JPS6027255A - 通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ィジタル化され
た形式で表示される通信システム、特にデータを搬送し
且つディジタル化された音声も搬送するディジタル通信
システムに関する。

〔従来技術〕

大規模なディジタル通信ネツ１−ワークでは、端末ユー
ザは、データ・プロセッサ、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、通常のディジタル方式
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。音声信号がディ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
、ディジタル音声は、許容しうる時間遅延が全く相違し
ている点で、ディ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、処理時間が長くなって
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、音声のトラヒック密度は大で
あり、データの１へラヒツク密度はＯまたは極めて小さ
いものとする。

ディ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、ディジタル化さ］しる。ヘッダ（ｈ
ｅａｄｅｒ）は、サンプルによって送信され、受信者お
よび送信者を識別し、他の制御情報を運ぶ。音声サンプ
ル動量は、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ッダと結合し送
信する。

このようなサンプルの集りは、″パケツ１−″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ットは共通ヘッ
ダと結合できる。バケツ１への集りはメツセージまたは
ボイス・ダラムと呼ばれる。

複合ネットワークでは、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つの端末の送信者力１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・ヘッ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。従って、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、時には後のパケットが先行のバ
ケツ１−よりも早く受信されることがある。

音声以外のディジタル通信システムでは、このタイプの
遅延はバッファ機能によって処理される。

データは受信されるとデータ・バッファ・メモリに入れ
られる。例えば、入力を受取る時刻と、それをバッファ
から取去る時刻の間に十分な遅延がある場合、バッファ
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、一様な速度でバッファをア
ンロードできる。

若し、遅延が、いつでもバッファに幾つかの入力を保持
するのに十分なら、後のパケットが先行のバケツ１〜よ
りも早く到着した場合、パケッ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、会話の最初のバケツ１〜が受信局で僅かに遅延す
る。後続するバケツ１〜は、平均して、一様の時間間隔
でパケツＩ・を処理する通常の動作で、前記と同じ凧だ
け遅延する。その効果は、同じ時間間隔のパケットをバ
ッファするのに似ている。ｑ町＜着いたパケットはそれ
が必要になるまで処理回路に保持できる。送信された時
間に比し後れて到着するパケットは、送信された最初の
パケットの遅延された処理時間よりも１通常の遅延しか
遅れずに到着する。

送信者と受信者の間でパケッ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、最初のパケットが平均遅延で到着する
なら、このノ（ケラトを、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：最大基
だけ遅延した後のパケットは、そ、れでも尚、通学道り
に処理するのに間に合って到着する。（すなわち、シス
テムは、回路が各パケットに適用する通常のバッファ動
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バケツ１−は、既にその処理時間
が過ぎ、または後のバケツ１〜が既に処理済であるので
失われる。他方１、回路は、バケツ１−を、それが遅延
される前の保持する限られた能力しかないから、通常の
範囲よりも早く到着したパケットも失われる。

このように、従来技術では、最初のパケットが最小また
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ッ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１本発明が
解決しようとする問題点は、バケツ１−を受信する際に
生じている遅延により、バッファが空になることを防ぐ
とともに、反対に、パケットの到着が早すぎることによ
りバッファ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ットは高い優先
順位で送信され、後続するパケットは低い優先順位で送
信される。それによって、後続するパケットの平均時間
位置に対し、かなりはつきりした遅延時間が最初のバケ
ツ１−に与えられ、前述の問題を伴なわずに、最初のパ
ケットの遅延を大きくすることができる。

また、本発明により、メツセージの最初のパケットに続
く幾つかのパケッ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、最初のパケットの遅延時間
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っ
て示されている。例えば、１２５マイクロ秒（８０００
Ｈｚ）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）コードにディジタル化される。これ
らのディジタル値は絶えずデータ・バッファに送り込ま
れ、更に、データ・バッファから、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バケツ１〜と呼
ばれるデータ装置に入力される。本例の音声パケットは
、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）音声パケットは、
ボイス・ダラムと呼ばれる、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ットごとに
送信者と受信者を識別する。特定の送信者と受信者の間
の通話は、通常、多量の音声パケット時間にわたって行
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６第２図に示された音声パ
ケットは、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・ダラムは、１行の開始フレーム情報
、５行の５通語および１行の終了フレー１１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。従って
、本例では、ボイス・ダラムに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・ダラムのそれぞれの部分を示す行の
分かれ「１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
ムの要求によってほぼ決められる。

最大限のサンプル・バイト数は、問題一本発明により最
小限にしようとしている−によって部分的に制限される
。

第２図のフォーマットは、種々のディジタル通信システ
ムのプロトコルに容易に適応できる。ボイス・ダラムは
通信コン１ヘローラによってアセンブルされ、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１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ットを特有の受信局へ送る
。

受信局では、サンプル・バイトはバッファにロードされ
、バイトは、順次に取去さられ、デイジタメ・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ットワークでは、中間局は、同
一通話のそれぞれのボイス・ダラムに別々の経路を割尚
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っ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って生
じ、パケットが異なった間隔で受信されることもある。

第３図の線Ａは、ディジタル化された音声のバケツ１〜
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１７１ノ隔は平均または
基準の時１？ｌＪ間隔を表わす。垂直線は、送（ｉＵ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ッ
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Δの送信マークと、線Ｂの対応するパケットの受信マ
ークの間には、図示のように、送信中はぼ一定の時間遅
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、同包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ットの遅
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■３の間
の基準遅延内に納まる）。実際のシステムでは、遅延の
分布は若干異なっ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
沿っ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
、各パケッ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、分布曲線が広がっているので隣接する
分布曲線が僅かにオーバラップすること以外は、線Ｂに
似ている。オーバラップする領域は、最初のパケットが
遅れて到着し、次のバケツ１〜の到着が少し遅延する場
合と、最初のパケットが大幅に遅れ、次のパケットが最
初のパケットよりも先に順序を外れて受取られる状況を
表わす。

他のオーバラップまたはアンダーラップする種々の度合
の分布は、線ＢおよびＤによって分る。

本発明は特に第３図の線Ｃに示されたオーバラップの問
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ｆＨ局の通常の動作では、前の音声パケットをバッフ
ァから読取り、アナログ信号に変換しながら、次の音声
パケットを受取ってバッファに記憶する。受信局のバッ
ファは、常に、ディジタル・アナログ変換器に送られる
べきバイ１−を少なくとも１つ持っている。

特定のシステムでは、幾つかの音声パケットをバッファ
に入れ、遅延によって隣接パケッ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、バッファに入れられたパケットでも
起きることがあり、これらの問題は、バッファ動作を無
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
ケットの実際の到着時間の間の最大の時間間隔を表わし
、その値によっては、受信局でメツセージに歪を生じる
。−例として、パケッ１、の到着時間には気が付く程度
の休止しかない場合がある。同様に、ある最小限の間隔
で、１つのパケットを処理する時間が、次のパケットを
聴き手に送るべき時間に入り込むことがある。

第３図の線りは、本システムでメツセージの最初のパケ
ッ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、後続する各パケットが、最初のパケットの遅延
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、最初のバケツ１〜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、最初のバケ
ツ１への有効な遅延は、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の到着すれば、最小の
遅延しか生じない。実際にはパケットは後れて到着する
ので、付加される遅延は限られたものになり、次のバケ
ツ１−の到着時間の分布にオーバラップしないに違いな
い。この問題に対する２つの解決法を次に示す。線りは
線Ｂと同し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ッ
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、このバケツ１への到着時間は、狭
い分布を有する。他のパケットの到着時間は、前述のよ
うに、広い分布を有する。線Ｅにおいて、最初のパケッ
トの最も遅れた到着と次のパケットの最も早い到着の間
の時間間隔は大きくなっている、というのは、最初のパ
ケットは、第３図の線Ａ〜１〕で示された方式と同程度
に基準時間から後れて到着することは許されないからな
である。従って、最初のバケツ１−に前よりも大きな遅
延を与えることができるので、他のパケットの遅延が大
きくなっ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って問題
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、最初のパケットに対しては相対的
に高い優先順位で、後続するバケツ１へに対しては相対
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、全パケッ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、各パケットは、音声信号を正確に再
現できる時間分布内で到着する。

メツセージの遅延に変動があるが、変動の幅は音声パケ
ット間の間隔よりも狭いので、各音声パケットが最初の
順序で受信局に到着し、前後のパケットから分離してい
る第３図の線Ｂにおいて、隣接するパケット間の最大お
よび最小の間隔が実際に音声伝送に許容しうるちのと仮
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、各音声パケットに非
常に高い優先順位を与えることによって生じるものとみ
なされるが、この仮定の状態を複合ネットワークの通話
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
。

本発明によって、通話の最初の音声パケットには高い優
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の最初のパケットの遅延の分布曲線は他のパケッ
トの遅延の分布曲線よりも幅が狭い。これらの他のパケ
ッ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・ダラムしか、通話の最初のパケットと
なる音声パケットを含んでいないからである。

第３図の線Ｅで、最初の音声バケツ１〜の到着と、次の
音声パケッ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。従って、最初のパケットを処理
する際に挿入される遅延を大きくし、それに応じて、後
続のパケッ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ットは、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・方法によって
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・ダ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、
既に待ち行列に入っ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
ケットの優先順位を高くすることにより、最初のパケッ
トの遅延の分布は狭くなるので、受信局で、最初のバケ
ツ］−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、最初のバケツ１−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。最初のパケットに遅延がいつ生じたか
について知られていることは、パケットの実際の到着時
間だけである。従って、第３図のＭＥ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、どの点で始まってもよい。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。

従って、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。残された力１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１
２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・ダラムのヘッダ情報を処理し、音
声パケットを、固有の受信局へ送信し、受信局ではパケ
ットを／＜ソファ１５にロードする。バッファの能力は
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、バッファが、再生音に変換中のパ
ケットｎｌ、次のパケツｌ”　ｎ、およびノ（ソファに
ロード中のパケットｎ　＋　１は部分を保持するものと
する。バッファ制御装置１７は取出しコマンドを送り、
クロック１８によって制御されている特定の速度でバッ
ファをアンロードする。クロック・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２０へ送る。

通常の構成要素は通話の最初のサンプル・バイ１−で一
定の遅延を与える。更に、最初のパケットを、実際に基
準位置よりもかなり早くまたは遅く受取ったことを知ら
せる信号に応答して、次の数個のバケツ１〜に遅延を与
える手段が設けられている。若し、音声バケツ１〜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、入力バッファは、前に説明したように、
完全な１パケツ１〜および前後のパケットの部分を含ん
でいる。若し、パケットが基準位置よりも早くまたは後
れて到着すれば、前述のような、バッファの順序を守っ
た動作は失われる。この作用は、最初のパケットの最初
の遅延が適切ではなかった信号側；使用される。

最初のパケッ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、後続のパケットが早期に到
着するように現われて、ノベソファがオーバフローする
ことがある。第１図のシステムはバッファのオーバーフ
ローを監視し、若し、オーバーフローが生ずれば、クロ
ックの位相が進められるので後続のパケットは基準位置
よりも早くバッファからアンロードされるが、パケット
が前よりも早くにバッファに入っている必要はない。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。状況によっ
ては、これによって、バッファ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ット時間中、
バッファの、またはバッファ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、バッファ
が空になれば、バッファ・クロックの位相は遅らされる
ので、そうでなければ最初のパケットに与えられている
遅延は、最初の幾つかのパケットの１つに与えられ、後
続のバケツ１〜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〕

本発明によって、最初のパケットが、より高い優先順位
で送信されるので、このパケッ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、本発明によって、通話の最初の幾つかのバケツ１
−の到着時間が検出され、最初のパケットが著しく遅延
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
示すブロック図、 第２図は、ディ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バケ
ツ１〜のタイミング、これらのパケットが異なる遅延状
態で受信局へ到着するタイミング、ならびに本発明の動
作によっ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。 】４・・・・コントローラ、１５・・・・バッファ、１
７・・・・バッファ制御装置、１８・・・・タロツク、
１９・・・・Ｄ／Ａ変換器、２０・・・・出力装置。 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 復代理人　弁理士　篠　１）　文　雄 第３図 ＋０　＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送信局の音声信号からパケットを形成し、幾くつかの送
   信局からのパケットを組合せて少なくとも１つのメツセ
   ージにまとめ、それを宛先の受信局に送信し、通話の相
   次ぐパケッ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有し、通話の最初のバケツ１への出
   力を遅延させて後続のバケツ１−の遅延の変動を補償す
   る手段を受信局が有する通信システムにおいて、 通話の最初のバケツ１〜を含むメツセージを指定して高
   い優先順位を与え、他のメツセージには低い優先順位を
   与えるため受信局に設けられた手段と、 後続するメツセージのサンプルの広い遅延範囲に適する
   量だけ最初のパケットを遅延させるため受信局に設けら
   れた手段と、 を含むことを特徴する通話システム。