JP2005057504A

JP2005057504A - データ通信装置及びデータ通信方法

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Publication number: JP2005057504A
Application number: JP2003286357A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Noguchi; 好博野口; Genzo Takagi; 元三高木; Motoyasu Ono; 元康大野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-03
Also published as: US20050041644A1; US7336652B2

Abstract

【課題】ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う音声通信システムにおいて、音声以外のデータを音声パケットに格納してデータ通信を行うにあたり、ジッタバッファでのオーバーフロー及びアンダーフローを確実に回避してデータの忠実な再生を可能にする。
【解決手段】受信した音声パケットから得られたデータを一時的に蓄積するジッタバッファ３５の蓄積データ量の大小に応じて、このジッタバッファ３５の出力処理、並びにこのジッタバッファ３５から順次出力されるデータを処理するコーデック部３１及びモデム部２３のデータ処理の動作タイミングを調整するものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う音声通信システムにおいて、音声以外のデータを音声パケットに格納して通信を行うデータ通信装置及びデータ通信方法に関するものである。

近年、ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う、いわゆるＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）通信システムが急速に普及しつつあるが、従来のＰＳＴＮを対象とした電話機をＶｏＩＰ通信システムでも継続して利用することができるようにしたＩＰ電話アダプタ装置が知られており、このようなＩＰ電話アダプタ装置を用いることでＰＳＴＮ用のファクシミリ装置などのデータ通信装置でもＶｏＩＰ通信システムを利用することが可能になる。

一方、ＶｏＩＰ通信システムでは、ＩＰ網内の遅延に伴うパケット到着間隔の揺らぎを吸収するためにジッタバッファを受信部に設けると共に、音声再生のリアルタイム性を確保するために再送処理を行わない構成となっており、ジッタバッファでオーバーフローが生じるとデータが破棄され、またアンダーフローが生じると直前のデータに基づいてデータを補間する処理が行われる（特許文献１参照。）。
特開平１１−８８５３３号公報

しかるに、このようなオーバーフロー及びアンダーフローの際の破棄及び補間の処理は、本来の電話の用途では通信品質を確保する上で有効であるものの、ファクシミリ通信のようなデータ通信では、データの忠実な再生を阻害して通信品質を逆に低下させる要因になるため、避けることが望ましい。

しかしながら、ＩＰ網内の遅延に伴うパケット到着間隔の揺らぎは非累積的な変動であるため、ある程度のバッファ容量で吸収することが可能であるが、バッファ蓄積量の変化が累積的であると、ジッタバッファのみでは十分に対応することができない。

すなわち、クロック発生器の個体差により送信側装置と受信側装置との間でクロック周波数に僅かな違いがあり、これにより送信側装置と受信側装置とで処理タイミングにずれが生じ、例えば送信側装置の処理タイミングが受信側装置より早いと、受信側装置のジッタバッファにデータが徐々に溜まっていき、ついにはオーバーフローを起こす。これとは逆に送信側装置の処理タイミングが受信側装置より遅いと、受信側装置のジッタバッファのデータが徐々に少なくなっていき、ついにはアンダーフローを起こす。このような処理タイミングのずれに起因するオーバーフロー及びアンダーフローは、バッファ容量で対応するには限界があり、また大幅な容量増大は製造コストの上昇を招くことから望ましくない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、ジッタバッファでのオーバーフロー及びアンダーフローを確実に回避してデータの忠実な再生を可能にするように構成されたデータ通信装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う音声通信システムにおいて、音声以外のデータを音声パケットに格納して通信を行うデータ通信装置であって、受信した音声パケットから得られたデータを一時的に蓄積する蓄積手段と、これから順次出力されるデータに対して所要の処理を行うデータ処理手段と、前記蓄積手段の蓄積データ量の大小に応じて、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを調整する制御手段とを有するものとした。

これによると、蓄積手段がオーバーフロー及びアンダーフローを起こすおそれのある危険な状態から速やかに脱して安全な状態に戻すことができる。このため、蓄積手段でのオーバーフロー及びアンダーフローを確実に防止して、音声フレームの破棄及び補間を避けることができ、これによりデータを忠実に再生することが可能になる。

この場合、可逆圧縮の音声符号化方式、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７１１を採用することが望ましい。

前記データ通信装置においては、請求項２に示すとおり、前記データ処理手段は、受信した音声パケットのデータを復号化するコーデック部と、このコーデック部と相互にデジタル接続されてこのコーデック部から出力されるＰＣＭデータの復調を行うモデム部とを有し、これらコーデック部及びモデム部は、互いの動作を同期させる基準クロックにより動作タイミングが調整される構成をとることができる。これによると、比較的簡易な構成で的確に動作タイミングを調整することができる。

前記データ通信装置においては、請求項３に示すとおり、前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の上限値を越えるバッファフル状態を検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段によりバッファフル状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを早める構成をとることができる。これによると、パケット到着間隔より短い間隔でパケット処理を行うことで、蓄積手段の蓄積データ量を削減することができ、これにより蓄積手段でのオーバーフローを回避することができる。

さらに前記データ通信装置においては、請求項４に示すとおり、前記蓄積手段では、前記バッファフル状態の検出基準となる上限値が、網内の遅延によるパケット到着間隔の変動を吸収する固定遅延領域の上限に設定され、その上に、網内の輻輳により音声パケットが短い間隔で集中的に到着する状態に対応する輻輳対応領域が確保された構成をとることができる。これによると、網内の輻輳によりルータなどで停滞したパケットが一度に到着した場合でも、蓄積手段でのオーバーフローを避けることができる。この場合、輻輳対応領域は、オーバーフローを確実に回避する上で、大きな容量を確保することが望ましい。

また前記データ通信装置においては、請求項５に示すとおり、前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の下限値を下回るバッファエンプティ状態を検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段によりバッファエンプティ状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを遅らせる構成をとることができる。これによると、蓄積手段の蓄積データ量を増大させることができ、これにより蓄積手段でのアンダーフローを避けることができる。

この場合、動作タイミングの調整は、バッファエンプティ状態が解消されるまで処理を行わないものとすれば良いが、この他に、バッファエンプティ状態で処理を行うもののその処理レートを低くしてパケット到着間隔より長い間隔でパケット処理を行う構成とすることも可能である。

さらに前記データ通信装置においては、請求項６に示すとおり、前記音声パケットに格納されるデータが、ファクシミリ通信手順にしたがって生成するファクシミリデータである構成をとることができる。

また、本発明においては、請求項７に示すとおり、ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う音声通信システムにおいて、音声以外のデータを音声パケットに格納して通信を行うデータ通信方法であって、受信した音声パケットから得られたデータを一時的に蓄積する蓄積手段の蓄積データ量の大小に応じて、この蓄積手段の出力処理、並びにこの蓄積手段から順次出力されるデータを処理するデータ処理手段のデータ処理の動作タイミングを調整するものとした。

これによると、蓄積手段でのオーバーフロー及びアンダーフローを確実に防止して、音声フレームの破棄及び補間を避けることができ、これによりデータを忠実に再生することが可能になる。

前記データ通信方法においては、請求項８に示すとおり、前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の上限値を越えるバッファフル状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを早め、前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の下限値を下回るバッファエンプティ状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを遅らせる構成とすることができる。

このように本発明によれば、蓄積手段の蓄積データ量の大小に応じて、蓄積手段の出力処理並びにデータ処理手段のデータ処理の動作タイミングを調整するため、蓄積手段がオーバーフロー及びアンダーフローを起こすおそれのある危険な状態から速やかに脱して安全な状態に戻すことができるので、蓄積手段でのオーバーフロー及びアンダーフローを確実に防止して、音声フレームの破棄及び補間を避けることができ、これによりデータを忠実に再生することが可能になるため、ファクシミリ通信などのデータ通信の品質を向上させる上で大きな効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明によるデータ通信装置の一例であるＩＰ電話アダプタ内蔵型のファクシミリ装置を示すブロック図である。このファクシミリ装置１は、ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行うＶｏＩＰ通信システムにおいて、ファクシミリデータを音声パケットに格納して、相手装置、すなわち本ファクシミリ装置１と同一構成のファクシミリ装置２、または従来構成のファクシミリ装置３が接続されたＩＰ電話アダプタ装置（ＶｏＩＰＴＡ）４との間でみなし音声通信を行うものであり、送受信部１１と、ＶｏＩＰ処理部１２と、ファクシミリ処理部１３と、制御部１４とを有している。

このファクシミリ装置１の送信時には、ファクシミリ処理部１３の読取部２１での送信原稿の読み取りにより生成した画像データがＣＰＵ２２を介してモデム部２３に入力され、このモデム部２３では、Ｇ３ファクシミリ通信手順にしたがったファクシミリデータがＰＣＭ音声データに変換される。このＰＣＭ音声データは、ＶｏＩＰ処理部１２のコーデック部３１のエンコーダ３２でＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７１１に規定の音声符号化方式により符号化された後、ＲＴＰ処理部３３にてＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）の手順にしたがって音声パケットに組み立てられ、送受信部１１を介してＩＰ網に送出される。

他方、受信時には、ファクシミリデータが格納された音声パケットを送受信部１１がＩＰ網から受け取ると、ＶｏＩＰ処理部１２のＲＴＰ処理部３３にて、ＲＴＰの手順にしたがってパケットの分解が行われ、またデータを解析してパケットの入れ替わりが判定される。ＲＴＰ処理部３３から出力される音声フレームは、ジッタバッファ処理部３４のジッタバッファ（蓄積手段）３５に一時的に蓄積された後、コーデック部３１に順次出力され、コーデック部３１では、音声補間部３６での音声フレームの補間、及びデコーダ３７での復号の処理がそれぞれ行われ、ＰＣＭ音声データが出力される。このＰＣＭ音声データは、ファクシミリ処理部１３に送られてモデム部２３で復調され、これにより取得された画像データが記録部２４にて記録媒体（紙など）に記録される。

コーデック部３１は、内部のクロック発生部４２が発する基準クロックで動作し、ジッタバッファ３５からの音声フレームの出力処理も、クロック発生部４２の基準クロックに同期して行われる。また、コーデック部３１とモデム部２３とは相互にデジタル接続され、コーデック部３１内のクロック発生部４２の基準クロックに同期してモデム部２３が変復調の処理を行う。クロック発生部４２は、制御部（制御手段）１４からの指示信号に応じてクロック信号の発振タイミングを調整可能となっており、これによりジッタバッファ３５の出力処理並びにコーデック部３１及びモデム部２３（データ処理手段）のデータ処理の動作タイミングを調整することができる。

制御部１４による動作タイミングの調整は、ジッタバッファ３５に蓄積されたデータ量の大小に応じて行われる。すなわち、ジッタバッファ処理部３４は、ジッタバッファ３５の蓄積データ量が所定の上限値を越えるバッファフル状態と、所定の下限値を下回るバッファエンプティ状態とを検出する比較器（検出手段）４１を有し、この比較器４１によりバッファフル状態が検出されると、ジッタバッファ３５の出力処理並びにコーデック３１及びモデム２３のデータ処理の動作タイミングを早め、他方、比較器４１によりバッファフル状態が検出されると、ジッタバッファ３５の出力処理並びにコーデック３１及びモデム２３のデータ処理の動作タイミングを遅らせる。

図２は、図１に示したジッタバッファの概念図である。図２（Ａ）はバッファフル状態を示し、図２（Ｂ）はバッファエンプティ状態を示している。ジッタバッファ３５では、蓄積された最下の音声フレームが順次出力され、これに伴って音声フレームが上から下に逐次移動し、入力された音声フレームは蓄積データの最上に格納される。このジッタバッファ３５には、ＩＰ網内の遅延によるパケット到着間隔の揺らぎ、ＲＴＰ処理部３３でのパケットの入れ替えなどの処理による遅延を吸収する所定容量（例えば２００msec分）の固定遅延領域が確保され、データが固定遅延領域の上限に達したところでコーデック部３１へのデータの受け渡しが開始される。

またジッタバッファ処理部３４では、比較器４１によるバッファフル状態の検出基準となる上限値（第１の閾値）が、固定遅延領域の上限に設定され、その上には、網内の輻輳によりルータなどで停滞したパケットが異常に短い間隔で集中的に到着する状態に対応する所定容量（例えば２００msec分）の輻輳対応領域が確保されている。比較器４１によるバッファエンプティ状態検出の基準となる下限値（第２の閾値）は、固定遅延領域内の所定値（例えば１００msec分）に設定されている。

図３は、図１に示したファクシミリ装置でのデータ処理のタイミング図である。ＩＰ網を介したパケット転送は、ＶｏＩＰ通信システムで標準の所定の転送レートで行われ、ジッタバッファ３５の蓄積データ量が上限値と下限値との間にある適正状態では、図３（Ａ）に示すように、ＶｏＩＰ処理部１２及びモデム部２３において所定の時間間隔Ｔ（例えば１０msec）で処理が行われる。

これに対して、ジッタバッファ３５の蓄積データ量が上限値を越えるバッファフル状態となると、ジッタバッファ３５の出力処理並びにコーデック３１及びモデム２３のデータ処理の動作タイミングを早め、図３（Ｂ）に示すように所定の時間間隔Ｔ’（例えば５msec）で処理が行われる。これにより、パケット到着間隔より短い間隔でパケット処理が行われ、ジッタバッファ３５の蓄積データ量を速やかに削減して適正状態に戻すことができ、ジッタバッファ３５でオーバーフローが発生することを避けることができる。

他方、ジッタバッファ３５の蓄積データ量が下限値を下回るバッファエンプティ状態となると、ジッタバッファ３５の出力処理並びにコーデック３１及びモデム２３のデータ処理の動作タイミングを遅らせる。ここでは、図３（Ｃ）に示すように、バッファエンプティ状態が解消されるまで、ジッタバッファ３５の出力処理並びにコーデック３１及びモデム２３のデータ処理が一時的に中止される。これにより、ジッタバッファ３５の蓄積データ量を速やかに増大させて適正状態に戻すことができ、ジッタバッファ３５でアンダーフローが発生することを避けることができる。

なお、本実施形態においては、データ通信装置（ファクシミリ装置）が、送受信部１１、制御部１４、ＲＴＰ処理部３３、ジッタバッファ処理部３４、並びにコーデック部３１で構成されるＩＰ電話アダプタ装置を内蔵した例を示したが、前記各部を備えたＩＰ電話アダプタ装置をデータ通信装置と別体のものとして、データ通信装置にデジタル接続させる構成も可能である。また、コーデック部３１とモデム部２３との間のデータの授受は、ディジタル（ＰＣＭ）変調波信号により行う他、シリアル転送により行う構成も可能である。

本発明にかかるデータ通信装置及びデータ通信方法は、蓄積手段でのオーバーフロー及びアンダーフローを確実に防止してデータを忠実に再生することが可能になるという利点を有し、ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う、いわゆるＶｏＩＰ通信システムにおいて音声以外のデータを音声パケットに格納して通信を行う場合などに有用である。

本発明によるデータ通信装置の一例であるＩＰ電話アダプタ内蔵型ファクシミリ装置を示すブロック図図１に示したジッタバッファの概念図図１に示したファクシミリ装置でのデータ処理のタイミング図

符号の説明

１本発明によるファクシミリ装置
２本発明によるファクシミリ装置
３従来のファクシミリ装置
４ＩＰ電話アダプタ装置
１２ＶｏＩＰ処理部
１３ファクシミリ処理部
１４制御部（制御手段）
２３モデム部（データ処理手段）
３１コーデック部（データ処理手段）
３４ジッタバッファ処理部
３５ジッタバッファ（蓄積手段）
３６音声補間部
４１比較器（検出手段）
４２クロック発生部

Claims

ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う音声通信システムにおいて、音声以外のデータを音声パケットに格納して通信を行うデータ通信装置であって、
受信した音声パケットから得られたデータを一時的に蓄積する蓄積手段と、これから順次出力されるデータに対して所要の処理を行うデータ処理手段と、前記蓄積手段の蓄積データ量の大小に応じて、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを調整する制御手段とを有することを特徴とするデータ通信装置。
前記データ処理手段は、受信した音声パケットのデータを復号化するコーデック部と、このコーデック部と相互にデジタル接続されてこのコーデック部から出力されるＰＣＭデータの復調を行うモデム部とを有し、これらコーデック部及びモデム部は、互いの動作を同期させる基準クロックにより動作タイミングが調整されることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の上限値を越えるバッファフル状態を検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段によりバッファフル状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを早めることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
前記蓄積手段では、前記バッファフル状態の検出基準となる上限値が、網内の遅延によるパケット到着間隔の変動を吸収する固定遅延領域の上限に設定され、その上に、網内の輻輳により音声パケットが短い間隔で集中的に到着する状態に対応する輻輳対応領域が確保されたことを特徴とする請求項３に記載のデータ通信装置。
前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の下限値を下回るバッファエンプティ状態を検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段によりバッファエンプティ状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを遅らせることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
前記音声パケットに格納されるデータが、ファクシミリ通信手順にしたがって生成するファクシミリデータであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のデータ通信装置。
ＩＰ網を介して音声パケットを送受して通話を行う音声通信システムにおいて、音声以外のデータを音声パケットに格納して通信を行うデータ通信方法であって、
受信した音声パケットから得られたデータを一時的に蓄積する蓄積手段の蓄積データ量の大小に応じて、この蓄積手段の出力処理、並びにこの蓄積手段から順次出力されるデータを処理するデータ処理手段のデータ処理の動作タイミングを調整することを特徴とするデータ通信方法。
前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の上限値を越えるバッファフル状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを早め、前記蓄積手段の蓄積データ量が所定の下限値を下回るバッファエンプティ状態が検出されると、前記蓄積手段の出力処理並びに前記データ処理手段のデータ処理の動作タイミングを遅らせることを特徴とする請求項７に記載のデータ通信方法。