JPH0983479A - 多重化端末装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、音声で話しながらデータ通信を行う
ことが、アナログ回線を用いてできない。 【解決手段】 無音区間予測器７は、過去の音声発生の
無音区間の時間的分布から次に発生する無音区間を予測
する。送信するデータ及び音声のうち、無音区間予測器
７により次の伝送区間が無音区間であると予測されると
きには、無音区間予測器７よりの制御信号により、ＭＵ
Ｘ８はデータをデータ部に多重化すると共に音声部にも
多重化する。このときは、データは最大の速さでアナロ
グ回線１２を利用して送信できる。データ及び音声の両
方が同時に次の区間で発生されるときは、無音区間予測
器７よりの音声標本化制御信号により音声コーデック３
が音声信号の品質劣化の限界まで標本化周波数を下げ
る。これにより、最低の音質を保って、パーソナルコン
ピュータ４の発生データを可能な限り速く伝送できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多重化端末装置に係
り、特に複数の異なるメディアを多重化して伝送した
り、あるいは受信した多重化された信号を分離したりす
る多重化端末装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アナログ回線である電話回線を利用した
ディジタルデータ伝送方式では、電話の音声信号の周波
数帯域が３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚであるため、この音
声信号を量子化ビット数８ビットで伝送できるように伝
送速度が６４ｋｂｐｓに設定されている。しかし、近年
のパーソナルコンピュータ、ワークステーションの急速
な進歩発展に伴い、音声で通話しながらパーソナル・コ
ンピュータのデータの通信を行うなどの複数のメディア
を多重化して伝送しようとする場合は、６４ｋｂｐｓで
は伝送速度が遅く、より高速のデータ伝送を行うため
に、伝送ビットレートをはるかに高く（例えば、１００
Ｍｂｐｓ以上）する必要がある。

【０００３】よって、従来より、特にデータ、ファクシ
ミリ文書、音声、映像などの異なるメディアを多重化し
てデータ伝送する場合、アナログ回線では伝送できず、
サービス総合ディジタル網（ＩＳＤＮ）回線やディジタ
ル専用線を利用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように複数の異
なるメディアを多重化して伝送するシステムにおける従
来の多重化端末装置は、伝送ビットレートが高く、ＩＳ
ＤＮ回線やディジタル専用線に比べて安価で普及してい
るアナログ回線を用いてデータ伝送できないという問題
がある。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
複数のメディアを多重化してアナログ回線で伝送し得る
多重化端末装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、送信する音声信号が入力されたときには高
能率符号化して送信符号を生成し、受信した音声符号が
入力されたときには復号して音声信号をスピーカへ出力
する音声コーデックと、送信するデータを発生し、受信
入力されたデータを処理するデータ処理装置と、送信時
は音声コーデックよりの送信符号とデータ処理装置より
の送信データとが入力され、これら送信符号及び送信デ
ータの少なくとも一方のデータ量を予測して、予測した
次の伝送区間の固定長のビットストリーム中における送
信符号と送信データの相対的な伝送ビット数を可変する
ように多重化したビットストリームを生成し、受信時は
入力されたビットストリームから音声符号と受信データ
とを分離し、受信音声符号は音声コーデックへ出力し、
受信データはデータ処理装置へ出力するメディア多重化
／分離部と、メディア多重化／分離部からのビットスト
リームを変調してアナログ回線へ送出し、アナログ回線
を介して入力されたビットストリームは受信復調してメ
ディア多重化／分離部へ供給する全二重高速モデムとを
有する構成としたものである。

【０００７】本発明では、送信符号及び送信データの少
なくとも一方のデータ量を予測して、予測した次の伝送
区間の固定長のビットストリーム中における送信符号と
送信データの相対的な伝送ビット数を可変して送信する
ようにしたため、伝送ビットレートをアナログ回線を使
用できる程度に低下させることができる。

【０００８】また、本発明におけるメディア多重化／分
離部を、音声コーデックよりの送信符号とデータ処理装
置よりの送信データとを多重化し、かつ、ヘッダ及び冗
長符号を付加した固定長のビットストリームを生成して
全二重高速モデムへ送出する多重化部と、全二重高速モ
デムからの受信ビットストリーム中のビット誤りを訂正
する誤り訂正部と、誤り訂正部を経た受信ビットストリ
ームから音声符号及びデータをそれぞれ分離し、受信音
声符号は音声コーデックへ出力し、受信データはデータ
処理装置へ出力する分離部と、音声コーデックよりの送
信符号の過去の無音区間の時間的分布から次に発生する
無音区間を予測し、予測した無音区間においては多重化
部により送信符号に代えてデータ処理装置よりの送信デ
ータを多重したビットストリームを生成させる無音区間
予測器とを有するようにした場合は、無音区間において
送信データを最大の速さで伝送できる。

【０００９】また、本発明におけるメディア多重化／分
離部を、データ処理装置よりの送信データが入力され、
過去の該送信データの時間的発生分布をもとに次回の予
測区間の送信データのビットレートを予測し、その予測
ビットレートに応じて予測した次の伝送区間の固定長の
ビットストリーム中における送信符号と送信データの相
対的な伝送ビット数を可変させるビットレート予測器を
有するようにした場合は、データの発生がないときに音
声を最大の速さで伝送できる。

【００１０】更に、本発明のメディア多重化／分離部の
無音区間予測器とビットレート予測器がそれぞれ送信符
号と送信データの発生を予測したときには、音声コーデ
ックの音声標本化周波数を予め定めた最低の標本化周波
数に下げるように制御することが、音声信号の品質劣化
を最小限にした状態でできる限りデータの伝送速度を速
くできるので望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明になる多重化端末
装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すよ
うに、この多重化端末装置は、マイクロホン１及びスピ
ーカ２にそれぞれ接続された音声コーデック３、この音
声コーデック３とパーソナルコンピュータ４にそれぞれ
接続されたメディア多重化／分離部５、このメディア多
重化／分離部５とアナログ回線１２との間に接続された
全二重高速モデム６から構成されている。更に、メディ
ア多重化／分離部５は無音区間予測器７、多重化部（Ｍ
ＵＸ）８、ビットレート予測器９、分離化部（ＤＥＭＵ
Ｘ）１０及び誤り訂正部１１から構成されている。

【００１２】まず、アナログ回線１２でどのような変調
済みのデータが送受信されるかについて図２を参照して
説明する。アナログ回線１２上の信号フォーマットは、
図２に示すように、ヘッダ２１、音声部２２、データ部
２３、及び冗長符号２４が時系列的に合成された固定長
のブロック構成である。

【００１３】すなわち、まず最初に伝送されるのがヘッ
ダ２１であり、これは音声及びデータのビット数、ビッ
トレート情報を含み、また送信側と受信側の同期をとる
ために必要であり、更に送信側、受信側の状態を示すプ
ロトコルを含む。ヘッダ２１そのものは固定長である。

【００１４】ヘッダ２１に続いて音声部２２とデータ部
２３が順次に伝送される。これらの音声部２２とデータ
部２３はそれぞれ可変長であり、全二重高速モデム６の
トレーニング時のトレーニング・パターンはこれらのデ
ータ２２、２３により表現される。最後に伝送される冗
長符号２４は、誤り訂正のための固定長の付加ビットで
ある。

【００１５】次に、図１の実施の形態の動作について説
明する。通信は自装置と相手の多重化端末装置とのプロ
トコル整合から始まる。なお、相手の多重化端末装置も
図１に示す構成である。プロトコル整合時には、自装置
と相手多重化端末装置の能力が比較され、能力整合がな
される。多重化端末装置の能力は図２のヘッダ２１に含
まれており、最大公約数的に実際に通信を行うときのお
互いの能力が決定される。

【００１６】例えば、相手の多重化端末装置が先に図２
に示したフォーマットのビットストリームをアナログ回
線１２を介して送ってきたならば、全二重高速モデム６
がこれを受信して復調し、復調された信号をメディア多
重化／分離部５内の誤り訂正部１１に入力する。誤り訂
正部１１は信号伝送に伴って生じたビット誤りを訂正し
て、得られたビット・ストリームをＤＥＭＵＸ１０に入
力する。ＤＥＭＵＸ１０は得られたビット・ストリーム
中のヘッダ２１をシリアル・インタフェース１３を経由
してパーソナルコンピュータ４に入力する。

【００１７】パーソナルコンピュータ４は自装置と入力
された相手の多重化端末装置のヘッダ２１の情報とから
その能力を比較し、通信に最適なパラメータを設定し、
このパラメータをシリアル・インタフェース１３を経由
してメディア多重化／分離部５内のＭＵＸ８に入力す
る。ＭＵＸ８は入力されたパラメータをヘッダ２１とし
て多重化を行い、得られたビットストリームを全二重高
速モデム６へ入力する。全二重高速モデム６はＭＵＸ８
より入力されたビットストリームの変調を行った後、ア
ナログ回線１２を介して相手の多重化端末装置へ送信す
る。このようにして、自装置と相手の多重化端末装置と
の能力整合が完了する。

【００１８】図１に示す多重化端末装置は、次に全二重
高速モデム６のトレーニングに入り、回線状態と誤り訂
正能力に応じた伝送ビットレートを決定する。すなわ
ち、パーソナルコンピュータ４はヘッダ２１に、これが
トレーニングパターンであるという情報を書き込み、音
声部２２とデータ部２３にテストパターンを書き込む。
このパーソナルコンピュータ４より出力されたテストパ
ターンを含むビットストリームは、リアル・インタフェ
ース１３を経由してＭＵＸ８に入力され、ここで多重化
された後、全二重高速モデム６へ入力されて変調され、
更にこれよりアナログ回線１２を介して相手の多重化端
末装置へ伝送される。

【００１９】相手の多重化端末装置は、受信したビット
ストリームを復調し、得られたテストパターンのうち、
誤りを起こしたビット数を計数し、誤り訂正能力に応じ
た伝送ビットレートを決定し、この情報を盛り込んだヘ
ッダを有するビットストリームを変調後、アナログ回線
１２を経由して図１の多重化端末装置へ返送する。

【００２０】図１の多重化端末装置（すなわち、自装
置）は、相手の多重化端末装置からの信号を全二重高速
モデム６で復調した後、誤り訂正部１１に入力して誤り
訂正を行わせ、誤り訂正後の受信信号をＤＥＭＵＸ１０
に入力する。ＤＥＭＵＸ１０はヘッダを抽出し、シリア
ル・インタフェース１３を介してパーソナルコンピュー
タ４へ供給する。

【００２１】パーソナルコンピュータ４は入力されたヘ
ッダから相手の多重化端末装置で決定された伝送ビット
レートを解読し、その解読伝送ビットレート情報をシリ
アル・インタフェース１３及びＭＵＸ８を介して全二重
高速モデム６に通知する。以上により、多重化端末装置
として音声で通話しながらパーソナルコンピュータのデ
ータをやり取りする準備が完了する。

【００２２】続いて、自装置と相手の多重化端末装置と
の間で通信が開始される。まず、送信動作について説明
する。送信される音声は、マイクロホン１により音響−
電気変換されて音声コーデック３に入力され、ここで折
り返し歪み防止のため低域周波数成分が濾波された後、
サンプルホールド、Ａ／Ｄ変換され、更に高能率符号化
により低ビットレート（例えば８ｋｂｐｓ）に情報圧縮
された送信符号として無音区間予測器７及びＭＵＸ８に
それぞれ入力される。一方、パーソナルコンピュータ４
で発生されたデータは、シリアルインタフェース１３を
経由してＭＵＸ８及びビットレート予測器９にそれぞれ
入力される。

【００２３】無音区間予測器７は、過去の音声発生の無
音区間の時間的分布から次に発生する無音区間を予測す
る。すなわち、この予測方法としては、例えば、時刻ｔ
における音声信号ｐ（ｔ）から音声のパワーｐ²（ｔ）
を算出し、このパワーレベルが予め測定されている音場
のノイズレベルを上回っているときには音声発生と判断
し、一方、音声のパワーレベルがノイズレベルを下回っ
たときには無音区間と判断する。

【００２４】なお、どの国の言語も特定の規則で無音区
間が発生するので、音声認識機能と上記のパワーレベル
とノイズレベルとの比較を組合せて、言語特有の無音区
間を発生の仕方を学習して無音区間を判断するようにす
ることも可能である。

【００２５】一方、ビットレート予測器９はパーソナル
コンピュータ４の過去におけるデータの時間的発生分布
をもとに次の伝送区間での本来のビットレートを予測す
る。シリアル・インタフェース１３は具体的にはＲＳ−
２３２Ｃなどであり、送信線と受信線とが分かれてい
る。データの転送方式は二通りあって、一つが調歩同期
式であり、転送クロックを必要とせず、もう一つが転送
クロックと共にデータを送り、受信側でデータをクロッ
クで打ち抜く方法である。例えば調歩同期式の場合、ビ
ットレートが０の場合と一定のａ［ｂｐｓ］の値をとる
場合の二通りに分かれる。これを長い時間にわたって統
計をとることにより、ある程度近い未来のビットレート
が予測できる。

【００２６】送信するデータ及び音声のうち、無音区間
予測器７により次の伝送区間が無音区間であると予測さ
れるときには、無音区間予測器７よりの制御信号によ
り、ＭＵＸ８はパーソナルコンピュータ４よりのデータ
を図２に示したデータ部２３に多重化すると共に、音声
部２２にもパーソナルコンピュータ４よりのデータを多
重化し、更にヘッダ２１及び冗長符号２４をそれぞれ付
加して図２のフォーマットのビットストリームを生成
し、これを全二重高速モデム６で変調させた後アナログ
回線１２へ送信する。これにより、このときにはパーソ
ナルコンピュータ４で発生されたデータは最大の速さで
送信できることとなる。このような場合、最も効率の良
いのは連続したファイル転送である。

【００２７】また、送信するデータ及び音声のうち、無
音区間予測器７により次の伝送区間は音声が存在すると
予測されるが、ビットレート予測器９がパーソナルコン
ピュータ４の過去におけるデータの時間的発生分布をも
とに、次の伝送区間でデータ発生がないと予測したとき
には、データ非発生を示すビットレート予測器９よりの
制御信号により、ＭＵＸ８は音声コーデック３よりの音
声符号を図２に示した音声部２２に多重化すると共に、
データ部２３にも音声符号を多重化し、更にヘッダ２１
及び冗長符号２４をそれぞれ付加して図２のフォーマッ
トのビットストリームを生成し、これを全二重高速モデ
ム６で変調させた後アナログ回線１２へ送信する。

【００２８】更に、送信するデータ及び音声のうち両方
が同時に次の区間で発生されると、無音区間予測器７及
びビットレート予測器９がそれぞれ予測した場合は、無
音区間予測器７よりの音声標本化制御信号により音声コ
ーデック３が音声信号の品質劣化の限界まで標本化周波
数を下げ、また量子化ビット数も下げるように制御され
る。これにより、最低の音質を保って、パーソナルコン
ピュータ４の発生データを可能な限り速く伝送できる。

【００２９】ＭＵＸ８は音声コーデック３よりの音声符
号を図２に示した音声部２２に多重化すると共に、デー
タ部２３にはパーソナルコンピュータ４の発生データを
多重化し、更にヘッダ２１及び冗長符号２４をそれぞれ
付加して図２のフォーマットのビットストリームを生成
し、これを全二重高速モデム６で変調させた後アナログ
回線１２へ送信する。

【００３０】この音声及びデータ同時送信時のビットレ
ートの配分は、全二重高速モデム６の伝送ビットレート
が１４．４ｋｂｐｓであるとすると、音声の伝送ビット
レートは８ｋｂｐｓとし、残りの６．４ｋｂｐｓはデー
タに振り分けることができる。ここで、注意を要するの
は、音声は数ｍｓｅｃの遅延量で、相手多重化端末装置
においてリアルタイムに再生されなければならないこと
であり、そのためにはパーソナルコンピュータ４内にデ
ータバッファが必要なことである。また、図２に示した
ようにビットストリームの全体は固定長としてあるが、
これは最悪な場合でも音声がリアルタイムで再生されな
ければならないという条件から決まってくる。

【００３１】なお、音声コーデック３は音声信号を高能
率符号化して送信符号を生成し、また入力された受信符
号は復号してもとの音声信号に戻す回路であり、ここで
処理する音声信号の周波数帯域は３００Ｈｚ〜３．４ｋ
Ｈｚであり、ＡＤＰＣＭ（適応差分パルス符号変調）、
ＬＤ−ＣＥＬＰ（ｃｏｄｅ ｅｘｉｔｅｄ ｌｉｎｅａ
ｒ ｐｒｅ−ｄｉｃｔｉｏｎ）、ＣＥＬＰ改などの公知
の音声の高能率符号化により、３２ｋｂｐｓ、１６ｋｂ
ｐｓ、８ｋｂｐｓの伝送ビットレートを得ることができ
る。

【００３２】次に、この実施の形態の受信動作について
説明する。相手の多重化端末装置より送信された信号
は、図１のアナログ回線１２を介して全二重高速モデム
６で受信され、ここで復調された後、誤り訂正部１１に
入力されて誤りのあるビットは誤り訂正されてからＤＥ
ＭＵＸ１０に入力される。ＤＥＭＵＸ１０は、入力され
た受信ビットストリームのヘッダの情報をもとに音声部
の音声信号とデータ部のデータとを分離する。このと
き、音声の標本化周波数、ビット数はヘッダから得られ
るので、これを音声コーデック３に音声標本化制御信号
として入力しておく。

【００３３】ＤＥＭＵＸ１０により分離されたディジタ
ル音声信号は、音声コーデック３に受信符号として入力
され、ここで圧縮されている場合は伸長されてＰＣＭ符
号に変換され、更にＤ／Ａ変換されてアナログ音声信号
に変換された後、スピーカ２に供給されて発音される。
一方、ＤＥＭＵＸ１０により分離されたデータは、シリ
アル・インタフェース１３を介してパーソナルコンピュ
ータ４に入力され、ここでデータ処理される。

【００３４】上記の送受信動作により、この実施の形態
の多重化端末装置によれば、相手の多重化端末装置との
間で、音声で通話しながらパーソナルコンピュータのデ
ータの送受信ができる。このとき、送受信するビットス
トリームの伝送ビットレートは、１４．４ｋｂｐｓなど
の低ビットレートであるため、既存のアナログ回線１２
を使用でき、システム構築に要する費用を従来に比べて
低減できる。

【００３５】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば無音区間予測器７及びビットレー
ト予測器９のいずれか一方を備える構成でもよく、ま
た、ビットレート予測器９は送信するデータの有無だけ
でなく、送信するデータのビットレートを予測し、その
予測値に応じて音声符号のビット数を増加させるように
してもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送信符号及び送信データの少なくとも一方のデータ量を
予測して、予測した次の伝送区間の固定長のビットスト
リーム中における送信符号と送信データの相対的な伝送
ビット数を可変して送信することで、伝送ビットレート
をアナログ回線を使用できる程度に低下させるようにし
たため、全二重高速モデムの高速化と相まって、従来Ｉ
ＳＤＮ回線やディジタル専用線でしか実現できなかっ
た、音声で話しながらデータ通信を行うことがアナログ
回線でも実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。

【図２】アナログ回線上の信号フォーマットの一例を示
す図である。

【符号の説明】

１ マイクロホン ２ スピーカ ３ 音声コーデック ４ パーソナルコンピュータ ５ メディア多重化／分離部 ６ 全二重高速モデム ７ 無音区間予測器 ８ 多重化部（ＭＵＸ） ９ ビットレート予測器 １０ 分離化部（ＤＥＭＵＸ） １１ 誤り訂正部 １２ アナログ回線 １３ シリアル・インタフェース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信する音声信号が入力されたときには
   高能率符号化して送信符号を生成し、受信した音声符号
   が入力されたときには復号して音声信号をスピーカへ出
   力する音声コーデックと、 送信するデータを発生し、受信入力されたデータを処理
   するデータ処理装置と、 送信時は前記音声コーデックよりの前記送信符号と前記
   データ処理装置よりの送信データとが入力され、これら
   送信符号及び送信データの少なくとも一方のデータ量を
   予測して、予測した次の伝送区間の固定長のビットスト
   リーム中における前記送信符号と前記送信データの相対
   的な伝送ビット数を可変するように多重化したビットス
   トリームを生成し、受信時は入力されたビットストリー
   ムから音声符号と受信データとを分離し、受信音声符号
   は前記音声コーデックへ出力し、受信データは前記デー
   タ処理装置へ出力するメディア多重化／分離部と、 前記メディア多重化／分離部からのビットストリームを
   変調してアナログ回線へ送出し、該アナログ回線を介し
   て入力されたビットストリームは受信復調して前記メデ
   ィア多重化／分離部へ供給する全二重高速モデムとを有
   することを特徴とする多重化端末装置。
2. 【請求項２】 前記メディア多重化／分離部は、 前記音声コーデックよりの送信符号と前記データ処理装
   置よりの送信データとを多重化し、かつ、ヘッダ及び冗
   長符号を付加した固定長のビットストリームを生成して
   前記全二重高速モデムへ送出する多重化部と、前記全二
   重高速モデムからの受信ビットストリーム中のビット誤
   りを訂正する誤り訂正部と、前記誤り訂正部を経た受信
   ビットストリームから前記音声符号及びデータをそれぞ
   れ分離し、受信音声符号は前記音声コーデックへ出力
   し、受信データは前記データ処理装置へ出力する分離部
   と、前記音声コーデックよりの送信符号の過去の無音区
   間の時間的分布から次に発生する無音区間を予測し、予
   測した無音区間においては前記多重化部により前記送信
   符号に代えて前記データ処理装置よりの送信データを多
   重したビットストリームを生成させる無音区間予測器と
   を有することを特徴とする請求項１記載の多重化端末装
   置。
3. 【請求項３】 前記メディア多重化／分離部は、前記デ
   ータ処理装置よりの送信データが入力され、過去の該送
   信データの時間的発生分布をもとに次回の予測区間の送
   信データのビットレートを予測し、その予測ビットレー
   トに応じて予測した次の伝送区間の固定長のビットスト
   リーム中における前記送信符号と前記送信データの相対
   的な伝送ビット数を可変させるビットレート予測器を有
   することを特徴とする請求項１又は２記載の多重化端末
   装置。
4. 【請求項４】 前記メディア多重化／分離部は、 前記音声コーデックよりの送信符号と前記データ処理装
   置よりの送信データとを多重化し、かつ、ヘッダ及び冗
   長符号を付加した固定長のビットストリームを生成して
   前記全二重高速モデムへ送出する多重化部と、前記全二
   重高速モデムからの受信ビットストリーム中のビット誤
   りを訂正する誤り訂正部と、前記誤り訂正部を経た受信
   ビットストリームから前記音声符号及びデータをそれぞ
   れ分離し、受信音声符号は前記音声コーデックへ出力
   し、受信データは前記データ処理装置へ出力する分離部
   と、前記音声コーデックよりの送信符号の過去の無音区
   間の時間的分布から次に発生する無音区間を予測する無
   音区間予測器と、前記データ処理装置よりの送信データ
   が入力され、過去の該送信データの時間的発生分布をも
   とに次回の予測区間の送信データのビットレートを予測
   するビットレート予測器とを有し、前記無音区間予測器
   と前記ビットレート予測器がそれぞれ前記送信符号と前
   記送信データの発生を予測したときには、前記音声コー
   デックの音声標本化周波数を予め定めた最低の標本化周
   波数に下げるように制御することを特徴とする請求項１
   記載の多重化端末装置。