JP2002135299A - パケット通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送受信間でクロック同期をとってパケットの
受信処理を行うパケット通信システムに関し、１ｍｓｅ
ｃ単位程度の精度でクロック同期を可能とする。 【解決手段】 送信側端末装置２から送信側クロック値
を付加したパケットを送信し、パケット通信網３を介し
てそのパケットを受信する受信側端末装置１に、送信側
クロック値ｔＳn とデータ出力用クロック値ｔＲとの差
分を算出するクロック差分算出手段５と、クロック値の
差分の移動平均値を算出する移動平均値算出手段６と、
クロック値の差分を基に移動平均値の信頼度を判定する
信頼度判定手段７と、信頼度が高い時の移動平均値を基
にデータ出力用クロック値ｔＲを補正してデータ出力部
９からのデータ出力タイミングを制御するデータ出力ク
ロック生成手段８とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送信側端末装置と
受信側端末装置との間でパケット通信網を介してパケッ
トを伝送し、受信側端末装置は、送信側端末装置のクロ
ック信号に同期化させた受信側クロック信号により、受
信したパケットを処理するパケット通信システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年のインターネット／イントラネット
の普及により、ＡＶ（Ａudio Ｖideo）データ等のリア
ルタイムメディアを伝送するアプリケーションが増加し
ている。ＩＰ（Ｉnternet Ｐrotocol ）ネットワークで
データ伝送を行う際のプロトコルとしては、一般的に
は、ＴＣＰ（Ｔransmission Ｃontrol Ｐrotocol ）又
はＵＤＰ（Ｕser Ｄatagram Ｐrotocol ）が用いられ
る。ＴＣＰを用いた場合、信頼性の高いデータの伝送が
可能となる反面、再送制御が行われる為に、リアルタイ
ム性に欠ける欠点がある。そこで、リアルタイムにＡＶ
データ等を伝送するアプリケーションについては、ＴＣ
ＰではなくＵＤＰが用いられる。又ＴＶ放送のように同
報通信を実現するには、マルチキャストを行うことにな
るが、ＴＣＰはマルチキャストをサポートしていない
為、ＵＤＰを用いることになる。

【０００３】又ネットワークを介してＡＶデータを伝送
する場合、送信側でＡＶデータをサンプリングするクロ
ック信号と、受信側で受信したデータを出力するクロッ
ク信号との同期をとる必要がある。このような送受信間
のクロック信号の同期をとらないと、受信側のバッファ
に、アンダーフローやオーバーフローが生じる問題があ
る。例えば、伝送データがビデオデータの場合、アンダ
ーフロー時に同一のフレームを複数回表示したり、又オ
ーバーフローの場合、或るフレームを表示しないように
して、フレームレートの調整を行う必要が生じる。従っ
て、再生画面の動きが不自然となって、表示品質が低下
する。又オーディオの場合は、オーバーフロー時にＰＣ
Ｍデータを間引いたり、或いはアンダーフロー時にＰＣ
Ｍデータを繰り返して再生することによって、一応は調
整できるが、その場合の再生音はノイズとなり、再生音
質が劣化する。従って、送信側クロック信号に対して受
信側クロック信号を同期化する必要がある。

【０００４】送信側と受信側とを同期網を介して接続し
た場合は、送受信側のそれぞれのクロック信号を同期網
のクロック信号に同期させることにより、送受信間のク
ロック同期をとることができる。しかし、非同期網の場
合や、送受信端末装置を網クロック信号に同期できない
場合は、送受信間のクロック同期の実現は容易ではな
い。通常ＴＣＰ／ＩＰベースの通信では、送受信側の端
末装置が網クロックに同期することを想定していないも
のである。従って、送受信間のクロック同期をとる手段
として、例えば、受信側で、或る程度の受信データをバ
ッファリングしてから出力を開始し、データ出力中の受
信バッファ量を監視し、オーバーフロー傾向であれば、
受信側のデータ出力クロック速度を速くし、アンダーフ
ロー傾向であれば、データ出力クロック速度を遅くする
ことにより、受信側クロック信号を送信側クロック信号
に追従制御する手段が知られている。

【０００５】しかし、ＵＤＰを用いた通信に於いては、
伝送遅延が一定あることが保証されていないと共に、ネ
ットワークの輻輳によりパケットの廃棄が生じる可能性
が大きいものである。従って、前述のような受信バッフ
ァ量を所定範囲内に維持する手段では、パケットの伝送
遅延の揺らぎやパケットの廃棄により、受信バッファ量
の増減の変化が大きくなり、送受信間のクロック差の調
整が不可能となる問題がある。

【０００６】又送受信間のクロック同期の他の手段とし
て、送信側端末装置からの送信パケットに、送信データ
をサンプリングした時の送信側クロック信号をカウンタ
とした値を時刻情報として付加して送信し、受信側端末
装置は、受信側クロック信号をカウントした時刻情報を
用い、受信したパケットに付加された時刻情報による送
信パケット間隔と、受信側端末装置により生成した時刻
情報による受信パケット処理間隔とにより、送信側クロ
ック信号に受信側クロック信号を同期化させる手段も知
られている。

【０００７】図９はパケット通信システムの説明図であ
り、送信側端末装置５１と受信側端末装置５２とをパケ
ット通信網５３に接続し、送信側端末装置５１に於いて
生成したパケットをパケット通信網５３を介して受信側
端末装置５２宛に送出する。送信側端末装置５１は、デ
ータサンプリング部５４に於いて入力データを送信側ク
ロック発生部５５からのクロック信号によってサンプリ
ングし、その時のクロック信号をカウントしたクロック
値と共にデータ処理部５６に転送し、パケット化部５７
に於いてパケット化すると共に、クロック値を時刻情報
としてヘッダ情報に付加して送信する。

【０００８】このパケットをパケット通信網５３を介し
て受信した受信側端末装置５２は、パケット受信部５８
により受信して、パケットに付加されたクロック値を抽
出し、データ出力部５９にデータを転送し、クロック値
を受信側クロック発生部６０に転送する。このクロック
値を用いて例えば送信パケット間隔を判定し、又パケッ
ト受信処理の為の受信側クロック信号をカウントしたク
ロック値を用いて受信パケット処理間隔を判定して、送
信パケット間隔と受信パケット処理間隔とに対応して、
データ出力部５９から受信データとして送出する。

【０００９】図１０は従来例のクロック同期の説明図で
あり、受信側端末装置に於ける時間軸ｔ上の受信パケッ
トを示し、送信側に於いて、送信側クロック信号のカウ
ント値による時刻情報ｔＳｎを付加したパケットｎの次
に、時刻情報ｔＳｎ＋１を付加したパケットｎ＋１を送
信し、受信側に於いて、パケットｎを、受信側クロック
信号のカウント値による時刻ｔＲｎで受信し、パケット
ｎ＋１を時刻ｔＲｎ＋１で受信した場合、それぞれの差
分ｄＳｎ＝ｔＳｎ＋１−ｔＳｎ、ｄＲｎ＝ｄＲｎ＋１を
求める。即ち、送信パケット間隔と受信パケット間隔と
を求める。そして、ｄＲｎ＞ｄＳｎの場合は、受信側ク
ロック速度が送信側クロック速度に比較して速く、反対
に、ｄＲｎ＜ｄＳｎの場合は、受信側クロック速度が送
信側クロック速度に比較して遅いと判定することができ
る。これにより、パケット廃棄が発生しても、送信側ク
ロック速度と受信側クロック速度との差分を得ることが
できるから、受信側クロック信号を送信側クロック信号
に同期化するように制御することができる。

【００１０】しかし、パケット伝送の遅延揺らぎ及び送
信側に於ける入力データをサンプリングしてパケット化
して送信するまでの揺らぎの影響により、前述のような
差分ｄＳｎ，ｄＲｎの比較では精度の高いクロック同期
化は困難である。即ち、送信パケット間隔が一定であっ
ても、受信パケット間隔は揺らぎが大きいと変化するこ
とになる。そこで、統計的処理を施すことにより、パケ
ットの遅延揺らぎの影響を除くことが知られている。即
ち、連続するＮ個の前述の差分ｄＲｎ，ｄＳｎの平均値
ＡｄＲ（ｎ，Ｎ），ＡｄＳ（ｎ，Ｎ）とを、 ＡｄＲ（ｎ，Ｎ）＝（１／Ｎ）Σ^(n+N-1) _(j=n) ｄＲｊ ＡｄＳ（ｎ，Ｎ）＝（１／Ｎ）Σ^(n+N-1) _(j=n) ｄＳｊ として求める。なお、Σ^(n+N-1) _(j=n) は、ｊ＝ｎから
ｎ＋Ｎ−１まで累算することを示す。

【００１１】この平均値ＡｄＲ（ｎ，Ｎ），ＡｄＳ
（ｎ，Ｎ）を比較することにより、受信側クロック速度
が送信側クロック速度に対して速いか遅いかを判定し
て、受信側クロック速度を送信側クロック速度に一致す
るように、即ち、クロック同期化を行うことができる。
又このＮ個の平均値を求める区間をスライドさせて移動
平均値として求めることにより、パケット受信が継続す
る限り、送信側クロック信号に受信側クロック信号を同
期化することができる。更に、移動平均値を求めたＮ個
の差分ｄＳｎの分散値を求め、この分散値に対応して移
動平均観測窓を伸縮制御して、クロック同期化の精度を
高めることも知られている（例えば、特開平５−１４３
９９号公報参照）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来例に於ける
パケットの送受信間隔に相当するｄＳｎ，ｄＲｎの測定
に於いて、受信側クロックについてはｍｓｅｃ単位以下
の短い時間単位で測定する必要がある。例えば、ＮＴＳ
Ｃ方式のビデオデータをパケット化して伝送する場合、
フレーム単位で測定することになるから、その場合のｄ
Ｓｎ，ｄＲｎは、約３３ｍｓｅｃ（正確には、１００１
／３０ｍｓｅｃ）となる。例えば、送受信間で１％のク
ロック速度の誤差があると仮定すると、その誤差は約３
３３μｓｅｃとなる。従って、マイクロ秒単位で受信タ
イミングの測定が可能なクロック信号を必要とするもの
である。

【００１３】しかし、受信側端末装置を通常のパーソナ
ルコンピュータ（ＰＣ）やワークステーション（ＷＳ）
により構成してビデオ再生を行うアプリケーションが各
種存在するが、その殆どは、オペレーションシステム
（ＯＳ）が提供する時刻情報取得ＡＰＩ（Ａpplication
Ｐrogramming Ｉnterface）を利用して、再生ビデオ
フレーム出力間隔を計測している。この時刻情報取得Ａ
ＰＩにより取得可能な時刻情報は、ＰＣやＷＳのクロッ
ク信号に同期してカウントするハードウェアによるカウ
ント値であり、ＰＣやＷＳ上で提供されている時刻情報
取得ＡＰＩでは、一般的に最小でも１ｍｓｅｃ単位の時
刻情報しか取得できない。

【００１４】従って、ＰＣやＷＳで動作するソフトウェ
アにより、ビデオの受信側端末装置を実現する場合に、
マイクロ秒単位で時刻情報を取得することは容易でな
く、前述のような手段により、送信側クロック信号に受
信側クロック信号を同期化することは困難となる。な
お、送信側と受信側とのクロック信号の誤差を計測可能
となるように、図１０のｄＲｎを測定するパケット間隔
を大きくすることも理屈上は可能であるが、システム毎
にパケット間隔の調整等が必要となり、実用上の問題が
ある。

【００１５】又ＰＣやＷＳのビデオ再生アプリケーショ
ンプログラムは、ＯＳにより提供される時刻情報取得Ａ
ＰＩを用いて取得した時刻情報に従って、所定のフレー
ム表示間隔を実現することが前述のように可能である
が、実際のＰＣやＷＣに於ける時刻情報生成のクロック
信号の速度調整が不可能の構成が一般的である。又ＰＣ
やＷＳに於けるＯＳでもハードウェアでも時刻情報を生
成する為のクロック信号の速度調整手段は用意されてい
ないものである。従って、ＰＣ等を受信側端末装置とし
て用いた時、送信側クロック信号に受信側クロック信号
を同期化させることは実用上不可能に近いものであっ
た。

【００１６】本発明は、時刻情報がｍｓｅｃ単位で取得
できる受信側端末装置に於いても、送受信間のクロック
同期を可能とすることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のパケット通信シ
ステムは、図１を参照して説明すると、送信側端末装置
２から、データをパケット化する時の時刻情報としてサ
ンプリングクロック信号を基に形成した送信側クロック
値をパケットに付加して送信し、このパケットをパケッ
ト通信網３等を介して受信した受信側端末装置１は、送
信側クロック値を基にクロック同期をとってデータを出
力するデータ出力部９を有するパケット通信システムに
於いて、受信側端末装置１は、受信したパケットに付加
されている送信側クロック値ｔＳ_n と、受信側クロック
信号を基に形成したデータ出力用クロック値ｔＲとの差
分を算出するクロック差分算出手段５と、このクロック
差分算出手段５からの差分を所定の期間について移動平
均値を算出する移動平均値算出手段６と、この移動平均
値算出手段６からの移動平均値の信頼度を判定する信頼
度判定手段７と、この信頼度判定手段７による信頼度の
高い移動平均値を基に、データ出力部９に加えるデータ
出力用クロック値を補正するデータ出力クロック生成手
段８とを備えている。

【００１８】又信頼度判定手段７は、移動平均値算出手
段６により移動平均値を求めたクロック値の差分の分散
を求め、この分散が小さい時に信頼度が高いと判定して
データ出力クロック生成手段８によるデータ出力用クロ
ック値の補正を行わせる構成を有し、又データ出力クロ
ック生成手段８は、係数を乗算してデータ出力用クロッ
ク値を出力し、信頼度判定手段７からの信頼度の高い時
のクロック補正により係数を更新する手段を備えること
ができる。

【００１９】又受信側端末装置１は、送信側端末装置２
からのパケットに付加した送信側クロック値が有効か無
効かを示すフラグ情報を検出する手段と、この手段によ
り検出したフラグが有効を示す時のみ、パケットに付加
された送信側クロック値を基に前記データ出力用クロッ
ク値の補正を行う手段とを備えることができる。又受信
したパケットの属性情報を検出し、この属性情報に従っ
てパケットに付加された送信側クロック値を基にデータ
出力用クロック値の補正を行うか否かを判定する手段を
備えることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の原理説明図であ
り、１は受信側端末装置、２は送信側端末装置、３はパ
ケット通信網、４はパケット受信手段、５はクロック差
分算出手段、６は移動平均値算出手段、７は信頼度判定
手段、８はデータ出力クロック生成手段、９はデータ出
力部を示す。

【００２１】送信側端末装置２からは、前述のように、
時刻情報を付加したパケットを送出するもので、この時
刻情報は、データのサンプリングに用いたクロック信
号、又はこのクロック信号に同期した他のクロック信号
をカウントアップした値をクロック値としたものであ
る。このパケットをパケット通信網２を介して受信した
受信側端末装置１は、パケット受信手段４によりパケッ
トを分解してデータと送信側クロック値とに分離し、こ
の送信側クロック値をクロック差分算出手段５に転送
し、データ出力クロック生成手段８からのデータ出力用
クロック値と送信側クロック値との差分を算出する。又
パケット受信手段４に於いて分離したデータとクロック
値とをデータ出力部９に転送し、データ出力部９からデ
ータ出力用のクロック値に従ってビデオデータの場合は
図示を省略した表示装置へ転送し、音声データのみの場
合は図示を省略したスピーカ等を含む音声装置へ転送す
る。

【００２２】例えば、パケットｎに付加された送信側ク
ロック値をｔＳ_n 、最初の受信パケットをパケット０と
し、最初の受信パケットのデータを出力した時のデータ
出力用クロック値をｔＲ₀ とすると、パケットｎのデー
タを出力する時のクロック値ｔＲ_n は、 ｔＲ_n ＝（ｔＳ_n −ｔＳ₀ ）＋ｔＲ₀ …（１） となる。即ち、データ出力部９は、クロック値ｔＲがｔ
Ｒ_n を超えた時点で受信パケットｎのデータを出力する
ように、データ出力タイミングを管理することになる。

【００２３】前述のように、パケット受信手段４で受信
したパケットから送信側クロック値ｔＳ_n を抽出してク
ロック差分算出手段５に転送し、このクロック差分算出
手段５に於いてデータ出力用クロック値との差分を求め
る。そして、移動平均値算出手段６に於いて所定期間内
の差分値の移動平均値を求める。又信頼度判定手段７に
於いて移動平均値の基になったクロック値差分の信頼度
を判定し、この信頼度情報と、移動平均値算出手段６か
らのクロック値差分平均値とをデータ出力クロック生成
手段８に転送し、信頼度が高い場合のみ、クロック値差
分平均値によりデータ出力部９に加えるデータ出力用ク
ロック値の補正を行うものである。

【００２４】図２は本発明の実施の形態の要部説明図で
あり、１１は受信側端末装置、１４はパケット受信部、
１５はクロック差分計算部、１６は移動平均計算部、１
７は信頼度判定部、１８は受信側クロック生成部、１９
はビデオデコーダ、２０はビデオレンダラを示す。

【００２５】同図に於いて、図１と類似した名称の機能
部分は同一の機能を有するものであり、又図１のデータ
出力部９として、ビデオデータを出力する場合に於ける
復号化処理等を行うビデオデコーダ１９と、画像処理を
行ったビデオデータを、図示を省略した表示装置へ出力
するビデオレンダラ２０とを含む場合を示す。又図１の
データ出力クロック生成手段８に相当する受信側クロッ
ク生成部１８は、信頼度判定部１７からの情報に従って
受信クロック信号を補正して、ビデオレンダラ２０から
のデータを出力するタイミングを示すデータ出力用のク
ロック値ｔＲを出力する。この受信側クロック生成部１
８は、ＰＣやＷＳ上のアプリケーションプログラムに於
いては、ＯＳが提供する時刻情報取得ＡＰＩによって実
現することができる。

【００２６】例えば、マイクロソフト社のＰＣ／ＷＳ用
のＯＳとして知られているＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎ
ｄｏｗｓ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＮＴ
（商標）のアプリケーションプログラムから、ｔｉｍｅ
ＧｅｔＴｉｍｅ（）というＡＰＩにより、最高１ｍｓｅ
ｃ単位までの時刻情報の取得が可能である。この取得可
能の時刻情報（受信側クロック値）をｔｒとし、受信側
クロック生成部１８は、実際にビデオのフレーム表示間
隔を管理する為に使用するデータ出力用のクロック値ｔ
Ｒを生成する。

【００２７】この場合、受信側端末装置１１の基本クロ
ック信号は一定速度であり、その基本クロック信号を例
えば分周してカウントし、そのカウント値をデータ出力
用クロック値ｔＲとし、分周比を制御することにより、
又はオフセット値を加算することにより、データ出力用
クロック値ｔＲを補正することができる。例えば、係数
Ｃｒを乗算することによりデータ出力用クロック値ｔＲ
を出力し、この係数Ｃｒを更新することにより、クロッ
ク補正を行うことができる。

【００２８】例えば、受信側クロック生成部１８は、係
数Ｃｒを乗算してデータ出力用クロック値を出力する場
合、次式で定義されるデータ出力用のクロック値ｔＲを
出力する。 ｔＲ＝Ｃｒ（ｔｒ−ｔｒ₀ ）＋ｔＳ₀ …（２） ここで、ｔｒ₀ は最初の再生可能なデータが格納された
パケットを受信した時の時刻情報（受信側クロック値）
ｔｒであり、ｔＳ₀ は最初の再生可能のデータが格納さ
れたパケットに付加されている送信側クロック値を示
す。又Ｃｒは、時刻情報（受信側クロック値）ｔｒの速
度を基準にしてデータ出力用のクロック値ｔＲの速度を
指定する為の係数であり、この係数Ｃｒの初期値は１．
０とする。そして、この係数Ｃｒを更新することによっ
て、データ出力用クロック値ｔＲの補正を行うことがで
きる。即ち、クロック補正を行うことができる。なお、
実際の装置では、受信したデータが表示可能となるまで
に、何らかの処理時間がかかるから、クロック値ｔＲを
遅延させる必要があるが、簡略化の為の遅延についての
説明は省略する。

【００２９】又ビデオレンダラ２０は、ビデオデコーダ
１９に於いて復号されたビデオフレームデータと、送信
側クロック値ｔＳ_n と、受信側クロック生成部１８から
のデータ出力用クロック値ｔＲとを基に、図示を省略し
た表示装置にデータを出力する。その場合、ｔＲ＝ｔＳ
_n となった時点でデータを出力する。即ち、送受信間の
クロック同期をとってデータを出力することになる。

【００３０】そして、パケットを継続して長時間受信し
ている場合、送信側クロック速度（送信側クロック値）
と受信側クロック速度（データ出力用クロック値）との
ずれにより、データを表示すべきタイミングで出力する
ことができなくなる。そこで、クロック差分計算部１５
に於いて、受信パケットｎに付加されている送信側クロ
ック値ｔＳ_n と、このパケットｎ受信時のデータ出力用
のクロック値ｔＲ_n との差分ｄＳＲ_n ＝ｔＳ_n −ｔＲ_n
を計算する。又移動平均計算部１６は、クロック値の差
分ｄＳＲ_n について、過去の所定の期間内のＮ個（ｊ＝
ｎ−（Ｎ−１）〜ｊ＝ｎ）の平均値ＡｄＳＲ（ｎ，Ｎ）
＝（１／Ｎ）Σⁿ _j=n-(N-1) ｄＳＲ_j を計算する。

【００３１】この移動平均値ＡｄＳＲの計算は、クロッ
ク補正を施す周期で行うものであり、クロック値の差分
ｄＳＲ_n の移動平均値ＡｄＳＲが増加している場合は、
送信側クロック速度に比較してデータ出力用クロック速
度が遅く、反対に、移動平均値ＡｄＳＲが減少している
場合は、送信側クロック速度に比較してデータ出力用ク
ロック速度が速いことを示すから、それに従ってクロッ
ク補正を施すことができる。このクロック補正を施す前
に、求めた移動平均値ＡｄＳＲが信頼できるものである
か否かを信頼度判定部１７に於いて判定する。

【００３２】具体的には、信頼度判定部１７に於いて、
差分ｄＳＲ_n の真値に対して、算出されたこの差分ｄＳ
Ｒ_n の平均値の分布が中心極限定理により正規分布に従
うと仮定し、求めた移動平均値ＡｄＳＲと、この移動平
均値ＡｄＳＲの計算に用いた差分ｄＳＲ_n の分散を用い
て評価する。即ち、次の（３）〜（５）式により標準偏
差σを求める。

【数１】

【００３３】そして、予め想定した危険率によって決定
される係数αを用い、 ＡｄＳＲ−ασ＜０＜ＡｄＳＲ＋ασ の場合は移動平均値ＡｄＳＲの信頼度が低く、 ＡｄＳＲ−ασ＞０又はＡｄＳＲ＋ασ＜０ の場合は移動平均値ＡｄＳＲの信頼度が高いと判定す
る。この信頼度が高いと判定した場合のみ、受信側クロ
ック生成部１８に於けるクロック補正を行わせるもので
ある。

【００３４】この場合の信頼度が高い移動平均値をＡｄ
ＳＲ_a 、その時の受信側クロック値をｔｒ_a 、データ出
力用クロック値をｔＲ_a 、更新された係数をＣｒ_a とす
ると、この更新された係数Ｃｒ_a は、 Ｃｒ_a ＝（ＡｄＳＲ_a ＋ｔＲ_a −ｔＲ₀ ）／（ｔｒ_a −ｔｒ₀ ） …（６） となる。又ｄ_a ＝ＡｄＳＲ_a ＋ｔＲ_a とすると、補正さ
れたデータ出力用クロック値ｔＲは、 ｔＲ＝Ｃｒ_a （ｔｒ−ｔｒ_a ）＋ｄ_a …（７） となる。

【００３５】図３は新たに算出した移動平均値ＡｄＳＲ
_n が、補正不要な（信頼度が低い）範囲内の場合を示
す。従って、クロック補正の次の周期に於いて算出した
移動平均値ＡｄＳＲ_n+1 についても同様にクロック補正
の要否を判定することになる。又図４は新たに算出した
移動平均値ＡｄＳＲ_n が、補正が必要な（信頼度が高
い）範囲に存在する場合を示す。この場合にクロック補
正を行う。なお、図３，図４に於ける０は、クロック補
正を行った時の移動平均値をクロック補正の次の周期の
基準とする値を示す。

【００３６】又（７）式により補正されたデータ出力用
クロック値ｔＲについて、送信側クロック値に追従する
様子を図５に示す。即ち、横軸を受信側クロック値ｔ
ｒ、縦軸を送信側クロック値及びデータ出力用クロック
値とし、受信側クロック値がｔｒ₀ の時の送信側クロッ
ク値をｔＳ₀ 、データ出力用クロック値をｔＲ₀ とし、
ｔＳ₀ ＝ｔＲ₀ として、受信側クロック値ｔｒの増加、
即ち、時間の経過に従って点線で示す送信側クロック値
ｔＳが増加し、又実線で示すデータ出力用クロック値ｔ
Ｒが係数Ｃｒを初期値１．０として増加する状態を示
す。

【００３７】そして、受信側クロック値がｔｒ_a に於け
る送信側クロック値ｔＳ_a と、データ出力用クロック値
ｔＲ_a との差分と、移動平均値ＡｄＳＲ_a とを求め、且
つ分散σを求め、ＡｄＳＲ_a −ασ＞０となった時に、
クロック補正を行うと共に、係数Ｃｒの補正を行う。即
ち、（６）式に従って係数Ｃｒ_a を求め、且つｄ_a ＝ｔ
Ｒ_a ＋ＡｄＳＲ_a として、ｔＲ＝Ｃｒ_a （ｔｒ−ｔ
ｒ_a ）＋ｄ_a に従ったデータ出力用クロックｔＲとする
クロック補正を行う。即ち、実線矢印で示すようにｄ_a
を加算し、且つ係数Ｃｒの更新を行うことにより、誤差
分が小さくなるようにクロック補正する。この更新した
係数Ｃｒ_a により、データ出力用クロック値ｔＲは、送
信側クロック値ｔＳと同一又は近似した速度（傾斜）と
なる。これにより、クロック補正を頻繁に行うことな
く、送受信間クロック同期をとることができる。又この
場合、Ｎ個の差分の移動平均値を求める場合のＮを小さ
くした場合でも、誤差分が累積して大きくなった時にク
ロック補正が行われることになるが、このＮを或る程度
大きくすることにより、精度の高いクロック補正処理が
可能となる。

【００３８】又ＮＴＳＣビデオデータをパケット化して
伝送する場合、ビデオフレーム間隔は約３３ｍｓｅｃで
あるから、送信側クロック値と、データ出力用クロック
値との誤差を３３ｍｓｅｃ以下で調整できれば、送信側
に対する受信側の誤差が１フレーム時間以下の状態を実
現できることになる。ＰＣ（パソコン）やＷＳ（ワーク
ステーション）に於ける測定可能の時刻は１ｍｓｅｃ程
度あることから、クロック差分計算部１５に於けるクロ
ック値の差分ｄＳＲ_n ＝ｔＳ_n −ｔＲ_n は１ｍｓｅｃ単
位程度で求めることができれば、充分にクロック補正が
可能となる。

【００３９】通常は、送信側端末装置のデータサンプリ
ングクロック信号と受信側端末装置のデータ出力用クロ
ック信号との誤差は、元々大きくないので、送受信間ク
ロック差を厳密に管理しなくても充分な場合がある。例
えば、フレームレートが５ｆｐｓ（フレーム／秒）程度
のビデオデータを伝送するアプリケーションの場合、フ
レーム間隔は２００ｍｓｅｃ程度となり、この場合は、
数１０ｍｓｅｃ程度の誤差を許容できることになる。こ
のようなアプリケーションに於いては、係数Ｃｒの更新
を行わない簡略化した手段でクロック補正が可能であ
る。

【００４０】そこで、データ出力用クロック値ｔＲを、 ｔＲ＝（ｔｒ−ｔｒ₀ ）＋ｔＳ₀ …（８） とし、前述の場合と同様に、送受信間クロック誤差の移
動平均値を求め、信頼度を判定し、信頼度の高い移動平
均値ＡｄＳＲ_a が得られた時に、 ｔＲ＝（ｔｒ−ｔｒ_a ）＋ｄ_a …（９） としてデータ出力用クロック値ｔＲを補正することがで
きる。即ち、係数Ｃｒについては初期値の１．０のまま
とし、クロック補正時に：ｄ_a ＝ＡｄＳＲ_a ＋ｔＲ_a を
加算する。

【００４１】前述のクロック補正手段によるデータ出力
用クロック値の追従の様子を図６に示す。即ち、ｔｒ₀
に於けるｔＳ₀ ＝ｔＲ₀ とし、受信側クロック値ｔｒ_a
に於ける移動平均値ＡｄＳＲ_a の信頼度が高く、クロッ
ク補正を行うものである。この場合、係数Ｃｒの補正を
行わないので、点線で示す送信側クロック値ｔＳと、実
線で示すデータ出力用クロック値ｔＲとの特性（傾斜）
は異なる場合が一般的となり、移動平均値ＡｄＳＲと標
準偏差σとを用いて信頼度の判定を行い、実線矢印で示
すようにクロック補正を行うことになる。

【００４２】又送信側クロック値は、送信データをサン
プリングする処理と送信処理とを同時に並行的に行われ
ることを前提とした場合を示すが、実際のシステムに於
いては、記録媒体に一旦蓄積した後に、パケット通信網
を介して受信側端末装置へ伝送する場合がある。図７は
前述のようなシステムに適用した場合を示す。同図に於
いて、３１は送信側端末装置、３２は送信データ作成装
置、３３は磁気ディスク装置や光磁気ディスク装置等の
記録メディア、３４はデータサンプリング部、３５はデ
ータ処理部、３６はサンプリングクロック生成部、３７
はパケット化部、３８はパケット送信部、３９は送信側
クロック生成部を示す。

【００４３】送信データ作成装置３２は、入力データを
データサンプリング部３４に於いてサンプリングクロッ
ク生成部３６からのサンプリングクロック信号によりサ
ンプリングし、サンプリングしたデータとクロック信号
をカウントしたクロック値とをデータ処理部３５に転送
する。データ処理部３５はクロック値を付加したデータ
をパケット化部３７に転送し、パケット化部３７はヘッ
ダ情報にクロック値を付加してデータをパケット化し、
記録メディア３３に転送して記録する。

【００４４】又送信側端末装置３１は、パケット送信部
３８により記録メディア３３から読出したパケットに付
加されているクロック値と、送信側クロック生成部３９
からのクロック値とを基に、前述の送信側クロック値と
データ出力用クロック値とを基に同期化を行う場合と同
様にして、パケット送信部３８から図示を省略したパケ
ット通信網を介して受信側端末装置へ送信する。

【００４５】例えば、パケット送信部３８は、記録メデ
ィア３３から読出して送信するパケットのクロック値が
ｔＰ₀ で、そのパケットを送信した時の送信側クロック
生成部３９によるクロック値がｔＳ₀ であったとする
と、次の送信パケットのクロック値がｔＰ₁ で、そのパ
ケットの送信タイミングを示すクロック値ｔＳ₁ を、ｔ
Ｓ₁ ＝（ｔＰ₁ −ｔＰ₀ ）＋ｔＳ₀ により求め、送信側
クロック生成部３９のクロック値がｔＳ₁ を超えた時
に、そのパケットを送信する。以後同様にして、パケッ
トに付加されたクロック値と、送信側クロック生成部３
９によるクロック値とを比較して、送信タイミングを決
定することができる。

【００４６】前述の図７に示す実施の形態に於いては、
送信データ作成装置３２に於いてパケット化し、記録メ
ディア３３に一旦蓄積して送信側端末装置３１からパケ
ット送信を行う場合を示すが、送信側端末装置３１にパ
ケット化部３７を設け、送信データ作成装置３２はデー
タ処理部３５から記録メディア３３にクロック値を付加
したデータを記憶し、その記録メディア３３から読出し
たデータを、送信側端末装置３１に設けたパケット化部
によりパケット化して送信する構成とすることも可能で
ある。その場合、記録メディア３３には、データと共に
時刻情報を記録しておき、送信側端末装置３１のパケッ
ト化部に於いて送信パケットを生成して時刻情報を付加
し、その時刻情報に従ったタイミングで送信することに
なる。

【００４７】又送信側端末装置に於いて、パケットに付
加した送信側クロック値と送信クロックとの同期を維持
できない場合がある。例えば、図７に於いて、記録メデ
ィア３３を複数の送信側端末装置からアクセスしてデー
タを読出して送信するシステムに於いては、記録メディ
ア３３に対するアクセスが輻輳して、データの読出しが
送信タイミングに間に合わない場合が生じる。このよう
な状況が頻繁に発生すると、受信側では、パケットの伝
送遅延の揺らぎが大きいように観測される。その場合
は、クロック値の差分とその移動平均値と分散とを用い
た信頼度の判定に於いて、信頼度が低いと判定される問
題が生じる。

【００４８】これを回避する為に、パケットの送信側
に、パケットに付加した送信側クロック値が有効か無効
かを示すフラグ情報を付加して送信し、受信側端末装置
は、このフラグ情報を検出する手段を例えばパケット受
信部１４（図２参照）に設け、このフラグ情報が有効を
示す時のみクロック補正を行う構成とすることができ
る。具体的には、フラグ情報として同期フラグ情報を用
い、正常な送信タイミングでパケットを送信している場
合は、同期がとれていることを示す同期フラグ情報と
し、データの読出しが送信タイミングに間に合わないよ
うな場合は、同期がとれていないことを示す同期フラグ
情報をそれぞれパケットに付加して伝送する。従って、
受信側端末装置に於いては、この同期フラグ情報を検出
して、同期がとれていないことを示す時は、このパケッ
トに付加された送信側クロック値を利用しないようにす
る。即ち、クロック補正を行わないようにすることがで
きる。

【００４９】又パケット通信システムに於いては、ルー
タ等のパケットを中継転送する装置を設けたシステムも
知られている。このルータ等のパケット中継装置は、受
信バッファ等を含み、パケット中継処理による伝送遅延
の揺らぎが発生する場合が一般的である。例えば、図８
に示すように、受信側端末装置４１と送信側端末装置４
２との間で、ネットワークＡ，Ｂとルータ等のパケット
中継装置４３とを介してパケットの送受信を行うシステ
ムに於いて、受信側端末装置４１は、例えば、図２に示
す構成とし、又送信側端末装置４２は、例えば、図９に
示す構成とすることができる。又パケット中継装置４３
は、受信バッファを備え、且つパケットのヘッダ情報に
従ってパケットの中継処理を行う構成を有するものであ
る。

【００５０】このようなシステムに於いて、パケット中
継装置４３を、受信側端末装置４１に対して新たな送信
端末装置と見做してクロック同期をとる方式（ａ）と、
パケット中継装置の伝送遅延時間ｒ２を一定に維持する
方式（ｂ）との何れかを適用することができる。なお、
ｒ１〜ｒ４はネットワークＡ，パケット中継装置４３，
ネットワークＢ及び送信側端末装置４２と受信側端末装
置４１との間のそれぞれの伝送遅延時間を示す。

【００５１】パケット中継装置４３を新たな送信端末装
置と見做す方式（ａ）の場合、パケット中継装置４３
に、図７に於ける送信端末装置３１の機能を設けること
ができる。その場合、パケット中継装置４３を送信端末
装置と見做す方式（ａ）の場合、パケット中継装置４３
に図７に示す送信端末装置３１の機能を設けることがで
きる。即ち、送信端末装置４２が図７に於ける記録メデ
ィア３３に対応し、パケット中継装置４３が図７に於け
る送信側端末装置３１に対応した構成と見做すことがで
きる。

【００５２】従って、パケットに付加された送信側クロ
ック値を基に、パケット中継装置４３から送出するタイ
ミングを制御し、且つ同期フラグ情報を用いて、同期が
とれている状態か、又はとれていない状態かを受信側端
末装置４１に通知することができる。なお、送信側端末
装置４２とパケット中継装置４３との間では、パケット
中継装置４３の受信バッファのオーバーフローやアンダ
ーフローを回避する為に、クロック同期をとる必要があ
る。その為に、中継するパケットストリーム毎にクロッ
ク同期処理の機能を必要とすることになる。

【００５３】又伝送遅延時間ｒ２を一定に維持する方式
（ｂ）の場合は、受信バッファを用いて、送信側端末装
置４２から受信したパケットを伝送遅延時間ｒ２後に受
信側端末装置４１へ送出するように処理するものである
が、複数のパケットストリームについて処理することか
ら、この伝送遅延時間ｒ２を一定に維持できない場合が
生じる。その時は、前述の同期フラグ情報を用いて同期
がとれていないことを受信側端末装置４１に通知する。
従って、受信側端末装置４１は、同期がとれていること
を示す同期フラグ情報を検出した時に、パケットに付加
された送信側クロック値を基に、送信側端末装置４２と
の間のクロック同期をとり、同期がとれていないことを
示す同期フラグ情報が付加されている場合は、そのパケ
ットに付加された送信側クロック値を無視する処理を行
うものである。

【００５４】又パケットに属性情報を付加して送信し、
受信側端末装置は、この属性情報をパケット受信部１４
（図２参照）に於いて抽出する。例えば、送信側端末装
置がビデオデータと共に、これに同期したオーディオデ
ータを送信する場合に、受信側では、この属性情報が例
えば、オーディオデータかビデオデータかの何れか一方
の場合に、パケットに付加された送信側クロック値を抽
出してデータ出力用クロック値の補正処理にも利用し、
他方の場合は、パケットに付加された送信側クロック値
をデータ出力タイミングを測る目的のみに利用する。こ
れにより、例えば、送信側でソフトウェアにより圧縮符
号化を施してデータを送信する等に於いて、入力データ
の内容や符号化方式上の理由により、処理時間のばらつ
きが大きい状況であって、且つオーディオかビデオかの
何れかの送信処理時間の方がばらつきの少ないことが判
っている場合に、ばらつきの少ない方のデータに付随す
る送信側クロック値のみを利用することで、送受信間ク
ロック差検出の確度を向上させることができる。

【００５５】（付記１）送信側端末装置からデータをパ
ケット化する時の時刻情報としてサンプリングクロック
信号を基に形成した送信側クロック値をパケットに付加
して送信し、該パケットを受信した受信側端末装置は、
前記送信側クロック値を基にクロック同期をとってデー
タを出力するデータ出力部を有するパケット通信システ
ムに於いて、前記受信側端末装置は、受信したパケット
に付加されている前記送信側クロック値と、受信側クロ
ック信号を基に形成したデータ出力用クロック値との差
分を算出するクロック差分算出手段と、該クロック差分
算出手段からの差分を所定の期間について移動平均値を
算出する移動平均値算出手段と、該移動平均値算出手段
からの移動平均値の信頼度を判定する信頼度判定手段
と、該信頼度判定手段による信頼度の高い前記移動平均
値を基に前記データ出力部に加えるデータ出力用クロッ
ク値を補正するデータ出力クロック生成手段とを備えた
ことを特徴とするパケット通信システム。

【００５６】（付記２）前記信頼度判定手段は、前記移
動平均値算出手段により移動平均値を求めた前記差分の
分散を求めて、該分散が小さい時に信頼度が高いと判定
して前記データ出力クロック生成手段によるデータ出力
用クロック値の補正を行わせる構成を有することを特徴
とする付記１記載のパケット通信システム。 （付記３）前記データ出力クロック生成手段は、係数を
乗算して前記データ出力部に加えるデータ出力用クロッ
ク値を出力し、且つ前記信頼度判定手段からの信頼度の
高い時のクロック補正により前記係数を更新する手段を
備えたことを特徴とする付記１又は２記載のパケット通
信システム。 （付記４）前記受信側端末装置は、前記送信側端末装置
からのパケットに付加した送信側クロック値が有効か無
効かを示すフラグ情報を検出する手段と、該手段により
検出したフラグが有効を示す時のみ、該パケットに付加
された前記送信側クロック値を基に前記データ出力用ク
ロック値の補正を行う手段とを備えたことを特徴とする
付記１乃至３の何れかに記載のパケット通信システム。

【００５７】（付記５）送信側クロック値を付加したパ
ケットを記録メディアに記憶した後に該パケットを読出
して送信するパケット通信システムに於いて、前記記録
メディアから前記パケットを読出して送信する送信側端
末装置は、前記パケットに付加された送信側クロック値
と、該送信側端末装置のパケット送信時のクロック値と
を対応させた送信タイミングで前記パケットを送信し、
且つ該パケットの送信タイミングが所定のタイミングか
らずれている時に、該パケットの同期がとれていないこ
とを示すフラグ情報を付加して送信する手段を備えてい
ることを特徴とするパケット通信システム。 （付記６）送信側端末装置からの送信側クロック値を付
加したパケットを中継送出するパケット中継装置を介し
て受信側端末装置へ伝送するパケット通信システムに於
いて、前記パケット中継装置は、前記送信側クロック値
に同期するようにデータ出力用クロック値を補正すると
共に、所定のタイミングでパケットを送出できない時
に、該パケットの送信側クロック値の無効を示すフラグ
情報を付加して送出する構成を備えたことを特徴とする
パケット通信システム。 （付記７）送信側端末装置からの送信側クロック値を付
加したパケットを中継送出するパケット中継装置を介し
て受信側端末装置へ伝送するパケット通信システムに於
いて、前記パケット中継装置は、受信したパケットを一
定の遅延後の送信タイミングで送出し、該送信タイミン
グがずれた時に、該パケットの送信側クロック値の無効
を示すフラグ情報を付加して送出する構成を備えたこと
を特徴とするパケット通信システム。 （付記８）前記受信側端末装置は、受信したパケットの
属性情報を検出して、該属性情報に従って該パケットに
付加された送信側クロック値を基に前記データ出力用ク
ロック値の補正を行うか否かを判定する手段を備えたこ
とを特徴とする付記１乃至３の何れかに記載のパケット
通信システム。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＰＣ
（パソコン）やＷＳ（ワークステーション）等のよう
に、１ｍｓｅｃ単位程度の時刻情報の取得が可能のハー
ドウェア及びＯＳ（オペレーションシステム）で動作す
るソフトウェアによってパケットを受信するシステムに
於いて、ビデオデータ等をパケット化して伝送する場合
でも、サンプリングして形成したパケットに付加された
送信側クロック値を基に、データ出力用クロック値を補
正して、送受信間のクロック同期をとることにより、所
定のタイミングでデータを受信出力することができる。
従って、受信側端末装置の受信バッファのオーバーフロ
ーやアンダーフローを生じさせることなく、所定のタイ
ミングでデータを出力することができるから、受信デー
タの品質を維持できる利点がある。又同期フラグ情報等
の送信側クロック値の有効，無効を示すフラグ情報を用
いることにより、送信側で正常のタイミングでパケット
を送出できない時に、受信側へ通知することができるか
ら、有効なクロック補正のみが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施の形態の要部説明図である。

【図３】クロック補正の要否の説明図である。

【図４】クロック補正の要否の説明図である。

【図５】本発明の実施の形態のデータ出力用クロック値
の補正説明図である。

【図６】本発明の実施の形態のデータ出力用クロック値
の簡略化補正説明図である。

【図７】本発明の他の実施の形態の要部説明図である。

【図８】本発明の更に他の実施の形態の要部説明図であ
る。

【図９】パケット通信システムの説明図である。

【図１０】従来例のクロック同期の説明図である。

【符号の説明】

１ 受信側端末装置 ２ 送信側端末装置 ３ パケット通信網 ４ パケット受信手段 ５ クロック差分算出手段 ６ 移動平均値算出手段 ７ 信頼度判定手段 ８ データ出力クロック生成手段 ９ データ出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜野 崇 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5K030 GA12 HA08 HB02 LD18 MB08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信側端末装置からデータをパケット化
   する時の時刻情報としてサンプリングクロック信号を基
   に形成した送信側クロック値をパケットに付加して送信
   し、該パケットを受信した受信側端末装置は、前記送信
   側クロック値を基にクロック同期をとってデータを出力
   するデータ出力部を有するパケット通信システムに於い
   て、 前記受信側端末装置は、受信したパケットに付加されて
   いる前記送信側クロック値と、受信側クロック信号を基
   に形成したデータ出力用クロック値との差分を算出する
   クロック差分算出手段と、 該クロック差分算出手段からの差分値の所定の期間につ
   いての移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、 該移動平均値算出手段からの移動平均値の信頼度を判定
   する信頼度判定手段と、 該信頼度判定手段による信頼度の高い前記移動平均値を
   基に前記データ出力部に加えるデータ出力用クロック値
   を補正するデータ出力クロック生成手段とを備えたこと
   を特徴とするパケット通信システム。
2. 【請求項２】 前記信頼度判定手段は、前記移動平均値
   算出手段により移動平均値を求めた前記差分の分散を求
   めて、該分散と前記移動平均値とを比較し、前記移動平
   均値の信頼度が高いと判定した場合に前記データ出力ク
   ロック生成手段によるデータ出力用クロック値の補正を
   行わせる構成を有することを特徴とする請求項１記載の
   パケット通信システム。
3. 【請求項３】 前記データ出力クロック生成手段は、係
   数を乗算して前記データ出力部に加えるデータ出力用ク
   ロック値を出力し、且つ前記信頼度判定手段からの信頼
   度の高い時のクロック補正により前記係数を更新する手
   段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のパケ
   ット通信システム。
4. 【請求項４】 前記受信側端末装置は、前記送信側端末
   装置からのパケットに付加した送信側クロック値が有効
   か無効かを示すフラグ情報を検出する手段と、該手段に
   より検出したフラグが有効を示す時のみ、該パケットに
   付加された前記送信側クロック値を基に前記データ出力
   用クロック値の補正を行う手段とを備えたことを特徴と
   する請求項１乃至３の何れか１項記載のパケット通信シ
   ステム。
5. 【請求項５】 前記受信側端末装置は、受信したパケッ
   トの属性情報を検出して、該属性情報に従って該パケッ
   トに付加された送信側クロック値を基に前記データ出力
   用クロック値の補正を行うか否かを判定する手段を備え
   たことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の
   パケット通信システム。