JP2004153546A - クロック信号調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ネットワーク2に複数台の送受信装置4が接続されている。これら送受信装置4は、電圧制御発振器23を備えている。これら送受信装置4のうち予め定められた1台のものの送信部24が、ネットワーク2を介して他の送受信装置4にクロック信号調整用信号を送信する。他の送受信装置4に設けられた補正部36が、ネットワーク2を介して受信したクロック信号調整用信号によって、予め定められた送受信装置4のクロック信号に他の送受信装置4のクロック信号の周波数を一致させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークに接続された複数の端末装置において使用されているクロック信号を同期させるクロック信号調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ネットワークで接続された端末装置間で通信を行う場合、例えばインターネット(IP)プロトコールを使用することがある。IPプロトコールを用いたネットワークでは、パケット通信が行われる。従って、音声等のリアルタイムデータをストリーム配信する場合、送信側の端末装置から送信された各音声パケットを受信側の端末装置で一旦バッファリングしてから、音声として出力する。そのため、送信側及び受信側端末装置で使用されるクロック信号が完全に同期している必要がないが、長期間にわたって見た場合、送信側及び受信側で同じ周波数でないと、受信側の端末装置のバッファがオーバーフローしたり、アンダーフローしたりして、音切れを生じたり、遅延時間が伸張したりしていた。
【0003】
この点を解決するために、例えば1対1のストリームの場合、送信側端末装置が送信する音声パケットに周波数調整用の基準情報を含ませ、受信側の端末装置でこの基準情報を元にクロック調整を行うものを、本出願人は提案した(特願2001−182931号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の技術は、1対1のストリームにしか適用することができず、多対多のストリームや、双方向のストリームの場合に適用することができなかった。
【0005】
本発明は、多対多や双方向のネットワークにおいても、各端末装置のクロック信号の周波数を容易に一致させることができるクロック信号調整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】
本発明の一態様によるクロック信号調整装置は、ネットワークにそれぞれが接続された複数台の端末装置を前提とする。これら端末装置は、クロック信号源を備えている。これら複数台の端末装置のうち予め定められた1台に、ネットワークを介して他の端末装置にクロック信号調整用信号を送信する送信手段が設けられている。このネットワークを介しての通信プロトコールとしては種々のものを使用することができる。例えばIPプロトコールを使用することができる。他の端末装置に調整手段が設けられている。この調整手段は、ネットワークを介して受信したクロック信号調整用信号によって、前記予め定められた端末装置のクロック信号に他の端末装置のクロック信号の周波数を一致させる。
【0007】
このように構成されたクロック信号調整装置では、予め定められた1台の端末装置のクロック信号の周波数に、他の端末装置のクロック信号の周波数を一致させることができる。従って、多対多のネットワーク等において、それぞれの端末装置のクロック信号の周波数を一致させることができる。
【0008】
前記調整用信号は、間隔をあけて送信される送信間隔情報とすることができる。この場合、この送信間隔情報は、調整用信号を送信する端末装置のクロック信号に基づいて生成されている。他の端末装置は、調整用信号を受信するごとに、その受信間隔情報を取得する手段を有している。この受信間隔情報は、調整用信号を受信した端末装置のクロック信号に基づいて生成される。調整手段は、送信間隔情報と、受信間隔情報とに基づいて、前記クロック信号の周波数を補正する。例えば、受信間隔に対する、送信間隔及び受信間隔の偏差の比率に基づいて周波数を補正することができる。
【0009】
予め定められた1台の端末装置の送信手段から送信間隔情報を表す信号を他の端末装置に送信した場合、送信間隔情報は、送信間隔情報を発生する端末装置のクロック信号に基づいて生成され、受信間隔情報は、受信間隔情報を発生する端末装置のクロック信号に基づいて生成されている。従って、これら端末装置のクロック信号に周波数のずれが無ければ、送信間隔と受信間隔とは一致する。しかし、クロック信号の周波数に端末装置間で差があれば、送信間隔と受信間隔とは相違する。この送信間隔と受信間隔との差が大きければ大きいほど、クロック信号の周波数の差が大きい。従って、この差に応じて周波数を調整することによって、全てのクロック信号の周波数を一致させることができる。
【0010】
調整用信号が送信される間隔を徐々に長く設定することができる。この場合、ネットワークでの通信には、パケット通信を使用することが望ましい。調整用信号の送信間隔が短いと、パケット通信を使用している場合には、パケットの揺らぎの影響を受けて調整誤差が大きくなる。送信間隔を長くすると、クロック信号の周波数が一致するまでに時間がかかる。そこで、当初には送信間隔を短くして、大まかに合わせて、その後に徐々に送信間隔を長くして、誤差を小さくしている。
【0011】
上記のように調整用信号の送信間隔を調整開始時から徐々に長く設定する構成に加えて、他の端末装置のうち1台が起動したときに今まで発生していた調整用信号をリセットし、送信手段が調整用信号の送信を新たに開始するように構成することもできる。この場合、前記調整手段は、許容周波数範囲内においてクロック信号の周波数を調整する。この許容周波数範囲は、例えば周波数調整が行われるごとに、徐々に狭く設定される。
【0012】
複数台の端末装置のうち或る1台が起動したときに、他の端末装置が既に起動していることがある。この状態で、或る1台の端末装置のクロック信号の周波数を予め定めた1台の端末装置のクロック信号の周波数に一致させるために予め定めた1台の端末装置から調整用信号の送信が新たに開始された場合、当初には調整用信号の間隔は狭いので、既に起動されていてクロック信号の周波数が既に一致している端末装置のクロック信号までもが大きくずれる可能性がある。しかし、各調整手段は、許容周波数範囲が制限されており、その範囲は徐々に狭められているので、既に周波数が調整されている端末装置での許容周波数範囲は狭く、クロック信号の周波数が大きくずれることはない。
【0013】
各端末装置のうち少なくとも1台は、クロック信号でサンプリングしたディジタルクロック信号でサンプリングしたディジタル可聴周波数信号をネットワークを介して送信可能に構成されている。この場合、他の前記端末装置は、ネットワークを介して受信した記ディジタル可聴周波数信号をクロック信号でアナログ可聴周波数信号に変換可能に構成されている。なお、全ての端末装置がディジタル可聴周波数信号の送受信を可能に構成することもできる。
【0014】
このように構成した場合、周波数が一致させられたクロック信号によって、ディジタル化及びアナログ化が行われるので、ディジタル化及びアナログ化のタイミングのずれが少なくなる。
【0015】
調整用信号を送信する少なくとも1台の端末装置と、他の端末装置とは、ディジタル可聴周波数信号をストリーム配信によって送受信するものにすることができる。このようなストリーム配信とした場合、各クロック信号の周波数を合わせることによって、受信側の端末装置に設けられるバッファにおいてオーバーフローやアンダーフローが生じず、音切れを生じることや遅延時間が延びたりすることを防止できる。
【0016】
本発明の他の態様のクロック信号調整装置は、第1及び第2のネットワークにそれぞれが接続された複数台の第1及び第2の端末装置を有している。これら第1及び第2の端末装置は、第1及び第2のクロック信号源を備えている。これら第1及び第2の端末装置のうち予め定められた1台に第1及び第2の送信手段が設けられ、これは、第1及び第2のネットワークを介して他の第1及び第2の端末装置に第1及び第2のクロック信号調整用信号を送信する。第2のクロック信号調整用信号は、第2のクロック信号に基づいて生成されている。他の第1及び第2の端末装置に第1及び第2の調整手段が設けられている。これらは、第1及び第2のネットワークを介して受信した第1及び第2のクロック信号調整用信号によって、前記予め定められた第1及び第2の端末装置の第1及び第2のクロック信号に前記他の第1及び第2の端末装置の第1及び第2のクロック信号の周波数を一致させる。第1のネットワークの第1の端末装置のいずれかから前記予め定められた第2の端末装置に第1のクロック信号調整用信号が送信され、前記予め定められた第2の端末装置は、前記第1のクロック信号調整用信号に基づいて第2のクロック信号の周波数を第1のクロック信号の周波数に一致させる第3の調整手段を有している。
【0017】
このように構成した場合、第1のネットワークにおいて使用されたクロック信号調整用信号に基づいて、第2のネットワークの予め定められた第2の端末装置の第2のクロック信号の周波数が第1のクロック信号の周波数に調整される。この調整された第2のクロック信号に基づいて第2のクロック信号調整用信号が生成されて、他の第2の端末装置の第2のクロック信号の周波数が調整される。従って、2つのネットワークにおいて使用される第1及び第2のクロック信号の周波数が一致する。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の1実施の形態のクロック信号調整装置は、図2に示すようなネットワーク2に接続された複数台の端末装置、例えば送受信装置4に設置されている。ネットワーク2としては、LANまたはWAN等を使用することができる。
【0019】
送受信装置4は、ネットワーク2を介して多対多に可聴周波数信号、例えば音声信号を送受信可能なもので、それぞれ可聴周波数信号源、例えばマイクロホン6と、放音手段、例えばスピーカ8とを、それぞれ備えている。これら音声信号による通信にはストリーム配信技術が使用されている。
【0020】
図1に示すように、送受信装置4は、送信装置10と受信装置12とを有している。送信装置10は、マイクロホン6で集音された音声信号が増幅器14で増幅され、A/D変換器16において後述するクロック信号に基づいてディジタル化される。このディジタル化音声信号は、入力バッファ18に入力される。この入力バッファ18の出力信号は、符号化回路20によって圧縮音声符号化情報に符号化され、送信バッファ22に蓄積される。送信部24が、送信バッファ22のデータをパケットに組み立て一定の時間間隔でネットワーク2に送出する。これらパケットは、RTPプロトコールに基づいて送信されている。
【0021】
従って、各パケットには、RTPヘッダが含まれ、RTPヘッダには、送信時間情報、例えば送信タイムスタンプが含まれている。更に、シーケンス番号もRTPヘッダに含まれている。送信タイムスタンプは、タイムスタンプカウンタ23が、クロック信号源、例えば電圧制御発振器25が発生するクロック信号に基づいて生成され、パケットの先頭のデータをサンプリングした時刻を表している。シーケンス番号は、パケットの順番を示す。
【0022】
受信装置12は、ネットワーク2からパケットを受信する受信部24を有している。受信部24は、パケットを圧縮音声符号化情報に分解して、受信バッファ26に格納する。受信バッファ26の圧縮音声符号化情報は、復号化部28により復号化及び伸張され、ディジタル音声信号に変換される。このディジタル音声信号は、出力バッファ30に格納され、D/A変換器32によってアナログ音声信号に変換される。この変換にもクロック信号が使用される。アナログ音声信号は、増幅部34によって増幅され、スピーカ8から拡声される。
【0023】
A/D変換器16、D/A変換器32によって使用されるクロック信号は、電圧制御発振器25によって生成されたものである。このクロック信号は、補正部36によって補正される。補正部36には、タイムスタンプカウンタ25がパケットを受信するたびに発生する受信タイムスタンプが供給される。
【0024】
このような各送受信装置4において、クロック信号の周波数を一致させる必要が生じるのは、例えば或る送受信装置から音声信号の送信を開始する前である。この場合、各送受信装置4のうちマスターとなる送受信装置(例えば、任意の送受信装置)4が、図3(a)に示すように、時間間隔をおいて、クロック信号調整用信号として、パケットを、ブロードキャスト若しくはマルチキャストで、他の送受信装置4に送信する。このパケットには、以前にクロック信号調整用信号を送信した時刻からの経過時間Tsと、送信元(マスター送受信装置)の識別子、例えばIPアドレスとが含まれている。この経過時間は、マスター送受信装置のクロック信号に基づいて算出されている。但し、このクロック信号調整用信号を当初に送信するとき、経過時間は零である。
【0025】
マスター送受信装置以外の送受信装置(スレーブ送受信装置)は、クロック信号調整用信号を受信するごとに、タイムスタンプカウンタ23が、このタイムスタンプカウンタ23が設けられているスレーブ送受信装置のクロック信号に基づいて受信タイムスタンプを発生する。この受信タイムスタンプは、補正部36に供給され、補正部36に記憶される。そして、この受信タイムスタンプと、前回にクロック信号調整用信号を受信したときの受信タイムスタンプとの差を算出して、図3(b)に示す受信間隔Trを算出する。但し、初めてクロック信号調整用信号を受信したときには、補正部36に記憶するだけで、受信間隔Trの算出は行わない。
【0026】
補正部36は、この送信間隔Tsと受信間隔Trとを用いて、スレーブ送受信装置のクロック信号の周波数を、マスター送受信装置のクロック信号の周波数に一致させる。本来、送信間隔Tsと受信間隔Trとは一致する。しかし、ネットワーク2の揺らぎ等の影響を受けると両者には誤差が生じる。そこで、a*(Tr−Ts)/Trの演算を行い(但し、aは所定の係数)、この調整値を算出し、この調整値に基づいてスレーブ送受信装置の電圧制御発振器25の周波数を調整する。
【0027】
送信間隔Tsは、図3(a)に示すように、初期には短いが、徐々に長くなるように設定されている。送信間隔Tsが短いと、ネットワーク2での揺らぎの影響が大きいので、調整を行っても、マスター送受信装置とスレーブ送受信装置のクロック信号の周波数の誤差が大きい。また、送信間隔Tsが長いと、マスター送受信装置とスレーブ送受信装置のクロック信号の周波数の誤差は小さくなるが、調整に要する時間が長くなる。そこで、上記のように送信間隔を変化させて、当初にはクロック信号を粗く合わせて、徐々に誤差を小さくするようにしている。
【0028】
なお、今までマスター送受信装置として機能していた送受信装置が、故障等により停止したときには、別の送受信装置がマスター送受信装置となる。この場合にも、上記のようにして新たなマスター及びスレーブ送受信装置間でクロック信号の周波数の調整が行われる。
【0029】
また、既に起動されているスレーブ送受信装置(既起動スレーブ送受信装置)が存在するのに加えて、新たに起動されたスレーブ送受信装置が生じた場合、マスター送受信装置とスレーブ送受信装置との間で周波数を一致させる必要が生じる。このとき、上述したように送信間隔を当初には短く設定し、徐々に長く設定しているので、既起動スレーブ送受信装置にもクロック信号調整用信号が供給されることにより、周波数が一致している既起動スレーブ送受信装置のクロックが、マスター送受信装置のクロック信号からずれる可能性がある。
【0030】
そこで、スレーブ送受信装置では、現在の周波数から高い周波数にどれだけ、また低い周波数側にどれだけ周波数を変更することを許容するかを表した許容周波数範囲が設定されている。この許容周波数の範囲内での周波数の変更が指示された場合には、そのように周波数を調整する。しかし、この許容周波数範囲を超える周波数の変更が指示された場合には、許容周波数範囲の上限値または下限値しか周波数を変更しないように設定されている。しかも、この許容周波数範囲は、周波数の変更が行われるごとに、図4に示すように、徐々に狭められている。
【0031】
従って、マスター送受信装置のクロック信号と周波数が一致している既起動スレーブ送受信装置では、許容周波数範囲は狭くなっている。この状態で、新たに起動されたスレーブ送受信装置が発生したことにより、マスター送受信装置から、短い送信間隔でクロック調整用信号が送信されて、大きくクロック信号の周波数を調整するように指示が決定されても、この値が、既起動スレーブ送受信装置では、許容周波数範囲よりも大きいので、この許容周波数範囲の上限値または下限値を超える周波数の変更は行われず、既起動スレーブ送受信装置のクロック信号の周波数が大きく変動することはない。
【0032】
なお、新たに起動されたスレーブ送受信装置は、起動時に、マスター送受信装置に認識信号を送り、マスター送受信装置に対して、最初から(短い送信間隔から)クロック調整用信号を送信することを要求する。
【0033】
図5は、各スレーブ送受信装置がクロック信号調整用信号を受信するごとに、スレーブ受信装置が行う処理を示したフローチャートである。
【0034】
まず、クロック信号調整用信号を受信すると、マスター送受信装置が変更されたのか、或いは当該スレーブ送受信装置が起動時であるかが判断される(ステップS2)。この判断の答えがイエスであると、許容周波数範囲を初期値(最も周波数変動範囲が大きい値)に設定し(ステップS4)、この処理を終了する。
【0035】
ステップS2の判断の答えがノーである場合、上述したようにして調整値を決定する(ステップS6)。次に、この調整値が、許容周波数範囲内の値であるか判断する(ステップS8)。この答えがイエスであると、狭めるように許容周波数範囲を更新し(ステップS10)、調整値に基づいて電圧制御発振器25の周波数を調整し(ステップS12)、この処理を終了する。ステップS8の判断の答えがノーであると調整値を許容値に置き換える(ステップS14)。即ち、調整値が正であると、そのときの許容周波数範囲の上限値に、または調整値が負であると、下限値に変更する。そして、ステップS12を実行して、この処理を終了する。なお、許容周波数範囲は、予め定めた値(ごく僅かだけ周波数を変更する値)に向かって徐々に小さくなり、その後にこの予め定めた値に固定される。
【0036】
第1の実施の形態のように、ネットワーク2がLANまたはWANの場合には、マルチキャストまたはブロードキャストによって各送受信装置4のクロック信号の周波数を一致させることが可能になる。しかし、インターネットのような広域ネットワーク中の別々のLANまたはWANに接続されている送受信装置間でクロック信号の周波数を一致させるために、マルチキャストやブロードキャストを利用することが困難なことが多い。
【0037】
この場合、図6に示す第2の実施の形態のように、ユニキャストを使用して、クロック信号調整用信号を別々のLANまたはWANに転送して、各ネットワークのクロック信号の周波数を一致させる。即ち、1つのネットワーク40に存在する1台の送受信装置(マスター送受信装置4Mであっても、スレーブ送受信装置4Sであってもよい)を転送用の送受信装置に設定する。この転送用の送受信装置には、クロック信号調整用信号の転送先である別のネットワーク42に存在するマスター送受信装置4Mの識別子、例えばIPアドレス等の送信に必要な情報が設定されている。この転送用の送受信装置は、ユニキャストで、時間間隔をあけてクロック信号調整用信号を転送先のマスター送受信装置4Mに転送する。
【0038】
別のネットワーク42のマスター送受信装置は、転送元からのクロック信号調整用信号に基づいて、第1の実施の形態のスレーブ送受信装置と同様にしてクロック信号の周波数が調整される。その後に、ネットワーク42のスレーブ送受信装置4Sに対して、第1の実施の形態と同様にして、スレーブ送受信装置のクロック信号の周波数をマスター送受信装置4Mのクロック信号の周波数に一致させる。別のネットワーク42のいずれかの送受信装置から、更に別のネットワーク44のマスター送受信装置4Mに対してクロック信号調整用信号を送信することによって、同様にネットワーク40、42、44での各クロック信号の周波数を一致させることができる。
【0039】
上記の実施の形態では、端末装置として、それぞれ音声信号を送受信する送受信装置4を使用した。これは双方向での音声信号の送受信を考慮したものであるが、単方向の送受信だけを行う場合には、端末装置としては、送信装置10のみを設けたものと、受信装置12のみを設けたものを使用することもできる。また、端末装置としては、音声信号での通信だけでなく、映像信号での通信を行うものや、逆に各端末装置に被制御機器を設け、これら被制御機器を制御するための制御情報を送受信するものを使用することもできる。また、上記の実施の形態では、マスター送受信装置は、クロック信号調整用信号として送信間隔を表す情報を送信したが、これに代えて送信タイムスタンプを送信し、スレーブ送受信装置において、送信タイムスタンプの差を求めて送信間隔を求めても良い。
【0040】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、1台の端末装置のクロック信号の周波数に他の複数の端末装置のクロック信号の周波数を、容易に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のクロック信号調整装置が設けられた送受信装置のブロック図である。
【図2】図1の送受信装置を使用したネットワークのブロック図である。
【図3】図1の送受信装置におけるクロック信号調整用信号の送信間隔と受信間隔とを示す図である。
【図4】図1の送受信装置におけるクロック信号の周波数の調整状態を示す図である。
【図5】図1の送受信装置におけるクロック信号の周波数の調整処理のフローチャートである。
【図6】本発明の第2の実施の形態のクロック信号調整装置を使用した複数のネットワークを示すブロック図である。
【符号の説明】
2 ネットワーク
4 送受信装置
10 送信装置
12 受信装置
24 送信部(送信手段)
36 補正部(調整手段)
Claims (7)
- ネットワークにそれぞれが接続され、かつクロック信号源を備える複数台の端末装置のうち予め定められた1台に設けられ、前記ネットワークを介して他の前記端末装置にクロック信号調整用信号を送信する送信手段と、他の前記端末装置に設けられ、前記ネットワークを介して受信した前記クロック信号調整用信号によって、前記予め定められた端末装置のクロック信号に前記他の端末装置のクロック信号の周波数を一致させる調整手段とを、
具備するクロック信号調整装置。 - 請求項1記載のクロック信号調整装置において、前記調整用信号は、間隔をあけて送信され、かつ調整用信号を送信する端末装置のクロック信号に基づいて生成された送信間隔情報を表す信号であって、
他の前記端末装置は、前記調整用信号を受信するごとに、その受信間隔情報を前記他の端末装置のクロック信号に基づいて取得する手段を、
有し、前記調整手段は、前記送信間隔情報と、前記受信間隔情報との差に基づいて、前記クロック信号の周波数を補正するクロック信号調整装置。 - 請求項2記載のクロック信号調整装置において、前記調整用信号が送信される間隔が調整開始時から徐々に長く設定されているクロック信号調整装置。
- 請求項3記載のクロック信号調整装置において、前記他の端末装置のうち1台が起動したときに、前記送信手段が前記調整用信号を送信し、前記調整手段は、許容周波数範囲内において前記クロック信号の周波数を調整し、前記許容周波数範囲が徐々に狭く設定されているクロック信号調整装置。
- 請求項1記載のクロック信号調整装置において、前記各端末装置のうち少なくとも1台は、前記クロック信号でサンプリングしたディジタルクロック信号でサンプリングした送信ディジタル可聴周波数信号を前記ネットワークを介して送信可能に構成され、他の前記端末装置は、前記ネットワークを介して受信した前記ディジタル可聴周波数信号を前記クロック信号でアナログ可聴周波数信号に変換可能に構成されている放送装置。
- 請求項5記載の放送装置において、前記少なくとも1台の端末装置と、前記他の端末装置とは、前記ディジタル可聴周波数信号をストリーム配信によって送受信するクロック信号調整装置。
- 第1のネットワークにそれぞれが接続され、かつクロック信号源を備える複数台の第1の端末装置のうち予め定められた1台に設けられ、前記第1のネットワークを介して他の第1の端末装置に第1のクロック信号調整用信号を送信する第1の送信手段と、
他の第1の端末装置に設けられ、第1のネットワークを介して受信した第1のクロック信号調整用信号によって、前記予め定められた第1の端末装置の第1のクロック信号に前記他の第1の端末装置の第1のクロック信号の周波数を一致させる第1調整手段と、
第2のネットワークにそれぞれが接続され、かつ第2のクロック信号源を備える複数台の端末装置のうち予め定められた1台に設けられ、前記第2のネットワークを介して他の第2の端末装置に前記第2のクロック信号に基づいて生成した第2のクロック信号調整用信号を送信する第2の送信手段と、
他の第2の端末装置に設けられ、第2のネットワークを介して受信した前記第2のクロック信号調整用信号によって、前記予め定められた第2の端末装置の第2のクロック信号に他の第2の端末装置のクロック信号の周波数を一致させる第2調整手段とを、
具備し、第1のネットワークの第1の端末装置のいずれかから前記予め定められた第2の端末装置に第1のクロック信号調整用信号が送信され、前記予め定められた第2の端末装置は、前記第1のクロック信号調整用信号に基づいて第2のクロック信号の周波数を第1のクロック信号の周波数に一致させる第3の調整手段を有するクロック信号調整装置。
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