JP2005184201A - Ｉｐ電話端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザーの満足する通話品質を保ちつつ、音声通信に必要なデータ量を従来よりも小さくすることで、回線使用効率を高める。
【解決手段】 ＩＰ電話端末１００Ａは、相手側へ統計情報収集パケットを送出するとともに、相手側から送られてくる統計情報収集パケットによって収集された統計情報を記録・蓄積する統計情報収集回路１１２と、統計情報収集回路１１２によって記録・蓄積された統計情報をもとに現在の通話品質を計算し、さらに現在の通話品質から未来の通話品質を推定する品質推定回路１１３と、品質推定回路１１３で推定された未来の通話品質に従って音声パケットの符号化方式や多重度を相手側にメッセージなどで通知すると共に、相手側から送られてくる統計情報に基づいて音声パケットの符号化方式や多重度を決定し、パケット化回路１０３やパケット多重化回路１０４に対して符号化方式や多重度を指示するモード変更回路１１４を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はＩＰ電話端末に関し、より詳細には、ユーザーの満足する通話品質を保ちつつ、回線使用効率を高めることが可能なＩＰ電話端末に関する。

近年、インターネット、特にブロードバンドの急速な普及にともなって、ＩＰ電話が急速に普及してきている。ＩＰ電話は、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）技術を用いたＩＰネットワーク上における音声通信サービスである。ＩＰ電話を利用すれば、長時間の通話や遠距離通話であっても通話コストを一定にすることができ、通話コストを大幅に削減することが可能となる。

このようなＩＰ電話は、通常の電話に比べて音質が悪く、会話中に途切れたり、遅延が生じたりするなどの欠点があるが、通信回線の大容量・高品質化や音声圧縮技術の進歩などにより、こうした欠点は目立たなくなりつつある。

しかし、トラフィックの渋滞によるパケットの消失、音声遅延などの問題は十分に解消されていない。パケットの到達は１００％保証されていないため、トラフィックの状況によってはユーザーに届く音声の品質が著しく悪化する可能性を有している。そのため、インターネット上のトラフィックに関する知識を持たないユーザーは、機器自体が故障または品質の悪い製品であるといった間違った判断をする可能性があり、最悪の場合、そのような状況に不快感を覚え、商品を返品するという事態も想定される。

そこで、通話状況を監視する手段を備えた他のＩＰ電話端末も知られている（特許文献１参照）。このＩＰ電話端末は、受信パケットの遅延、ジッター、データロス率の少なくとも一つを測定する測定手段と、この測定手段による測定結果から通信パケットのエラー率を監視する集計処理部と、集計処理部からの出力をもとにユーザーに対して報知するＬＣＤモニターを備えている。ＬＣＤモニターにはＩＰ電話を使用しているときのパケットの状況が表示されるので、ユーザーは通話状況を一目で確認することができる。

また、エンド・トゥ・エンドの品質測定が可能となるよう音声品質を測定する測定手段を備えたＩＰ電話端末も知られている（特許文献２参照）。このＩＰ電話端末によれば、計測専用の機器を要せず安価に品質測定管理ネットワークを構築することが可能であり、すべての端末間のネットワーク音声品質監視システムを安価に構築することができる。
特開２００２−２３２４７５号公報 特開２００３−２４４２３５号公報

上述したように、トラフィックの渋滞によるパケットの消失、音声遅延などによりＩＰ電話の通話品質は低下し、ＩＰ電話の普及によりネットワーク上を流れる音声パケットが増加すれば、その影響はいっそう大きなものとなる。特に、比較的狭帯域である無線ネットワークを利用した無線ＩＰ電話においては、そのような問題が顕著である。そのため、通話品質を維持しつつ、ネットワークリソースを有効活用することが望まれている。

したがって、本発明の目的は、通話品質を維持しつつ、ネットワークリソースの有効活用により効率的な通話を実現することが可能なＶｏＩＰ電話端末を提供することにある。

本発明の前記目的は、ネットワーク経由で音声通話を行うためのＩＰ電話端末であって、音声信号を入力する音声入力手段と、前記音声信号を所定の符号化方式で符号化して音声パケットを生成するパケット化手段と、前記音声パケットを所定の多重度で多重化するパケット多重化手段と、多重化された前記音声パケットを前記ネットワーク上に送信する送信手段と、前記ネットワーク上の音声パケットを受信する受信手段と、前記音声パケットが多重化されている場合に当該音声パケットを分離するパケット分離手段と、分離された各音声パケットを前記符号化方式に対応する復号化方式で復号化して音声信号を再生するデパケット化手段と、前記音声信号を出力する音声出力手段と、通話品質を監視する通話品質監視手段と、前記通話品質に応じて前記符号化方式もしくは前記音声パケットの多重度またはこれら両方を変更するモード変更手段を有することを特徴とするＩＰ電話端末によって達成される。

本発明によれば、ＶｏＩＰサービスにおいて通話品質をリアルタイムに監視し、通話品質に応じて音声パケットの多重度および符号化／復号化方式（コーデック）を変更するので、通話品質を維持しつつ、ネットワークリソースの有効活用により効率的な通話を実現することが可能となる。

本発明の好ましい実施形態においては、マイクおよびアナログ音源回路が前記音声入力手段に、パケット化回路が前記パケット化手段に、パケット多重化回路が前記パケット多重化手段に、パケット送信回路が前記送信手段に、パケット受信回路が前記受信手段に、パケット分離回路が前記パケット分離手段に、揺らぎ吸収バッファおよびデパケット化回路が前記デパケット化手段に、アナログ音源回路およびスピーカーが前記音声出力手段に、統計情報収集回路および品質推定回路が前記通話品質監視手段に、モード変更回路が前記モード変更手段にそれぞれ対応している。

本発明の好ましい実施形態において、前記モード変更手段は、前記通話品質が高ければ高いほど前記音声パケットの多重度を大きく設定する。

本発明の好ましい実施形態において、前記モード変更手段は、前記通話品質が高ければ高いほどデータ圧縮率の高い符号化方式を採用する。

本発明の好ましい実施形態において、前記通話品質監視手段は、統計情報収集パケットから通話品質の指標であるＲ値を算出する。

本発明によれば、統計情報収集パケットから通話品質の基準であるＲ値を導き出すことによって、専用の測定器がなくてもソフトウェア的、統計的に通信品質を表すことができる。

以上説明したように、本発明によれば、多重化によって単一パケットに複数期間の音声データをまとめて送信するので、パケットのヘッダ部分の送出回数を少なくすることができる。したがって、通信回線の利用帯域を小さくすることができ、ネットワークリソースを効率よく使用することができる。特に、無線ネットワークのような狭帯域ネットワークに対して顕著な効果が得られ、ネットワーク帯域を一定とした場合には回線収容数を高めることができる。

また本発明によれば、コネクション確立後にも適宜コーデックを変更するので、音声データのペイロード部の送出バイト数を少なくすることができる。したがって、通信回線の利用帯域を小さくすることができ、ネットワーク帯域を一定とした場合には回線収容数を高めることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態にかかるＩＰ電話端末の構成を概略的に示すブロック図である。

図１に示されるように、ＩＰ電話端末１００Ａおよび１００Ｂはネットワーク１３０を介して接続されている。ＩＰ電話端末１００Ａおよび１００Ｂはともに同一の構成を有しているので、図１にはＩＰ電話端末１００Ａの詳細な構成のみが示されている。

ＩＰ電話端末１００Ａは、音声入力用のマイク１０１と、音声信号を変調するアナログ音源回路１０２と、変調されたアナログ音声信号をデジタル変換しさらに所定の符号化方式に従って圧縮・符号化して、音声データをパケット化するパケット化回路１０３と、音声パケットをさらに所定の多重度で多重化するパケット多重化回路１０４と、多重化された音声パケットおよび後述する統計情報収集パケットをネットワーク１３０上へ送信するパケット送信回路１０５を備えている。パケット化回路１０３は、それぞれ、複数の符号化方式の中から任意の符号化方式を選択することができるように構成されている。符号化方式としては、たとえば、Ｇ７１１、Ｇ７２９などを採用することができる。

マイク１０１に入力された音声信号は、アナログ音源回路１０２で変調され、パケット化回路１０３で所定の符号化方式により圧縮・符号化され、これにより音声パケットが生成される。音声パケットは必要に応じてパケット多重化回路１０４で多重化され、パケット送信回路１０５を介してネットワーク１３０上に送出される。

ＩＰ電話端末１００Ａはまた、ネットワーク１３０から音声パケットおよび後述する統計情報収集パケットを受信するパケット受信回路１０６と、パケット受信回路１０６によって受信された多重化された音声パケットを単一の音声パケットに分離するパケット分離回路１０７と、ネットワーク１３０上で発生したパケット遅延揺らぎを吸収しパケット順序逆転を音声発生順に並び替える揺らぎ吸収バッファ１０８と、音声パケットを前述した符号化方式に対応する復号化方式に従って伸張・復号化しさらにアナログ変換して、音声パケットをデパケット化するデパケット化回路１０９と、アナログ音声信号を復調するアナログ音源回路１１０と、音声出力用のスピーカー１１１を備えている。デパケット化回路１０９は、Ｇ７１１やＧ７２９など、前述した複数の符号化方式に対応する復号化方式を選択することができるように構成されている。

ＩＰ電話端末１００Ａを宛先とする音声パケットはパケット受信回路１０６で受信される。受信された音声パケットが多重化されている場合には、パケット分離回路１０７によって単一の音声パケットに分離される。さらに、揺らぎ吸収バッファ１０８によってパケットの揺らぎが吸収され、音声パケットの到達順序が逆転している場合には音声発生順に並び替えられる。そして、音声パケットはデパケット化回路１０９によって所定の復号化方式に従って伸張・復号化され、これにより音声データが再生される。音声データはアナログ音源回路１１０で復調されて、スピーカー１１１から音声が出力される。

本実施形態にかかるＩＰ電話端末１００Ａはさらに、統計情報収集回路１１２と、品質推定回路１１３と、モード変更回路１１４を備えている。統計情報収集回路１１２は、相手側（ここではＩＰ電話端末Ｂ）へ統計情報収集パケットを送出するとともに、相手側から送られてくる統計情報収集パケットによって収集された統計情報を記録・蓄積する。品質推定回路１１３は、統計情報収集回路１１２によって記録・蓄積された統計情報をもとに現在の通話品質を計算し、さらに現在の通話品質から未来の通話品質を推定する。モード変更回路１１４は、品質推定回路１１３で推定された未来の通話品質に従って音声パケットの符号化方式や多重度を音声パケット化回路１０３やパケット多重化回路１０４に対してそれぞれ指示する。

通話品質の指標としては、たとえばＲ値を採用することができる。Ｒ値は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．１０７によって定められている通話品質の指標であって、パケットロス率、片側遅延、周回遅延などによって定義されるものである。詳細には、
Ｒ＝Ｒｏ−Ｉｓ−Ｉｄ−Ｉｅ，ｅｆｆ＋Ａ
として定義される。ここで、Ｒｏは回線雑音、送受話室内騒音、加入者線雑音による主観品質劣化であり、ＩｓはＯＬＲ（ラウドネス）、側音、量子化歪による主観品質劣化であり、Ｉｄは送話者エコー、受話者エコー、絶対遅延による主観品質劣化であり、Ｉｅ，ｅｆｆは、低ビットレート符号化、パケット／セル損失などによる主観品質劣化であり、Ａは移動体通信が利用者に与える利便性を補完する式である。

統計情報収集パケットは、音声パケットとは別に、パケット送信回路１０５からネットワーク１３０上に定期的に送信される。統計情報収集パケットはネットワーク１３０を経由してＩＰ電話端末１００Ｂ側で受信される。ＩＰ電話端末１００Ｂは、統計情報収集パケットから通話品質に関する統計情報を収集・蓄積する。また、ＩＰ電話端末１００Ａは、ＩＰ電話端末１００Ｂから送信された統計情報収集パケットから現在のＲ値を算出し、さらに現在のＲ値が適切でない場合には、符号化方式またはパケットの多重度の変更を行った場合に得られるであろうＲ値を推定する。そして、この推定Ｒ値に基づいて最適な符号化方式および多重度が決定される。

次に、図２を参照しながら、ＩＰ電話端末１００Ａおよび１００Ｂの動作について説明する。

図２は、ＩＰ電話端末１００Ａ、１００Ｂ間の通信手順を示すシーケンス図である。

図２に示されるように、まずＩＰ電話端末１００Ａは、所定の符号化方式で符号化され、かつ所定の多重度で多重化された音声パケットを生成し、ＩＰ電話端末１００Ｂへ送信する。コネクション確立後の最初の音声パケットの送信では、トラフィックの状況が分からないため、できるだけ高品質な符号化方式を採用し、かつ多重化することなくパケットを送信することが好ましい。たとえば、本実施形態においては、Ｇ７１１で符号化された音声パケットが１パケットずつ送信される。すなわち、音声信号は２０ｍｓ単位でパケット化され、これにＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッダ、ＲＴＰヘッダなどの所定のヘッダが付加されて、２０ｍｓ間隔でネットワーク１３０上に順次送出される（Ｓ２０１〜Ｓ２０３）。この音声パケットはＩＰ電話端末１００Ｂ側で受信される。

ＩＰ電話端末１００Ａは、音声パケットの送信中にＳＲ（Sender Report）と呼ばれる統計情報収集パケットをＩＰ電話端末１００Ｂへ定期的に送信する（Ｓ２０４）。ＳＲは、インターバル期間内に音声パケット等を送信した場合に発行されるパケットであり、送信者情報と報告ブロックから構成される。送信者情報には送信パケット数、送信バイト数などの送信側のパケット送信情報が格納されており、報告ブロックには累計パケット廃棄数などのパケット受信情報が格納されている。

一方、ＩＰ電話端末１００Ｂは、音声パケットの受信中にＲＲ（Receiver Report）と呼ばれる統計情報収集パケットを送信する（Ｓ２０５）。ＲＲは、インターバル期間内に音声パケット等を送信していない場合に発行されるパケットであり、報告ブロックのみから構成される。報告ブロックの内容はＳＲのものと同様である。

ＩＰ電話端末１００Ａは、ＩＰ電話端末１００Ｂから送信されたＲＲに基づいて現在のＲ値を計算する。そして、現在のＲ値から符号化方式およびパケットの多重度をそれぞれ変更した場合に得られるであろうＲ値を推定し、最適なＲ値となるように符号化方式および音声パケットの多重度を変更する（Ｓ２０６）。たとえば、本実施形態において、符号化方式はＧ７１１がそのまま採用され、音声パケットの多重度は“３”に変更される。

その後、ＩＰ電話端末１００Ａは、Ｇ７１１で符号化され、多重度“３”で多重化された音声パケットを送信する。音声信号は２０ｍｓ毎にパケット化された後、３つの音声パケットが一つにまとめられ、当該パケットにヘッダが付加されてネットワーク１３０上に順次送出される（Ｓ２０７、Ｓ２０９、Ｓ２１０）。換言すれば、６０ｍｓの長さを有する音声パケットにヘッダが付加されてネットワーク１３０上に順次送出される。よって図２に示されるように、音声パケットは６０ｍｓ毎に送出されることになる。

宛先のＩＰ電話端末１００Ｂでは、その多重化された音声パケットが受信される。ＩＰ電話端末１００Ｂは、最初に受信した音声パケットから変更後の符号化方式および多重度を判定し、音声パケットの符号化・復号化方式およびパケットの分離度を変更する（Ｓ２０７）。ここでは音声パケットの分離度が“３”に変更され、その後、受信パケットは順次分離され、復号化される。

表１は、音声パケットの圧縮比および多重比を示す表である。ここでは、符号化方式としてＧ７１１とＧ７２９の２種類を示している。

表１に示されるように、符号化方式としてＧ７１１を採用した場合には、音声信号が２０ｍｓ単位で切り出され、６４ｋｂｐｓのサンプリングレートで符号化される。よって、１秒間当りの全データ長は１００００バイト（ヘッダ長は２０００バイト、ペイロード長は８０００バイト）となり、１秒間に生成されるパケットの数は５０個となる。一方、符号化方式としてＧ７２９を採用した場合には、音声信号が２０ｍｓ単位で切り出され、８ｋｂｐｓのサンプリングレートで符号化される。よって、１秒間当りの全データ長は３０００バイト（ヘッダ長は２０００バイト、ペイロード長は１０００バイト）となり、パケットの数は５０個となる。Ｇ７１１のサンプリングレートは６４ｋｂｐｓであるのに対し、Ｇ７２９のサンプリングレートは８ｋｂｐｓであるから、Ｇ７２９よりもＧ７１１のほうが高品質な通話を提供することができる。

ここで、無多重の音声パケットの長さはＧ７１１、Ｇ７２９ともに２０ｍｓであるから、多重度“２”の音声パケットの長さは４０ｍｓとなり、多重度“３”の音声パケットの長さは６０ｍｓとなり、多重度“４”の音声パケットの長さは８０ｍｓとなる。よって、Ｇ７１１で圧縮・符号化された無多重の音声パケットに対するＧ７１１で符号化された各多重度の音声パケットの通信の効率度は、それぞれ、９０％、８７％、８０％となる。また、Ｇ７１１で圧縮・符号化された無多重の音声パケットに対するＧ７２９で符号化された各多重度の音声パケットの通信の効率度は、それぞれ、３０％、２０％、１７％および１５％となる。

したがって、たとえば、トラフィックが空いており通話品質が良好な場合には、Ｇ７１１で符号化された音声パケットを４多重化して送信すれば、多重化しない場合と比べると通信の効率度を８５％にすることができ、回線使用効率を高めることができる。

また、たとえば、トラフィックが空いており通話品質が良好な場合には、Ｇ７２９で符号化された音声パケットを４多重化して送信すれば、多重化しない場合と比べると通信の効率度を５０％にすることができ、回線使用効率を高めることができる。

さらにまた、トラフィックが空いており通話品質が良好な場合には、Ｇ７２９で符号化された音声パケットを多重化することなく送信すれば、Ｇ７１１で多重化しない場合と比べると通信の効率度を３０％にすることができ、回線使用効率を高めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、多重化によって単一パケットに複数期間の音声データをまとめて送信するので、パケットのヘッダ部分の送出回数を少なくすることができる。したがって、通信回線の利用帯域を小さくすることができ、通信回線を効率的に使用することができる。特に、無線ネットワークのような狭帯域ネットワークに対して顕著な効果が得られ、ネットワーク帯域を一定とした場合には回線収容数を高めることができる。

また本実施形態によれば、コネクション確立後に適宜コーデックおよび多重度を変更するので、音声データのペイロード部の送出バイト数を少なくすることができる。したがって、通信回線の利用帯域を小さくすることができ、ネットワーク帯域を一定とした場合には回線収容数を高めることができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

たとえば、前記実施形態においては、コーデックとしてＧ７１１やＧ７２９を用いた場合について説明したが、本発明においては、たとえばＧＳＭ、ＧＳＭ−ＦＥなど、種々のコーデックを採用することが可能である。また、トラフィックの状況が変化した場合に、符号化方式よりもパケットの多重度を優先的に変更してもよく、パケットの多重度よりも符号化方式を優先的に変更してもよい。たとえば、最初に符号化方式をＧ７１１、音声パケットの多重度を“１”として通信を開始した後、Ｒ値が満足いくものであれば、まず符号化方式をＧ７２９に変更し、それでもなおＲ値が満足いくものであれば、音声パケットの多重度を段階的に高めていくことも可能である。

また、前記実施形態においては、通話品質の指標としてＲ値を採用し、統計情報収集回路１１２が一定周期に更新する統計情報から現在のＲ値を計算し、今後行おうとする最適な多重化または符号化方式による推定Ｒ値を計算して、音声パケットの多重化を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば、統計情報から単独のパケットロス率、片側遅延、または周回遅延を計算することによって、今後行おうとする最適な多重化またはコーデックの決定を行ってもよい。

また、前記実施形態にかかるＩＰ電話端末は、固定電話としての使用に限定されるものではなく、移動体通信、すなわち携帯電話としての使用も可能である。本発明によれば、ユーザーの満足する通話品質を維持しつつ、ネットワークリソースの有効活用を図ることが可能であるから、帯域が狭くしかも不安定な無線ネットワークに対して極めて有効である。無線ＩＰ電話端末が実現されれば、本発明の活用が期待できる。

図１は、本発明の好ましい実施形態にかかるＩＰ電話端末の構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、ＩＰ電話端末１００Ａ、１００Ｂ間の通信手順を示すシーケンス図である。

符号の説明

１００Ａ ＩＰ電話端末
１００Ｂ ＩＰ電話端末
１０１ マイク
１０２ アナログ音源回路
１０３ パケット化回路
１０４ パケット多重化回路
１０５ パケット送信回路
１０６ パケット受信回路
１０７ パケット分離回路
１０８ 揺らぎ吸収バッファ
１０９ デパケット化回路
１１０ アナログ音源回路
１１１ スピーカー
１１２ 統計情報収集回路
１１３ 品質推定回路
１１４ モード変更回路
１３０ ネットワーク

Claims (4)

1. ネットワーク経由で音声通話を行うためのＩＰ電話端末であって、
   音声信号を入力する音声入力手段と、
   前記音声信号を所定の符号化方式で符号化して音声パケットを生成するパケット化手段と、
   前記音声パケットを所定の多重度で多重化するパケット多重化手段と、
   多重化された前記音声パケットを前記ネットワーク上に送信する送信手段と、
   前記ネットワーク上の音声パケットを受信する受信手段と、
   前記音声パケットが多重化されている場合に当該音声パケットを分離するパケット分離手段と、
   分離された各音声パケットを前記符号化方式に対応する復号化方式で復号化して音声信号を再生するデパケット化手段と、
   前記音声信号を出力する音声出力手段と、
   通話品質を監視する通話品質監視手段と、
   前記通話品質に応じて前記符号化方式もしくは前記音声パケットの多重度またはこれら両方を変更するモード変更手段を有することを特徴とするＩＰ電話端末。
2. 前記モード変更手段は、前記通話品質が高ければ高いほど前記音声パケットの多重度を大きく設定することを特徴とする請求項１に記載のＩＰ電話端末。
3. 前記モード変更手段は、前記通話品質が高ければ高いほどデータ圧縮率の高い符号化方式を採用することを特徴とする請求項１または２に記載のＩＰ電話端末。
4. 前記通話品質監視手段は、統計情報収集パケットから通話品質の基準であるＲ値を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＩＰ電話端末。

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