JPH0411059B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデータおよび音声がどちらもデイジタ
ル化された形式で表示される通信システム、特に
データを搬送し且つデイジタル化された音声も搬
送するデイジタル通信システムに関する。

〔従来技術〕

大規模なデイジタル通信ネツトワークでは、端
末ユーザは、データ・プロセツサ、および現に音
声を搬送しない他の端末のデータ処理装置と、通
常のデイジタル方式で通信する。また、端末ユー
ザは、電話機を有し、現に人々が一般に利用する
ように、音声により他のユーザと通話する。音声
信号がデイジタル化されていても、その事実はユ
ーザには分らない。通信システムの観点からは、
デイジタル音声は、許容しうる時間遅延が全く相
違している点で、デイジタル化されたデータとは
異なる。音声伝送の場合、ごく僅かな処理遅延で
さえも望ましくはないが、大抵のデータ伝送で
は、処理時間が長くなつても許容される。ここで
は、理解し易いように、以下説明するシステムの
動作では、音声のトラヒツク密度は大であり、デ
ータのトラヒツク密度は０または極めて小さいも
のとする。

デイジタル方式で音声を送信するには、音声サ
ンプル期間と呼ばれる連続した時間間隔で、アナ
ログ音声信号がサンプリングされ、デイジタル化
される。ヘツダ（header）は、サンプルと共に
送信され、受信者および送信者を識別し、他の制
御情報を運ぶように働らく。音声サンプル期間
は、許容しうる遅延に比して短いので、話し手か
らの幾つかの連続音声サンプルを共通ヘツダと結
合し送信する。このようなサンプルの集りは、
“パケツト”と呼ばれる。サンプル速度は、シス
テムが有するデータ速度に比し低いので、複数の
端末からのサンプルは時分割多重化で送信でき
る。個々のユーザからのパケツトは共通ヘツダと
結合できる。パケツトの集りはメツセージまたは
ボイス・グラムと呼ばれる。

複合ネツトワークでは、幾つかのユーザ端末
は、共通の通信コントローラを有する１つの群と
して配列される。メツセージは１つの端末の送信
者から、同一群内の別の端末の受信者に直接に送
信できるが、メツセージは１つまたは２つ以上の
中間局を経由することがある。中間局はメツセー
ジ・ヘツダを検査してから受信端末または別の中
間局に該メツセージを送信する。中間局を使用す
る場合、メツセージを送る経路は幾通りかある。
最も直接的な経路上にあり、または宛先端末への
一番空いている経路であるという理由で、メツセ
ージを受取る次の中間局が選ばれることがある。
従つて、伝送遅延が許容しうる範囲内に保持され
る場合でも、遅延そのものは大幅に異なることが
あり、時には後のパケツトが先行のパケツトより
も早く受信されることがある。

音声以外のデイジタル通信システムでは、この
タイプの遅延はバツフア機能によつて処理され
る。データは受信されるとデータ・バツフア・メ
モリに入れられる。例えば、入力を受取る時刻
と、それをバツフアから取去る時刻の間に十分な
遅延がある場合、バツフアには常に少なくとも１
つの入力があり、データを入力する時間の変動に
関わりなく、一様な速度でバツフアをアンロード
できる。若し、遅延が、いつでもバツフアに幾つ
かの入力を保持するのに十分なら、後のパケツト
が先行のパケツトよりも早く到着した場合、パケ
ツト再送を命令できる。このような方法は音声方
式では望ましくはない。その理由は、話し手と聴
き手の間のメツセージ送信に伴なう遅延が長くな
るからである。

従来技術の、伝送遅延の変動の処理に関する１
つの提案では、会話の最初のパケツトが受信局で
僅かに遅延される。後続するパケツトは、平均し
て、一様の時間間隔でパケツトを処理する通常の
動作で、前記と同じ量だけ遅延される。その効果
は、同じ時間間隔のパケツトをバツフアするのに
似ている。早く着いたパケツトはそれが必要にな
るまで処理回路に保持できる。送信された時間に
比し遅れて到着するパケツトは、送信された最初
のパケツトの遅延された処理時間よりも、通常の
遅延か遅れずに到着する。

送信者と受信者の間でパケツトを伝送する際の
遅延を表わす正規分布曲線を調べてみよう。この
曲線の中点は、平均遅延を表わし、曲線の左端お
よび右端はそれぞれ、システムが処理しようとし
ている最小および最大の遅延を表わす。若し、最
初のパケツトが平均遅延で到着するなら、このパ
ケツトを、平均遅延点と最大遅延点の間の時間だ
け遅延させると望ましい結果を生じる：最大量だ
け遅延した後のパケツトは、それでも尚、通常通
りに処理するのに間に合つて到着する。（すなわ
ち、システムは、回路が各パケツトに適用する通
常のバツフア動作以上に、この多量の遅延を許容
できる。）最大遅延を十分に越えて到着するパケ
ツトは、既にその処理時間が過ぎ、または後のパ
ケツトが既に処理済であるので失われる。他方、
回路がパケツトを保持する能力は限られているの
で、通常の範囲よりも早く到着したパケツトは保
持されず失われる。

このように、従来技術では、最初のパケツトが
最小または最大の遅延で到着した場合に問題があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は最初のパケツトで遅延を用いる新しい
すぐれた装置を提供することを目的とする。その
ため、本発明が解決しようとする問題点は、パケ
ツトを受信する際に生じている遅延により、バツ
フアが空になることを防ぐとともに、反対に、パ
ケツトの到着が早すぎることによりバツフアがオ
ーバフローすることを防ぐことである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明により、メツセージの最初のパケツトは
高い優先順位で送信され、後続するパケツトは低
い優先順位で送信される。つまり、最初のパケツ
トに対して高い優先順位を与えることにより受信
時の遅延の変動（ばらつき）を少くし、後続する
パケツトの平均時間位置に対し、かなりの時間差
が最初のパケツトに与えられ、受信局において前
述の問題を伴なわずに、後続するパケツトに対す
る調整のための最初のパケツトの遅延を大きくす
ることができるようにする。

また、本発明により、メツセージの最初のパケ
ツトに続く幾つかのパケツトの時間をサンプリン
グする手段が受信局に設けられる。そして、最初
のパケツトの遅延時間を調整し、適切な値を与え
る。通常、この動作は通話が実際に始まる以前に
完了し、システムのユーザには気づかれない。

〔実施例〕

第２図において、音声波形１２がグラフの時間
軸に沿つて示されている。例えば、125マイクロ
秒（8000Hz）の間隔の縦線で示すように、音声波
形の振幅がサンプリングされる。これらのサンプ
ル値は、例えば、８ビツト（１バイト）コードに
デイジタル化される。これらのデイジタル値は絶
えずデータ・バツフアに送り込まれ、更に、デー
タ・バツフアから、適切なサンプル数、できれば
13個のサンプルを有する音声パケツトと呼ばれる
データ装置に入力される、本例の音声パケツト
は、1.65ミリ秒の音声信号を表わす。それぞれの
送信者からの幾つかの（できれば５個の）音声パ
ケツトは、ボイス・グラムと呼ばれる。データ装
置へのフレーム情報と組合わされる。フレーム情
報は音声パケツトごとに送信者と受信者を識別す
る。特定の送信者と受信者の通話は、通常、多量
の音声パケツト時間にわたつて行なわれるので、
送信者と受信者は独特の通話コードによるフレー
ム情報で識別できる。第２図に示された音声パケ
ツトは、特定の送信者および受信者にかかわりな
く、特定の通話の一部分として参照できる。

第２図で、ボイス・グラムは、１行の開始フレ
ーム情報、５行の通話１乃至５および１行の終了
フレーム情報からなる７行で表わされている。最
初の行は18バイトを有し、最後の行は５バイトを
有することが望ましい。従つて、本例では、ボイ
ス・グラムに23フレーム・バイトと65サンプル・
バイトがある。これらのバイトは、第２図におけ
るボイス・グラムのそれぞれの部分を示す行の分
かれ目に無関係に順次に送信される。

通常、比較的少数のフレーム・バイトを送信す
ることが望ましい。最小限のフレーム・バイト数
は、通信システムの要求によつてほぼ決められ
る。最大限のサンプル・バイト数は、問題−本発
明により最小限にしようとしている−によつて部
分的に制限される。

第２図のフオーマツトは、種々のデイジタル通
信システムのプロトコルに容易に適応できる。ボ
イス・グラムは通信コントローラによつてアセン
ブルされ、受信局または中間局に送られる。中間
局はフレーム情報を読取り、メツセージを宛先局
または次の中間局へ送ることができる。宛先局で
は、通信コントローラは、フレーム・バイトの情
報により各音声パケツトを特有の受信局へ送る。
受信局では、サンプル・バイトはバツフアにロー
ドされ、バイトは、順次に取去られ、デイジタ
ル・アナログ・コンバータにより音声信号に変え
られる。

多数の局を有する複合ネツトワークでは、中間
局は、同一通話のそれぞれのボイス・グラムに
別々の経路を割当てることがあるので、送信局と
受信局の間の遅延は、同じ通話でも部分によつて
異なることがある。また、遅延は、通信システム
で不規則に生じる他の状態によつて生じ、パケツ
トが異なつた間隔で受信されることもある。

第３図の線Ａは、デイジタル化された音声のパ
ケツトが送信局から送信される場合の時系列を表
わす垂直マーカを有する水平時間軸を示す。これ
らの時間軸は等間隔に分けられるが、一般に、こ
の間隔は平均または基準の時間間隔を表わす。垂
直線は、送信時刻の間の一部分に広がる送信の開
始を表わす（送信の長さは図示せず）。線Ｂにも
同じ時間間隔を有する垂直線がある。これらの垂
直線は線Ａの対応する垂直線のすぐ下にあり、そ
れらは、送信間隔に等しい間隔で各パケツトが受
信局で受信されるという理想的な状況を表わす。
線Ａの送信マークと、線Ｂの対応するパケツトの
受信マークの間には、図示のように、送信中ほぼ
一定の時間遅延の基準値がある。この時間遅延は
十分に小さいので、ユーザから苦情が出されるこ
とはないが、その範囲内で遅延は変動する。第３
図で、遅延は垂直線間の間隔でしか示されない。

また、第３図の線Ｂでは、周知のつりがね型の
正規分布曲線により、送信局と受信局の間で生じ
るパケツトの遅延の変動を表わす。なお、垂直線
が一定の平均すなわち基準遅延値を表わすことに
変りはない。分布曲線の左端は最小の遅延を表わ
し、同じく右端は最大の遅延を表わす（曲線の左
側の部分は、もちろん、線Ａと線Ｂの間の基準遅
延内に納まる）。実際のシステムでは、遅延の分
布は若干異なつた形状を生じることがある。例え
ば、基準遅延に等しい最小遅延に極端に片寄るこ
とがあるが、いずれにしても、線Ｂは、送信の大
部分が基準値に近い遅延で到着し、送信の一部分
が基準遅延よりも早くまたは遅れて到着すること
を示す。分布曲線は、時間軸に沿つた基準幅に関
してのみ意味がありこの範囲内の伝送分布は、本
発明に特に関係しない。第３図の線Ｂの例では、
１つの送信の最後の到着（分布曲線の右端）と次
の伝送の最初の到着（分布曲線の左端）の間に間
隙があるので、各パケツトは遅延の変動とは無関
係に、順次に到着する。

第３図の線Ｃは、分布曲線が広がつているので
隣接する分布曲線が僅かにオーバラツプすること
以外は、線Ｂに似ている。オーバラツプする領域
は、最初のパケツトが遅れて到着し、次のパケツ
トの到着が少し遅延する場合と、最初のパケツト
が大幅に遅れ、次のパケツトが最初のパケツトよ
りも先に順序を外れて受取られる状況を表わす。
他のオーバラツプまたはアンダーラツプする種々
の度合の分布は、線ＢおよびＤによつて分る。

本発明は特に第３図の線Ｃに示されたオーバラ
ツプの問題に向けられているが、いずれの状況に
おいても有用である。これは大抵の場合、特に注
釈がなくても明らかである。

受信局の通常の動作では、前の音声パケツトを
バツフアから読取り、アナログ信号に変換しなが
ら、次の音声パケツトを受取つてバツフアに記憶
する。受信局のバツフアは、常に、デイジタル・
アナログ変換器に送られるべきバイトを少なくと
も１つ持つている。

特定のシステムでは、幾つかの音声パケツトを
バツフアに入れ、遅延によつて隣接パケツト間に
問題を生じることが滅多に起きないようにするこ
とができるが、前述のような同じ問題が、バツフ
アに入れられたパケツトでも起きることがあり、
これらの問題は、バツフア動作を無視して適切に
例示されている。

第３図の線ＢおよびＣにおいて、最大間隔は、
２つのパケツトの実際の到着時間の間の最大の時
間間隔を表わし、その値によつては、受信局でメ
ツセージに歪を生じる。一例として、各パケツト
の到着時間には僅かな切れ目しかない場合があ
る。同様に、ある最小限の間隔で、１つのパケツ
トを処理する時間が、次のパケツトを聴き手に送
るべき時間に入り込むことがある。

第３図の線Ｄは、本システムでメツセージの最
初のパケツトを遅らすのに使われている従来の方
法を示す。その効果は、後続する各パケツトが、
最初のパケツトの遅延だけ早く到着するのに等し
い。この送信方法に関する問題について説明する
と、最初のパケツトの到着時間の実際の遅延は不
明であるが、分布曲線で示された最小または最大
の遅延で到着することがあるので、最初のパケツ
トの有効な遅延は、付加された遅延に、実際の到
着時間と基準時間の未知の差を加えたものとな
る。若し、パルスが実際に分布の初期に到着すれ
ば、最小の遅延しか生じない。実際にはパケツト
は遅れて到着するので、付加される遅延は限られ
たものになり、次のパケツトの到着時間の分布に
オーバラツプしないに違いない。この問題に対す
る２つの解決法を次に示す。線Ｄは線Ｂと同じ分
布曲線を有するが、説明はだいたい当てはまる。
第３図の線Ｅでは、メツセージの最初のパケツト
は、受信局への到着時間をより正確に決めるよう
に処理される。そのため、このパケツトの到着時
間は、狭い分布を有する。他のパケツトの到着時
間は、前述のように、広い分布を有する。線Ｅに
おいて、最初のパケツトの最も遅れた到着と次の
パケツトの最も早い到着の間の時間間隔は大きく
なつている、というのは、最初のパケツトは、第
３図の線Ａ〜Ｄで示された方式と同程度に基準時
間から遅れて到着することは許されないので特別
に処理されるからである。従つて、最初のパケツ
トに前よりも大きな遅延を与えることができるの
で、他のパケツトの遅延が大きくなつても信号を
失わずに処理できる、すなわち、システムは、第
３図の線ＣおよびＤに示された遅延を用いること
ができ、パルスが早く到着することによつて問題
を生じる可能性を減らすという利点がある。

線Ｅにおける動作は、最初のパケツトに対して
は相対的に高い優先順位で、後続するパケツトに
対しては相対的に低い優先順位で、通常の送信装
置を動作させることにより得られる。若し、全パ
ケツトが適切な優先順位で送信されるなら、シス
テムは第３図の線Ｂのような理想的な状態で動作
し、各パケツトは、音声信号を正確に再現できる
時間分布内に到着する。

メツセージの遅延に変動があるが、変動の幅は
音声パケツト間の間隔よりも狭いので、各音声パ
ケツトが最初の順序で受信局に到着し、前後のパ
ケツトから分離している第３図の線Ｂにおいて、
隣接するパケツト間の最大および最小の間隔が実
際に音声伝送に許容しうるものと仮定する。この
状態は、最小時間で到着し、時間遅延の変動が極
めて小さくなるなるように、各音声パケツトに非
常に高い優先順位を与えることによつて生じるも
のとみなされるが、この仮定の状態を複合ネツト
ワークの通話に当てはめることは望ましくない。
その理由は、他の通話には低い優先順位が与えら
れることになるので、その遅延の変動が大きくな
るからである。

本発明によつて、通話の最初の音声パケツトに
は高い優先順位が与えられる。第３図の線Ｅは、
第３図の線ＢおよびＣと比較した場合、動作がす
ぐれていることを示す。線Ｅの最初のパケツトの
遅延の分布曲線は他のパケツトの遅延の分布曲線
よりも幅が狭い。これらの他のパケツトの分布曲
線は他の線の場合よりもほんの僅かしか幅が広く
ない（この相違は図示せず）、というのは、比較
的少数のボイス・グラムしか、通話の最初のパケ
ツトとなる音声パケツトを含んでいないからであ
る。

第３図の線Ｅで、最初の音声パケツトの到着
と、次の音声パケツトの到着の間の最小間隔は、
優先順位指定のないシステムを表わす線Ｂおよび
Ｃにおける最小遅延よりも小さいことが分る。従
つて、最初のパケツトを処理する際に挿入される
遅延を大きくし、それに応じて、後続のパケツト
の遅延を大きくすることができる。

通話の最初の音声パケツトは、通信システムで
新しい通話を受入れるのにも使われる通常の装
置・方法によつて識別される。通信システムは通
常、メツセージごとに幾つかの優先順位レベルを
有する。通常、メツセージの優先順位は、メツセ
ージの固有の特徴から、暗黙のうちに決まること
がある。（例えば、データ・メツセージは音声メ
ツセージよりも優先順位が低い）。あるいは、フ
レーム情報に、各中間局が読取る優先順位が含ま
れ、ボイス・グラムを次の局へ送信する際に使わ
れることがある。

優先順位の高いメツセージの遅延の分布は、幾
つかの理由により、優先順位の低いメツセージの
場合よりも狭い。例えば、メツセージは中間局で
待ち行列に加えられ、既に待ち行列に入つている
メツセージ数に応じて、ある遅延の後に処理され
ることがある。

第３図の線Ｅのこれまでの説明をまとめると、
最初のパケツトの優先順位を高くすることによ
り、最初のパケツトの遅延の分布は狭くなるの
で、受信局で、最初のパケツトを次のサンプルに
近づける（遅延させる）ことができる。また、こ
のパルスの位置の変り易さが少なくなるという重
要な利点もある。これについては第３図の線Ｅに
関連して次に説明する。

第３図の線Ｅのこれまでの説明で、最初のパケ
ツトの遅延は、実際にはシステムが直接には知り
えない基準線に基づいていた。最初のパケツトに
遅延がいつ生じたかについて知られていること
は、パケツトの実際の到着時間だけである。従つ
て、第３図の線Ｅに示された一定の遅延は、最初
のサンプルの到着時間の分布の範囲内であれば、
どの点で始まつてもよい。若し、最初のサンプル
が、その分布時間帯の最も早い点で到着するな
ら、実際の遅延は線Ｅに示された遅延よりも小さ
くなる。反対に、若し、最初のサンプルが最大遅
延で到着するなら、遅延は更に大きくなる。すな
わち、最初のサンプルの一定の遅延に未知の遅延
が加わる。従つて、この未知の遅延は、できれば
第３図の線Ｅを分析して正確にシステムを記述す
る点まで減らされるから、線Ｅのシステムでは、
最初のサンプルでかなりの遅延が可能になる。残
されたかなりの変動を補償するシステムについて
は次に説明する。

第１図は、通常の受信局の構成要素、および本
発明のすぐれた動作を提供する追加構成要素を示
す。音声波形１２のデータは受信局のコントロー
ラ１４に入り、コントローラ１４はボイス・グラ
ムのヘツダ情報を処理し、音声パケツトを、固有
の受信局へ送信し、受信局ではパケツトをバツフ
ア１５にロードする。バツフアの能力は限られて
おり、適切なサンプル数を保持する。一般的な場
合を示す例として、バツフアが、再生音に変換中
のパケツトｎ−１、次のパケツトｎ、およびバツ
フアにロード中のパケツトｎ＋１は部分を保持す
るものとする。バツフア制御装置１７は取出しコ
マンドを送り、クロツク１８によつて制御されて
いる特定の速度でバツフアをアンロードする。ク
ロツク・タイムごとに、サンプル・バイトがＤ／
Ａ変換器１９へ転送され、Ｄ／Ａ変換器１９は、
音声信号を、スピーカのような適切な出力装置２
０へ送る。

通常の構成要素は通話の最初のサンプル・バイ
トで一定の遅延を与える。更に、最初のパケツト
を、実際に基準位置よりもかなり早くまたは遅く
受取つたことを知らせる信号に応答して、次の数
個のパケツトに遅延を与える手段が設けられてい
る。若し、音声パケツトが、第３図の線Ｂに示さ
れているように、分離して順次に受信されるな
ら、入力バツフアは、前に説明したように、完全
な１パケツトおよび前後のパケツトの部分を含ん
でいる。若し、パケツトが基準位置よりも早くま
たは遅れて到着すれば、前述のような、バツフア
の順序を守つた動作は失われる。この作用は、最
初のパケツトの最初の遅延が適切ではなかつた信
号に使用される。

最初のパケツトが到着時間の分布曲線の最も遅
い点で到着し最初に付加された一定の遅延が最大
の可変遅延と結合されるものと仮定すると、後続
のパケツトが早期に到着するように現われて、バ
ツフアがオーバフローすることがある。第１図の
システムはバツフアのオーバーフローを監視し、
若し、オーバーフローが生ずれば、クロツクの位
相が進められるので後続のパケツトは基準位置よ
りも早くバツフアからアンロードされるが、パケ
ツトが前よりも早くにバツフアに入つている必要
はない。反対に、若し、最初のパルスが分布曲線
の最も早い点で到着したならば、一定の遅延は最
小値を得る。状況によつては、これによつて、バ
ツフアが空になることがある。この状況は、従来
技術の一定の遅延が防ごうとしている状態であ
る。

第１図の装置は、最初の幾つかの音声パケツト
期間中、バツフアの、またはバツフアの特定のス
テージのアンダフローを検出する通常の手段を有
する。若し、バツフアが空になれば、バツフア・
クロツクの位相は遅らされるので、そうでなけれ
ば最初のパケツトに与えられている遅延は、最初
の幾つかのパケツトの１つに与えられ、後続のパ
ケツトはシステムに特有の量だけ相対的に早く到
着する。

〔発明の効果〕

本発明によつて、最初のパケツトが、より高い
優先順位で送信されるので、このパケツトを送信
する際の遅延の変り易さから生じる問題を生じる
ことなく、より大きい遅延を用いることができ
る。更に、本発明によつて、通話の最初の幾つか
のパケツトの到着時間が検出され、最初のパケツ
トが著しく遅延している場合には、遅延が再調整
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の受信局に本発明を実施した場合
の構成を示すブロツク図、第２図は、デイジタル
化された音声メツセージを示す図、第３図は送信
局から規則的な間隔で送信される音声パケツトの
タイミング、これらのパケツトが異なる遅延状態
で受信局へ到着するタイミング、ならびに本発明
の動作によつて相対的に変るサンプル到着のタイ
ミングを示す図である。 １４……コントローラ、１５……バツフア、１
７……バツフア制御装置、１８……クロツク、１
９……Ｄ／Ａ変換器、２０……出力装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音声信号からパケツトを形成し、それを宛先
   の受信局に送信するとき、相次ぐパケツトが相対
   的に異なる時間に宛先の受信局に到着できる代替
   経路を経由することによつて生じる受信局におけ
   るパケツト間の遅延の変動を補償する手段を有す
   る通信システムにおいて、 各通話の最初のパケツトに対しては、受信局へ
   到着したときの不確定的な遅延のばらつきを少く
   するため相対的に高い優先順位を与えて送信し、
   後続のパケツトに対しては相対的に低い優先順位
   を与えて送信するように送信局に設けられた手段
   と、 上記後続の幾つかのパケツトの受信時間を検出
   するため受信局に設けられた手段と、 受信した最初のパケツトと後続のパケツトとの
   間の受信間隔が開きすぎて不自然な音声信号が再
   生されないように、最初のパケツトを到着後に所
   定時間遅延させるため受信局に設けられた手段
   と、 を含むことを特徴とする通話システム。