に与える。

このように、第５図に示すスタッフ同期方式におい
て、１フレーム時間当りの同期ワード速度の設定は入力
ディジタルデータのワード速度よりも大きめの一定値に
しており、その差をスタッフデータによって埋め合わせ
ることにより、伝送路速度に同期化する。すなわち、ス
タッフデータの挿入数は１フレーム時間毎に読み出しク
ロック発生回路30で決定されており、選択制御信号SEL
にてセレクタ20を制御することで、スタッフデータが挿
入される。

第５図においては、エラスティックメモリ10に書き込
まれた後、読み出し待ちとなっているデータのワード数
（以後、滞留ワード数と記す）を監視し、滞留ワード数
がエラスティックメモリ10の最大容量に近くなった場合
（例えば7/8以上）はスタッフ数を減らし、滞留ワード
数が少なくなった場合（例えばエラスティックメモリ10
の最大容量の1/8以下）はスタッフ数を減らすようにし
ている。このため、エラスティックメモリ10から、フラ
グ信号F1は、滞留ワード数が最大容量7/8以上のとき、
アクティブレベルで出力され、一方、フラグ信号F2は、
滞留ワード数が最大容量の1/8以下のとき、アクティブ
レベルで出力されるようになっており、それぞれ読み出
しクロック発生回路30に与えられて、前述のスタッフ動
作が行われる。このようにして、ディジタルデータはス
タッフデータを挿入されることで伝送路速度に同期した
ものとなり、他のデータと多重化されて伝送されること
が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のスタッフ同期方式を
用いた場合、受信側で行われ、スタッフデータを除去し
元の非同期速度のディジタルデータに再生するデスタッ
フにおいて、再生データ速度に周期の長いジッタが発生
し、大きな位相ワンダが生じるという欠点がある。

たとえば、送信側でエラスティックメモリでの滞留ワ
ード数が1/8から7/8までの間の1/8に近い値であったと
し、このときの非アクティブレベルのフラグ信号F1とF2
で定められるスタッフ数のもとでは、エラスティックメ
モリからの読み出しデータ速度は、入力データ速度を若
干下回っているものとする。このとき、エラスティック
メモリでの滞留ワード数は、エラスティックメモリ容量
の1/8近傍から7/8に向かって徐々に増大していくが、7/
8以上になるまでフラグ信号F1,F2は変化しないから、１
フレーム当りのスタッフ数には変化が生じない。

一方、受信側では、再生すべきデータ速度の情報はス
タッフ数にあるため、それをもとにして出力データ速度
を再生している。しかし、スタッフ数について変化が生
じるには、滞留ワード数にある程度の変化がなければな
らず、スタッフ数の変化のない間、出力データ速度は、
変化を受けるべき情報が新たに来ないから、更新される
ことがない。したがって、出力データ速度は入力データ
速度に対応した細かな制御がなされず、入力データに対
し相対的に大きなジッタやワンダを含んだものとなる。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、ジッタお
よびワンダを低減できるスタッフ同期方式を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスタッフ同期方式は、 入力データを書き込むと共に、読み出しクロックによ
って書き込まれているデータを読み出すバッファメモリ
と、 バッファメモリの入力データ速度を監視して入力速度
情報を作成し、バッファメモリからスタッフ制御されて
出力するデータの速度を示す情報との差分値を得る手段
と、該差分値の累算値が常に小さな値を取るように読み
出しクロックを生成してバッファメモリに送出する生成
手段とを有することを特徴としている。

また、本発明のスタッフ同期方式は、 入力データを書き込むと共に、読み出しクロックによ
って書き込まれているデータを読み出すバッファメモリ
と、 バッファメモリの入力データ速度を監視して入力速度
情報を作成し、バッファメモリからスタッフ制御されて
出力するデータのを速度を示す情報との差分値を得る手
段と、該差分値の累算値が常に小さな値を取るように１
フレーム時間ごとにスタッフ情報を作成してバッファメ
モリへの読み出しクロックを制御している制御手段とを
有することを特徴としている。

さらに、本発明のスタッフ同期方式は、 入力データを書き込むと共に、読み出しクロックによ
って書き込まれているデータを読み出すバッファメモリ
と、 伝送路側クロック周波数をもとにした所定時間ごとに
入力データ速度を計測してその計測値を出力する入力速
度情報手段と、 １伝送フレーム時間ごとに入力速度情報手段の計測値
と前回伝送フレーム時間における読み出しクロック周波
数に対応する数値とを比較してその差を求める入出力速
度差検出手段と、 入出力速度差検出手段により求めた前記差を１伝送フ
レーム時間ごとに累計し、その累計値が常に０付近の小
さな値を取るように今回伝送フレーム時間における読み
出しクロック数を決定するスタッフ情報作成手段と、 スタッフ情報作成手段により決定された数の読み出し
クロックを発生し前記バッファメモリに与える読み出し
クロック発生手段とを有することを特徴としている。

〔作用〕

本発明のスタッフ同期方式は、今回の伝送フレームに
おけるスタッフ制御を、入力データ速度情報と前回伝送
フレームでのスタッフ制御にて出力した出力データ速度
情報とを比較し、両情報の差分値すなわち入力データ数
と出力データ数との差異を示す情報を得ると共に、前々
回およびそれ以前の過去に行われたスタッフ制御での差
分値の累積値に加算して、新たな累積値を求めることに
より、過去から前回までのスタッフ制御の結果による通
算の入出力データ数の差異に比例する情報を作成し、今
回の伝送フレームでのスタッフ制御の結果、累算値が０
または０付近の小さな値になるよう、前記新たな累算値
をもとに読み出しクロック数を制御することで行う。

本発明のスタッフ同期方式は、このように、スタッフ
制御により出力した総データ数と入力した総データ数と
の差異に比例した情報をスタッフ制御を行うごとに求
め、次回のスタッフ制御にて差異が少なくなるようにス
タッフ制御を行う。

このため、入力データ速度に対して出力データの平均
速度は同一に保たれると共に、出力データ速度の揺らぎ
量は小さく抑えられる。したがって、バッファメモリ
（第１図の１）に滞留する平均データ数は一定となり、
ワンダの発生を抑えることができる。また、スタッフジ
ッタを小さく抑えることができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。第１図のスタッフ同期方式は、バッファメモリ１
と、入力速度情報回路２と、入出力速度差検出回路３
と、スタッフ情報作成回路４と、読み出しクロック発生
回路５とを備えている。

このようなスタッフ同期回路において、バッファメモ
リ１は、入力データを記憶するためのものである。入力
データは、バッファメモリ１の入力端子DIに接続されて
いる。入力データのワードタイミングを示す入力クロッ
クは、バッファメモリ１の書き込みクロック端子WCKに
接続されている。出力データは、バッファメモリ１の出
力端子DOから出力される。読み出しクロック発生回路５
からの読み出しクロックは、バッファメモリ１の読み出
しクロック端子RCKに入力される。このようなバッファ
メモリ１は、読み出しクロックに応じて、出力端子DOか
らワード単位にデータを出力している。

入力速度情報回路２は、フレームパルスFPの周期を基
準に、より長い周期を作成し、その周期中における入力
クロック数を計測して、入力速度情報FIを出力してい
る。この入力速度情報回路２の構成例を第２図に示す。
第２図において、201は10ビットカウンタ、202,203がラ
ッチ、204が引算器、205が分周器である。

入出力速度差検出回路３は、デコーダ301と引算器302
とを備えている。そして、入出力速度差検出回路３は、
スタッフ情報作成回路４の出力であるスタッフ情報ｋを
一方の入力とし、これをデコーダ301によりデコードし
て出力速度情報FOに変換すると共に、引算器302により
もう一方から入力される入力速度情報FIとの差分値ｄを
求め、スタッフ情報作成回路４に与えている。

スタッフ情報作成回路４は、差分値ｄを各フレーム時
間ごとに累算し、累算値をもとに今回フレーム時間中に
バッファメモリ１からの出力データに追加するスタッフ
データのワード数を決定し、スタッフ情報ｋとして出力
している。このスタッフ情報作成回路４の構成例を第３
図に示す。第３図において、401が累算器、401Aが加算
器、401Bがラッチ、402がコンパレータである。

読み出しクロック発生回路５は、スタッフ情報ｋを入
力とし、１フレーム時間中に本データチャネルに割り当
てられているデータワード数からスタッフ情報ｋの値を
差し引いた数のパルス数をもつ読み出しクロックを発生
し、バッファメモリ１の読み出しクロック端子RCKに与
えている。この読み出しクロック発生回路５の構成を第
４図に示す。第４図において、501が微分器、502がカウ
ンタ、503がROMである。

カウンタ502はフレームパルスFPが伝送フレームの周
期で加えられるごとに値が０にクリアされるとともに伝
送路側クロックによって出力値は１ずつ増加する。リー
ドオンリーメモリであるROM503のアドレス入力にはカウ
ンタ502の出力およびスタッフ情報ｋが与えられてい
る。

ここで、カウンタ502を11ビット２進カウンタで構成
し、その11ビットのカウント値にカウンタ502に加えて
いる伝送路側クロックを最下位の１ビットとして添えた
合計12ビットを出力し、ROMに与える。すなわち、カウ
ンタ502のカウント値を表す11ビットを12ビット中の上
位11ビット分に割り当て、伝送路側クロックを最下位ビ
ットとする12ビットの出力を、ROM503のアドレス入力の
下位12ビットに接続する。一方、スタッフ情報ｋは４ビ
ットの２進数にてROM503のアドレス入力の上位４ビット
に接続する。

一方、ROM503では16ビットのアドレス入力値に対する
出力値として、次のような出力値を記憶したものを作成
しておく。

・上位アドレス４ビットの値が十進数換算で10、かつ下
位アドレス12ビットの値が十進数換算で０から1789まで
の範囲では、下位アドレス12ビットの値が奇数のときは
‘0'を出力し、偶数のときは‘1'を出力する。

・上位アドレス４ビットの値が十進数換算で11、かつ下
位アドレス12ビットの値が十進数換算で０から1788まで
の範囲では、下位アドレス12ビットの値が奇数のときは
‘0'を出力し、偶数のときは‘1'を出力する。

・上記範囲外のアドレス値が入力したときは‘0'を出力
する。

上記のようにROM503の出力値を作成することによっ
て、読み出しクロック発生回路５からはスタッフ情報ｋ
が10のときは1790個のクロックパルスが発生し、スタッ
フ情報ｋが11のときは1789個のクロックパルスが発生す
る。したがって、このクロックパルスが読み出しクロッ
ク端子RCKに接続された第１図のバッファメモリ１から
はスタッフ情報ｋが10のときは1790ワード、スタッフ情
報ｋが11のときは1789ワードだけ読み出され出力する。

次に、このスタッフ同期方式の動作について説明す
る。

入力クロックがバッファメモリ１と入力速度情報回路
２とに加えられ、フレームパルスFPがスタッフ情報作成
回路４と読み出しクロック発生回路５とに加えられる。
入力速度情報回路２のカウンタ201は、10ビットででき
ており、入力クロックを常時カウントしている。8kHzの
フレームパルスFPは、分周器205で458分の１に分周され
たのち、ラッチ202とラッチ203にクロックとして与えら
れている。カウンタ201の10ビット出力は、ラッチ202の
入力に接続され、ラッチ202の出力はラッチ203の入力に
接続されている。引算器204は、ラッチ202の出力値から
ラッチ203の出力値を引算して出力する。したがって、
引算器204からは、 の間の入力クロック数を2¹⁰＝1024で割った余りが、入
力速度情報FIとして出力される。

このように、本実施例の入力速度情報回路２から出力
される入力速度情報FIは、分周器205によってフレーム
パルスFPを分周して作成した周期の１周期時間中に入力
した入力クロック数、すなわち入力データのワード数の
計測値であり、モジュロ1024で表現した値となってい
る。ここで1024とは２の10乗であり、10ビットカウンタ
201の出力値が一巡するカウント数である。

一例を示すと、入力する映像データの標本化周波数を
14318.182kHzとすると入力速度情報FIとして次の（１）
式で示すように約516が得られる。

14318.182×458÷８1024×800＋516 … （１） 標本化周波数が変化すると、この入力速度情報FIによ
って検知できる。例えば、＋50ppm変化した場合と−50p
pm変化した場合、入力速度情報FIはそれぞれ約557およ
び475となる。

今、映像データを多重化して伝送する場合の１映像デ
ータチャネルに配分されたワード数がクレーム繰り返し
周波数8kHzのフレーム１個当り1800ワードのシステムで
あるとすると、標本化周波数14318.182kHzの映像データ
は１フレーム時間当り1789.77ワード（14318.182÷８）
であるから、１フレーム当りのスタッフワード数を平均
1800−1789.77＝10.23とすることが出力データの平均速
度を入力データ速度と同一にする上で必要である。しが
がって、スタッフ情報作成回路４は、スタッフ情報ｋと
して少なくとも10,11の２個以上を用意している。ここ
で、スタッフ情報としてｋ＝10ワードであった場合、読
み出しクロック発生回路５は、その１フレーム時間中に
1800−10＝1790個のパルスを発生して、バッファメモリ
１の読み出しクロック端子RCKに与える。

このときバッファメモリ１の出力端子DOから、1790ワ
ードの映像データが取り出されて出力される。したがっ
て、その１フレーム時間の映像データの出力速度は1790
×８＝14320kHz（14318.182kHzに対し＋127ppm）で標本
化した速度に相当する。入出力速度差検出回路３は、こ
のときスタッフ情報ｋ＝10を受けて、デコーダ301によ
り出力速度情報FOに変換する。すなわち、デコーダ301
では、次の（３）式により出力速度情報FOを得ている。

［（1800−ｋ）×８］×458÷８＝1024×800＋FO …
（２） ここで、（２）式における［ ］の内は、ｋワードの
スタッフを行うことによる映像データの出力速度（単位
ｋワード／秒）であり、［ ］に458÷８を掛けている
のは、入力速度情報FIが8kHzの458分の１の周期を単位
として計測しているため、同一周期当りに換算した出力
データワード数を求めているためである。このように、
（１）式と（２）式は同一の計算を行っているから、出
力速度情報FOから入力速度情報FIを引算器302にて差し
引くことによって、バッファメモリ１における入出力デ
ータ速度差を表す差分値ｄが求まる。したがって、差分
値ｄとは8kHzの458分の１の周期当りの入出力データの
ワード数の差を示している値である。なお、（２）式に
よる出力速度情報FOの値を14318.182kHzに対するppm換
算の速度偏差で表した例を表１に示す。

ここで、ppm換算値は次の（３）式により求めること
ができる。

したがって、ｋをFOに変換するデコーダ301は、表１
を使用してROM（リード・オンリー・メモリ）等で簡単
に実現できる。スタッフ情報作成回路４の累算値401
は、入出力速度差検出回路３から出力される差分値ｄを
１フレーム時間ごとに累算し、累算値Ｓを出力する。

差分値ｄは、前記説明したように、前フレーム時間に
おける入出力データのワード数の差を、8kHzを458分周
した時間、すなわち458フレーム周期当りに換算して求
めた数であるから、その累算値Ｓは前フレーム時間およ
びそれ以前の全てのフレーム時間における入出力データ
数の差を総合計した値の458倍の数を示している。この
ように、累算値Ｓは過去から現時点までの入出力データ
の数に比例した値となっている。したがって、もしも累
算値Ｓが０であれば長時間平均で入出力データ速度差が
０であることを示し、累算値Ｓが一定値をある時間保っ
ているときは、その時間中は入出力データ速度差が０で
あることを示し、累算値Ｓが平均的に正の方向に増大し
続けているときは出力データ速度が入力データ速度より
平均的に大であり、したがってバッファメモリ１に蓄積
されているデータ数が減少し続け、データ遅延時間が減
少していくことを示し、累算値Ｓが平均的に負の方向に
減少し続けているときは出力データ速度が入力データ速
度より平均的に小であり、したがってバッファメモリ１
に蓄積されているデータ数が増大し続け、データ遅延時
間が増大していくことを示している。また、累算値Ｓの
揺らぎが大きい値の場合は出力データ速度の変動が大き
く、累算値Ｓの揺らぎが小さい値のときは出力データ速
度の変動は小さいことを示している。

このように、累算値Ｓの値および値の時間的変化はス
タッフ制御によって生じるスタッフジッタの大小および
ワンダの発生とその大小を示すものである。

本発明のスタッフ同期方式では、累算値Ｓを求めて、
累算値Ｓが常に小さな値を取るようにスタッフ制御を行
っている。

コンパレータ402は、累算値Ｓが「０」または正であ
ると判定したときは、スタッフ情報ｋ＝11を出力し、累
算器Ｓが負である場合はスタッフ情報ｋ＝10を出力す
る。

読み出しクロック発生回路５は、スタッフ情報ｋの値
に応じた数のクロックパルスを発生する。すなわち前記
説明の読み出しクロック発生回路においては、スタッフ
情報ｋ＝11（累算値Ｓが０または正）のときは次回伝送
フレーム時間において1789個のクロックパルスを発生
し、スタッフ情報ｋ＝10（累算値Ｓが負）のときは1790
個のクロックパルスを発生する。

このとき、バッファメモリ１からはこのクロックパル
ス数のワード数のデータが読み出される。

一方、バッファメモリ１への１伝送フレーム時間当り
に入力するデータの平均ワード数は1789.77個である。

したがって、累算値Ｓが正であればスタッフデータ数
が増してバッファメモリ１からの読み出しデータ数が入
力データ数に比べて少なくなり、累算値Ｓは負の方向に
減少する。また、累算値Ｓが負になると逆の動作が行わ
れる。

このため、累算値Ｓはその絶対値が増大せず、常に値
０付近の小さい値に保持される。

なお、コンパレータ402に代えて、累算値Ｓに対し第
１表に示した出力速度情報FOのいずれかを加算したと
き、加算後の累算値Ｓの絶対値を最も小さくできるｋを
選んでスタッフ情報として出力するという回路を用いる
ことも可能である。

そのような回路は例えば信号処理プロセッサ等を用い
て容易に実現できる。一例として累積値Ｓが200であっ
た場合を説明すると、信号処理プロセッサは（３）式に
FO＝200を代入して計算し、速度誤差量として＋385（単
位ppm）を得る。次に信号処理プロセッサは、内側デー
タベースとして予め用意している表１から、それぞれの
ppm換算値を呼び出して前記計算した速度誤差量に加算
する。このとき加算結果はそれぞれ表２に示す通りとな
る。

次に信号処理プロセッサは絶対値の大小判定演算を行
って、各加算結果の中で最も絶対値が小さい値として−
432を得る。さらに信号処理プロセッサは表１によって
−432に対応するスタッフ情報ｋ＝11を得て出力する。

このように、本実施例であるスタッフ同期方式では入
力データ速度を監視すると共に、その速度情報をもとに
して入出力入速度差情報の差分値の累算値が常に「０」
付近の小さな値を取るように１フレーム時間ごとにスタ
ッフ情報を作成して制御しているので、受信側において
スタッフ情報を用いてデータ速度を再生する場合、ジッ
タおよびワンダを少なくすることができ、品質の高い通
信システムを実現できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、出力データ速
度を入力データ速度に対応して制御しているので、ジッ
タやワンダの少ないディジタルデータ伝送ができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、 第２図は、第１図に示した入力速度情報回路の構成例を
示す図、 第３図は、第１図に示したスタッフ情報作成回路の構成
を示す図、 第４図は、第１図に示した読み出しクロック発生回路の
構成例を示す図、 第５図は、従来のスタッフ同期方式の一例を示すブロッ
ク図である。 １……バッファメモリ ２……入力速度情報回路 ３……入出力速度差検出回路 ４……スタッフ情報作成回路 ５……読み出しクロック発生回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力データを書き込むと共に、読み出しク
   ロックによって書き込まれているデータを読み出すバッ
   ファメモリと、 バッファメモリの入力データ速度を監視して入力速度情
   報を作成し、バッファメモリからスタッフ制御されて出
   力するデータの速度を示す情報との差分値を得る手段
   と、該差分値の累算値が常に小さな値を取るように読み
   出しクロックを生成してバッファメモリに送出する生成
   手段とを有するスタッフ同期方式。
2. 【請求項２】入力データを書き込むと共に、読み出しク
   ロックによって書き込まれているデータを読み出すバッ
   ファメモリと、 バッファメモリの入力データ速度を監視して入力速度情
   報を作成し、バッファメモリからスタッフ制御されて出
   力するデータのを速度を示す情報との差分値を得る手段
   と、該差分値の累算値が常に小さな値を取るように１フ
   レーム時間ごとにスタッフ情報を作成してバッファメモ
   リへの読み出しクロックを制御している制御手段とを有
   するスタッフ同期方式。
3. 【請求項３】入力データを書き込むと共に、読み出しク
   ロックによって書き込まれているデータを読み出すバッ
   ファメモリと、 伝送路側クロック周波数をもとにした所定時間ごとに入
   力データ速度を計測してその計測値を出力する入力速度
   情報手段と、 １伝送フレーム時間ごとに入力速度情報手段の計測値と
   前回伝送フレーム時間における読み出しクロック周波数
   に対応する数値とを比較してその差を求める入出力速度
   差検出手段と、 入出力速度差検出手段により求めた前記差を１伝送フレ
   ーム時間ごとに累計し、その累計値が常に小さな値を取
   るように今回伝送フレーム時間における読み出しクロッ
   ク数を決定するスタッフ情報作成手段と、 スタッフ情報作成手段により決定された数の読み出しク
   ロックを発生し前記バッファメモリに与える読み出しク
   ロック発生手段とを有するスタッフ同期方式。