JP2007129517A - デジタルデータ伝送システムおよびデジタルデータ伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネットワークを介してデジタルデータを伝送する際に、伝送速度を高め、画質や音質を高品位に保つことが可能なデジタルデータ伝送システムおよびデジタルデータ伝送方法を提供する。
【解決手段】 デジタルデータ伝送システムは、 送信側端末の外部クロック受信部と受信側端末の外部クロック受信部とが同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信するとともに、送信側端末のデータ送信部と受信側端末のデータ受信部とがクロック信号に基づいてデータパケットの送受信制御されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ネットワークを介してデジタルデータを送信するデジタルデータ伝送方法およびデジタルデータ伝送システムに関する。

ネットワークを介してデジタルデータ通信を行うシステムでは、テキストや静止画像だけではなく、音声や動画像などのデータをパケット化して送受信される。このような通信システムでは、ネットワーク上の特定の端末から時刻情報を定期的に送信することで端末間の同期を図り、受信された動画像の再生品質を高めるような構成が提案されている。
たとえば、IEEE1394シリアルバス規格における典型的なデータ伝送の形態では、各端末に設けられた物理層ポートを所定のケーブルで相互に接続することにより、ネットワークが構成される。この物理層ポートに入力される信号は、他の全てのポートから出力するようなリピータとしての機能を備えている。

各端末の物理層は、発振回路で生成されるクロック信号により動作するLSIで構成されている。発振回路として一般的に用いられる水晶振動子の共振周波数は24.576MHzであり、このような水晶振動子を用いた水晶発振回路によるクロック信号の周波数精度は１×10^-4〜10^-6程度である。IEEE1394シリアルバス規格における伝送速度は、100Mbps、200Mbps、400Mbpsが規格化されており、それぞれ水晶振動子の共振周波数の４倍（毎秒98.304Mbit）、８倍（毎秒196.608Mbit）、16倍（毎秒393.216Mbit）に対応している。各端末におけるクロック信号は周波数同期などの制御がなされておらず、各端末の物理層は１×10^-4〜10^-6程度の誤差を有する異なるクロック周波数で動作している。

このようなIEEE1394シリアルバス規格では、リアルタイムデータを伝送するために、アイソクロナスサイクルという動作モードが採用されている。この場合、サイクルマスターと呼ばれる特定の端末がサイクルスタートパケットを送信した後、予め送信権を取得した端末が126μsec毎のアイソクロナスサイクルでストリームパケットを送信する。
各端末では、それぞれが内蔵する発振回路からのクロック信号に基づいて動作するカウンタで構成されるサイクルタイムレジスタにより時刻情報を管理している。サイクルマスタがサイクルスタートパケットを送信する際には、その端末のサイクルタイムレジスタの値を読み出して時刻情報としてサイクルスタートパケットに書き込んでIEEE1394バスに送出する。

サイクルマスタ以外の端末では、サイクルスタートパケットを受信して、このサイクルスタートパケットに格納された時刻情報に基づいて、自身のサイクルタイムレジスタの値に上書きすることで、ネットワーク上の各端末間の同期をとるようにしている。
前述したように、各端末に内蔵される発振回路によるクロック信号は、１×10^-4〜10^-6程度の誤差を含んでおり、サイクルスタートパケットを受信して時刻情報を更新した後、時間が経過するとともにサイクルタイムレジスタの値にずれを生じる。各端末のサイクルタイムレジスタ値のずれは、125μsec間隔でサイクルマスタから送信されてくるサイクルスタートパケットの時刻情報によって、更新されて各端末間の同期が図られる。

このようなアイソクロナスサイクルの動作モードでは、サイクルスタートパケットに含まれる時刻情報に基づいて各端末で管理する時刻情報を更新する際に、周波数の乱れが生じることとなり、リアルタイムで受信再生されるストリームの画質や音質に悪影響を与えるという問題がある。
このような問題点を解決するために、サイクルマスタから送信されてくるサイクルスタートパケットを受信した端末において、周波数の乱れが生じることなく自身の時刻情報を更新可能なタイミングを判定し、サイクルスタートパケットを受信してから最初の更新可能タイミングで時刻情報の更新を行うようにした同期方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開2002-374231号公報

前述したような従来技術では、各端末に設けられた発振回路からのクロック信号に基づいてそれぞれの端末で時刻情報を管理しているため、各端末における時刻情報にずれが生じることとなる。したがって、サイクルマスタから周期的に時刻情報を送信するようにしているが、伝送経路上を通過するパケット数が多くなり、大規模なネットワークに適用することが困難であるという問題がある。

また、各端末におけるクロック信号の周波数精度にばらつきがあることから、サイクルスタートパケットによる時刻情報の更新直後以外は時刻情報に誤差が生じており、リアルタイムで受信および再生を行う動画像データや音声データの場合、高速で転送を行うと画質や音質が劣化するおそれがある。
本発明では、ネットワークを介してデジタルデータを伝送する際に、伝送速度を高め、画質や音質を高品位に保つことが可能なデジタルデータ伝送システムおよびデジタルデータ伝送方法を提供する。

本発明の請求項１に係るデジタルデータ伝送システムは、 ネットワークを介して接続された複数の端末間でデジタルデータを含むデータパケットを送受信するデジタルデータ伝送システムであって、送信側端末は、外部からのクロック信号を受信する外部クロック受信部と、デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する送信データ生成部と、送信データ生成部で生成されたデータパケットをネットワークを介して送信するデータ送信部とを備え、受信側端末は、外部からのクロック信号を受信する外部クロック受信部と、ネットワークを介して送信されてくるデジタルデータを含むデータパケットを受信するデータ受信部と、データ受信部で受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生する出力処理部とを含み、送信側端末の外部クロック受信部と受信側端末の外部クロック受信部とが同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信するとともに、送信側端末のデータ送信部と受信側端末のデータ受信部とがクロック信号に基づいてデータパケットの送受信制御されることを特徴とする。

この場合、精度の高い外部クロック源からのクロック信号を受信することで、各端末の時刻情報を精度良く同期させることが可能となり、伝送するデジタルデータの品質を劣化させることなくデータ伝送を行うことが可能となる。特に、動画像データや音声データを含むデジタルデータを伝送して、受信側端末でリアルタイムで再生させるような場合には、画像品質や音質を劣化することなく、またリアルタイム性を損なうことなくデータ伝送を行うことが可能となる。また、外部から受信するクロック信号の周波数精度が高い場合には、送信側端末のクロックと受信側端末のクロックとの間で周波数偏差を極めて小さくすることができ、たとえば、データパケットを送信する際の搬送波周波数を高めてもデータ誤りが生じにくく、データの多値化を行うことなく伝送速度を高めることできる。

本発明の請求項２に係るデジタルデータ伝送システムは請求項１に記載のデジタルデータ伝送システムであって、外部クロック受信部が、日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信することを特徴とする。
この場合には、非常に周波数精度の高いクロック信号に基づいて各端末を同期させることができ、たとえば、長波帯日本標準時電波を受信する場合には、セシウム原子時計の周波数精度に準じた精度で同期させることができる。

本発明の請求項３に係るデジタルデータ伝送システムは請求項１または２に記載のデジタルデータ伝送システムであって、データパケットの伝送経路に存在するネットワーク伝送機器が、データパケットを送受信する端末の外部クロック受信部が受信するクロック信号と同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信する外部クロック受信部と、外部クロック受信部が受信するクロック信号に基づいてデータ転送制御を行うデータ転送部とを備えることを特徴とする。

この場合、送信側端末、受信側端末および伝送経路上にあるネットワーク伝送機器を周波数精度の高いクロック信号で同期させることができ、高速なデータ伝送を実現することができる。ここで、ネットワーク伝送機器とは、たとえば、ルータやハブなどの伝送経路でデータを中継したり処理したりする機器のことを指すものとする。
本発明の請求項４に係るデジタルデータ伝送装置は、ネットワークを介して接続された複数の端末間でデジタルデータを含むデータパケットを送受信するデジタルデータ伝送装置であって、ネットワークに接続された他の端末が受信するクロック信号と同一の周波数精度を有するクロック信号を外部クロック源から受信する外部クロック受信部と、デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する送信データ生成部と、クロック信号に基づいて制御され、送信データ生成部で生成されたデータパケットをネットワークを介して送信するデータ送信部と、クロック信号に基づいて制御され、ネットワークを介して送信されてくるデジタルデータを含むデータパケットを受信するデータ受信部と、データ受信部で受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生する出力処理部とを含む。

この場合、精度の高い外部クロック源からのクロック信号を受信することで、ネットワーク上に接続された各装置を精度良く同期させることが可能となり、伝送するデジタルデータの品質を劣化させることなくデータ伝送を行うことが可能となる。
本発明の請求項５に係るデジタルデータ伝送装置は請求項４に記載のデジタルデータ伝送装置であって、外部クロック受信部が、日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信することを特徴とする。

この場合、非常に周波数精度の高いクロック信号に基づいて各端末を同期させることができ、たとえば、長波帯日本標準時電波を受信する場合には、セシウム原子時計の周波数精度に準じた精度で同期させることができる。
本発明の請求項６に係るデジタルデータ伝送装置は請求項４または５に記載のデジタルデータ伝送装置であって、外部クロック受信部で受信したクロック信号に基づく時刻情報を格納する時刻情報格納部と、時刻情報格納部に格納された時刻情報に基づいて送信するデジタルデータに付加するタイムスタンプを生成するタイムスタンプ生成部と、データ受信部で受信したデータパケットからデジタルデータに付加されたタイムスタンプを抽出するタイムスタンプ抽出部と、時刻情報格納部に格納された時刻情報とタイムスタンプ抽出部で抽出されたタイムスタンプに基づいてデジタルデータの再生タイミングを制御する再生制御部とを更に備え、再生制御部による再生タイミングに基づいて、再生処理部がデジタルデータの再生を行うことを特徴とする。

この場合、各端末の時刻情報格納部に格納される時刻情報を精度の高いクロック信号に基づいて正確に管理することができ、各端末間のデータパケットの伝送速度を高め、かつデータの品質を高く維持することができる。
本発明の請求項７に係るデジタルデータ伝送装置は請求項４〜６のいずれかに記載のデジタルデータ伝送装置であって、アナログデータを入力するアナログ信号入力部と、外部クロック受信部で受信したクロック信号に基づいて所定周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック生成部と、アナログ信号入力部から入力されたアナログデータをサンプリングクロックで生成されたサンプリングクロックに基づいてデジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換部と、受信したデジタルデータをサンプリングクロック生成部で生成されたサンプリングクロックに基づいてアナログデータに変換するデジタル・アナログ変換部と、デジタル・アナログ変換部で変換されたアナログデータを出力するアナログデータ出力部とをさらに備える。

この場合、アナログ音声データをサンプリングしてデジタルデータに変換して受信側端末で再生出力する場合に、高音質を維持したまま高速での伝送が可能となる。また、送信側端末でのサンプリング周波数と受信側端末のサンプリング周波数との誤差を極めて小さくすることができ、音質が画像品質を高めることが可能となる。
本発明の請求項８に記載のデジタルデータ伝送方法は、ネットワークを介して接続された複数の端末間でデジタルデータを含むデータパケットを送受信するデジタルデータ伝送方法であって、各端末が同一周波数精度の外部クロック源からクロック信号を受信する段階と、送信側端末において、デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する段階と、送信側端末において、クロック信号に基づいて、データパケットをネットワークを介して送信する段階と、ネットワークを介して送信されてくるデータパケットを受信側端末で受信する段階と、受信側端末において受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生出力する段階とを含む。

この場合、精度の高い外部クロック源からのクロック信号を受信することで、各端末を精度よく同期させることが可能となり、伝送するデジタルデータの品質を劣化させることなく高速なデータ伝送を行うことが可能となる。特に、動画像データや音声データを含むデジタルデータを伝送して、受信端末側でリアルタイムで再生させるような場合には、画像品質や音質を劣化することなく、またリアルタイム性を損なうことなくデータ伝送を行うことが可能となる。また、外部から受信するクロック信号の周波数精度が高い場合には、送信側端末のクロックと受信側端末のクロックとの間で周波数偏差を極めて小さくすることができ、たとえば、データパケットを送信する際の搬送波周波数を高くしてもデータ誤り率を小さくすることができ、データの多値化をしなくても高速な伝送を可能とする。

本発明の請求項９に係るデジタルデータ伝送方法は請求項８に記載のデジタルデータ伝送方法であって、各端末が、日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信することを特徴とする。
この場合、非常に周波数精度の高いクロック信号に基づいて各端末を同期させることができ、たとえば、長波帯日本標準時電波を受信する場合には、セシウム原子時計の周波数精度に準じた精度で同期させることができる。

本発明の請求項10に係るデジタルデータ伝送方法は請求項８または９に記載のデジタルデータ伝送方法であって、データパケットの伝送経路に存在するネットワーク伝送機器が、送信側端末および受信側端末が受信するクロック信号と同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信して、クロック信号に基づいてデータ転送制御を行う段階を含む。

この場合、送信側端末、受信側端末および伝送経路上にあるネットワーク伝送機器を周波数精度の高いクロック信号で同期させることができ、高速なデータ伝送を実現することができる。ネットワーク伝送機器は、前述したように、ルータやハブなどのような伝送経路においてデータを中継したり処理したりする機器を指すものとする。

本発明によれば、送信側端末と受信側端末とのクロック周波数精度を合わせることにより、データ伝送におけるデータ誤り率を小さくし、特に、周波数精度の高い外部クロックを受信する場合には、これに基づいてデータパケットを送信する際の搬送波周波数を生成することで、データを多値化することなくデータパケットの高速伝送を可能とする。特に、動画像データや音声データなどのリアルタイム性を要求されるデジタルデータの伝送の場合、高品質または高音質を維持しつつ高速なデータ伝送が可能となる。

〈第１実施形態〉
本発明の１実施形態が採用されるデータ伝送システムを図に基づいて説明する。
〔構成概略〕
図１は、本発明の１実施形態が採用されるデータ伝送システムの概念図である。
このデータ伝送システムでは、複数の端末がネットワーク３を介して接続されている。ここでは、複数の端末のうちデータパケットを送信するものを送信側端末１とし、データパケットを受信するものを受信側端末２として説明するが、いずれの端末もデータ送信機能、データ受信機能の双方を備える構成とすることができる。また、送信側端末１及び受信側端末２をそれぞれ１つずつ図示しているが、１つの送信側端末から送信されたデータパケットを複数の受信側端末で受信するように構成することもでき、送信側端末および受信側端末がそれぞれ複数接続される構成とすることもできる。

送信側端末１では、たとえば動画像データや音声データなどのストリームデータでなるデジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成して、これを時系列で送信する。受信側端末２では、送信側端末１から送信されたデータパケットを受信し、データパケットに含まれるデジタルデータを再生する。
送信側端末１は、外部に存在するクロック源４からクロック信号を受信し、このクロック信号に基づいて、デジタルデータを含むデータパケットをネットワーク３を介して受信側端末２に向けて送信する。

また、受信側端末２は、外部に存在するクロック源５からクロック信号を受信し、このクロック信号に基づいてデータ受信部を制御し、ネットワーク３を介して送信されてくるデータパケットを受信する。
クロック源４、５は、同一のクロック源とすることができ、また同一の周波数精度を備えるものであれば、異なるクロック源とすることも可能である。たとえば、日本標準時の電波送信所から送信されている電波をクロック源として利用することが可能である。この日本標準時は、短波帯標準電波により提供されてきたが、電離層の影響を受けやすく、受信状態が不安定であり、外国電波との混信のおそれがあることから、長波帯標準電波に切り換えられている。長波帯標準電波は、独立行政法人通信総合研究所（CRL）が有する10台のセシウム原子時計をもとに国際的に定義された「秒」の定義に従って作られるもので、数十万年に１秒以下という精度を有しており、現在、福島県大鷹鳥谷山山頂および佐賀県と福岡県の県境羽金山山頂に設けられた独立行政法人通信総合研究所が運用する長波帯標準電波送信施設により提供されている。この長波帯標準電波は、10台のセシウム原子時計をもとに作られた日本標準時を示すもので、周波数、時刻の情報などを含み、国家標準に対し１×10^-12以内の周波数精度が保証されている。したがって、このような長波帯標準電波を受信可能な地域であれば、送信側端末１と受信側端末２とが遠隔地であっても同一の周波数精度で各端末を同期させることが可能となる。

送信側端末１および受信側端末２において、クロック信号を受信する方法として、日本標準時電波の他にも、カーナビゲーションなどで用いられるGPS衛星からの電波、海外の短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービスなどを受信して利用することが考えられる。
また、送信側端末１と受信側端末２とが同一の建物内にある場合のように、各端末が近接しているときには、商用交流電源の周波数成分をクロック源として利用することができる。この場合には、送信側端末１及び受信側端末２において、外部からの電波を受信するための受信部を省略することができ、コストの低減を図ることができる。

さらに、限定的な同一エリア内にある送信側端末１と受信側端末２の同期をとるために、所定周期のクロック信号を生成する信号源を同一エリア内に設置しておき、この信号源から各端末にクロック信号を送信するための配線を行うように構成することができる。また、所定周期のクロック信号を生成する信号源に特定小電力無線によりクロック信号を送信するためのクロック信号送信部を設け、このクロック信号送信部により無線によりクロック信号を送信するように構成できる。特定小電力無線は、構内ページングやトランシーバ、テレメータ機器などに用いられる微弱無線電波であり、このような特定小電力無線を用いてクロック信号を送信することで、限定的エリア内に存在する各端末を精度良く同期させることが可能となる。

前述したように、送信側端末１および受信側端末２は、いずれもが送信機能と受信機能を兼ね備えたものとすることができる。送信機能と受信機能を備えたデジタルデータ伝送装置の概略構成を図２に示す。
デジタルデータ伝送装置11は、外部クロック受信部12、送信データ生成部13、データ送信部14、データ受信部15、出力処理部16などを備えている。

外部クロック受信部12は、ネットワーク３に接続された他の端末が受信するクロック信号と同一の周波数精度を有するクロック信号を外部クロック源から受信する。
送信データ生成部13は、デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する。
データ送信部14は、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて制御され、送信データ生成部13で生成されたデータパケットをネットワーク３を介して送信する。このとき、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて、データパケットを送信する際の搬送波周波数を生成し、これによりデータパケットを送信するように構成できる。

データ受信部15は、ネットワーク３を介して送信されてくるデジタルデータを含むデータパケットを受信する。データ受信部15は、同様に、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて制御されており、ネットワークを介して送信されてくるデータパケットを受信してこれを処理する。
出力処理部16は、データ受信部14で受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生する。

送信データ生成部13、データ送信部14、データ受信部15、出力処理部16はそれぞれ外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて動作しており、特に、データ送信部14およびデータ受信部15は、クロック信号に基づいて生成される所定周波数のクロックでデータの送受信を行う。
〔送信機能部〕
デジタルデータ伝送装置11の送信機能部を図３に基づいてさらに詳細に説明する。

送信機能部21は、送信制御部22、デジタルデータ入力部23、メモリ24、送信データ生成部25、データ送信部26を備えている。
デジタルデータ入力部23は、送信するデジタルデータを準備するものであって、たとえば、デジタル動画像データやデジタルオーディオデータを出力する機器からライン入力されるストリームデータをメモリ15に送出する。

アナログ動画像データやアナログ音声データを入力してこれをデジタルデータに変換し、これをストリームデータとして送信する場合には、図４に示すように、デジタルデータ入力部23が、サンプリングクロック生成部31、アナログデータ入力部32、アナログ・デジタル変換部33を備える構成することができる。サンプリングクロック生成部31は、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて所定周波数のサンプリングクロックを生成するものであり、たとえば、PLL（Phase Locked Loop）回路により所定周波数を生成するように構成できる。アナログデータ入力部32は、アナログ動画像信号やアナログ音声信号の入力を受け付けるものであり、たとえば、マイクが拾うアナログ音声信号を増幅する増幅回路や音楽CDやテープレコーダ、その他の音響機器とラインで接続されるライン入力部、アナログ画像機器からの出力を受け付けるライン入力部などで構成することができる。アナログ・デジタル変換部33は、アナログデータ入力部32で入力を受け付けたアナログデータをサンプリングクロック生成部31で生成された所定周波数のサンプリングクロックによりデジタルデータに変換する。このアナログ・デジタル変換部33は、サンプリングクロックの周期で、アナログデータの強度を採取してデジタルデータに変換する。

送信制御部22は、メモリ24に格納されたデジタルデータの読出タイミングおよびデータ送信タイミングを制御するものであり、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて所定周波数のクロックを生成するものである。
メモリ24は、デジタルデータ入力部23から入力されるデジタルデータを一時的に格納する送信バッファで構成される。

送信データ生成部25は、メモリ24に格納されているデジタルデータを送信制御部22の制御に従って読み出して、所定容量毎にデータパケットを作成する。
送信データ生成部25で生成されるデータパケットは、たとえば、図４に示すような構成とすることができる。パケットには、IPヘッダ、UDPヘッダ、RTPヘッダおよびデジタルデータが含まれている。IPヘッダには、送信元のIPアドレス、送信先のIPアドレスなどが記述されている。UDPヘッダには、送信元ポート番号、送信先ポート番号、メッセージ長などが記述されている。ここでは、IPパケットのデータ部にUDPパケットを用いた場合を示しており、これに代えてTCPパケットを用いた場合には、UDPヘッダの代わりにTCPヘッダを用いる。RTPヘッダには、バージョン、パディング、CSRC:CSRC識別子の個数、ペイロードタイプ、パケットの順番を示すシーケンス番号、パケットの先頭データに対応するタイムスタンプ、送信装置の識別子、元の送信者の識別子リストなどを備えている。 データ送信部26は、送信データ生成部25で生成されたパケットを時系列でネットワークを介して送出する。

〔受信機能部〕
デジタルデータ伝送装置11の受信機能部を図６に基づいてさらに詳細に説明する。
受信機能部41は、データ受信部42、データ格納部43、受信制御部44、出力処理部45を備えている。
データ受信部42は、ネットワーク３を介して送信されてくるデータパケットを受信する。このデータ受信部42は、外部クロック受信部12で受信するクロック信号に基づいて動作しており、送信されてくるデータの搬送波の周波数に合わせたクロックを生成してデータパケットの受信を行うように制御される。

データ格納部43は、受信したパケット中に含まれるデジタルデータを一時的に格納するための受信バッファで構成される。
受信制御部44は、データ格納部43に格納されたデジタルデータを読み出して、再生するための制御を行うものであり、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいてデータ格納部43に格納されているデジタルデータを読み出して出力処理部45に送出する。

出力処理部45は、受信制御部44による再生タイミングに基づいて、デジタルデータの再生処理を行うものである。アナログ動画像データやアナログ音声データがデジタルデータに変換されたストリームデータを受信する場合には、デジタルデータをアナログデータに変換して出力するために、図７に示すように、サンプリングクロック生成部51、デジタル・アナログ変換部52、データ出力部53を含む構成とすることができる。サンプリングクロック生成部51は、外部クロック受信部12で受信したクロック信号に基づいて所定周波数のサンプリングクロックを生成するものであり、図４に示したサンプリングクロック生成部31と同様に、PLL（Phase Locked Loop）回路により所定周波数を生成するように構成できる。デジタル・アナログ変換部52は、受信制御部44の制御によりデータ格納部43から読出が開始されたデジタルデータを、サンプリングクロック生成部51で生成される所定周波数のサンプリングクロックによりアナログデータに変換する。データ出力部53は、デジタル・アナログ変換部52で変換されたアナログデータを出力するものであり、たとえば、アナログ音声信号を増幅器で増幅してスピーカで出力するように構成でき、また、記録媒体に録音機器などにライン出力するように構成できる。

以上のような構成とすることにより、送信側端末１と受信側端末２において各機能部を外部から受信した精度の高いクロック信号に同期させることができ、データパケットを伝送する際の搬送波周波数を高めることで高速な伝送速度でのデータ伝送を実現することができる。
〈第２実施形態〉
各端末において、時刻情報を管理し、送信するデータパケットに管理している時刻情報に基づくタイムスタンプを付加して送信するように構成することが可能である。データパケットにタイムスタンプを付加して送信する場合の例を以下に説明する。第１実施形態と共通する部分については同一符号を付与してその説明を省略する。

〔送信機能部〕
図８は、端末の送信機能部の構成を示す機能ブロック図である。
送信機能部として、外部クロック受信部12、デジタルデータ入力部23、メモリ24、送信データ生成部25、データ送信部26に加えて、時刻情報格納部61、送信制御部62、タイムスタンプ生成部63を備えている。

外部クロック受信部12、デジタルデータ入力部23、メモリ24は前述の第１実施形態と同様の構成である。
時刻情報格納部61は、外部クロック受信部12で受信するクロック信号に基づいて、所定周期で値が変化する時刻情報を格納するメモリで構成される。
送信制御部62は、メモリ24に格納されたデジタルデータの読出タイミングおよびデータ送信タイミングを制御するものであり、時刻情報格納部61に格納された時刻情報に基づいて、メモリ24からのデータの読出タイミングを決定し、送信データ生成部25にデータを送出させる。

タイムスタンプ生成部63は、送信制御部62の制御に基づいて、送信するデジタルデータに付加するタイムスタンプを生成する。タイムスタンプ生成部63は、時刻情報格納部61で管理している時刻情報を読み出して、データパケットを送出する時刻に基づくタイムスタンプを生成して、送信データ生成部25に送出する。
送信データ生成部25は、メモリ24に格納されているデジタルデータを送信制御部62の制御に従って読み出して、タイムスタンプ生成部63で生成されたタイムスタンプを付加し、所定容量毎にデータパケットを作成する。

送信データ生成部25で生成されるパケットデータは、たとえば、図４に示すような構成とすることができ、タイムスタンプ生成部63で生成されたタイムスタンプは、RTPヘッダ内に格納するように構成できる。
データ送信部26は、送信データ生成部25で生成されたパケットを時系列でネットワークを介して送出する。

〔受信機能部〕
図９は、第２実施形態における受信機能部の構成を示した機能ブロック図である。
受信機能部として、外部クロック受信部12、データ受信部42、データ格納部43、出力制御部45に加えて、時刻情報格納部71、再生制御部72、タイムスタンプ抽出部73を備えている。

外部クロック受信部12、データ受信部42、データ格納部43、出力処理部45の構成は第１実施形態と同様である。
時刻情報格納部71は、送信機能部で説明した時刻情報格納部61と同様の構成であり、外部クロック受信部12で受信するクロック信号に基づいて、所定周期で値が変化する時刻情報を格納するメモリで構成される。この時刻情報格納部71は、送信機能部の時刻情報格納部61を共用することも可能である。

タイムスタンプ抽出部73は、データ受信部42で受信したデータパケットに含まれるタイムスタンプを抽出する。前述したように、パケットデータのRTPヘッダにタイムスタンプが含まれている場合には、このRTPヘッダ内に格納されているタイムスタンプを抽出してこれをメモリの所定領域に格納する。
データ格納部43は、受信したパケット中に含まれるデジタルデータを一時的に格納するための受信バッファで構成される。

再生制御部72は、データ格納部43に格納されたデジタルデータを読み出して、再生するための制御を行うものであり、時刻情報格納部71で管理される時刻情報と、タイムスタンプ抽出部73で抽出されたタイムスタンプとに基づいて、データ格納部43に格納されているデジタルデータを読み出して出力処理部45に送出する。送信側端末から受信側端末までデータパケットを送信する際の遅延時間が予め判明している場合には、再生制御部72において、データ格納部43からのデータ読出タイミングに遅延時間を考慮するように構成することも可能である。

出力処理部45は、データ格納部43から読み出されたデジタルデータの再生・出力する。このとき、送信されてきたデジタルデータ中にアナログ音声データへの変換が必要なものを含む場合には、前述したようなサンプリングクロック生成部とアナログ・デジタル変換部（図４）を出力処理部45に含む構成とすることができる。
このような構成とすることにより、送信側端末と受信側端末の双方で管理する時刻情報を精度の高い外部クロック信号に基づいて正確に同期させることが可能となり、高速でのデータ伝送を可能にするとともに、再生時間を正確に制御することが可能となる。
〈第３実施形態〉
データパケットの伝送経路に１または複数のネットワーク伝送機器が存在するようなネットワークシステムにおいて、データパケットを送受信する端末が受信する外部クロック信号と同一の周波数精度であるクロック信号を受信してデータ転送制御を行うように構成することが可能である。ここで、ネットワーク伝送機器とは、たとえば、ルータやハブなどの伝送経路上でデータを中継したり処理したりする機器のことを指すものとする。

このような場合を第３実施形態として、図10に示す概略構成に基づいて説明する。
たとえば、インターネットやIPベースで運用される仮想私設通信網（IP-VPN：Internet Protocol-Virtual Private Network）などの広域ネットワーク（WAN：Wide Area Network）81に対して、ルータ82-1を介して接続されるLAN85-1、ルータ82-2を介して接続されるLAN85-2、ルータ82-3を介して接続されるLAN85-3を例示している。

LAN85-1〜85-3内には、それぞれスイッチングハブ83-1〜83-3を介して端末84-1〜84-3が接続されている場合を示す。
端末84-1〜84-3は、それぞれ前述したようなデジタルデータ伝送装置の構成を備えており、同一周波数精度であるような外部クロック源からのクロック信号を受信し、このクロック信号に基づいてデータ送受信制御されるように構成されている。

ルータ82-1〜82-3は、送信されてくるデータパケットのネットワーク層のアドレスを参照して、どの経路を通して転送すべきかを判断する経路選択機能を備える装置である。たとえば、図５に示すようなデータパケットの場合、IPヘッダに格納されている送信先アドレスを元に、伝送経路を選択して送信するように構成できる。
スイッチングハブ83-1〜83-3は、LAN85-1〜85-3内でのデータの伝送経路を選択するものであり、たとえば、各端末のMACアドレスを記憶して、当該通信と関係のないポートへの信号の送信を防止するような機能を有する。

ルータ82-1〜82-3およびスイッチングハブ83-1〜83-3は、端末84-1〜84-3が受信するクロック信号と同一周波数精度であるような外部クロック源からクロック信号を受信するように構成される。外部クロック源としては、前述したような日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信する構成とすることができ、周波数精度の高いクロック源からのクロック信号を受信することが好ましい。

前述の第１実施形態および第２実施形態で説明したように、データパケットの送受信を行う端末84-1〜84-3が同一の周波数精度であるような外部クロック源からクロック信号を受信して、このクロック信号に基づいてデータ伝送制御を行うことで、伝送速度を高めることが可能であるが、ネットワーク上に存在するルータやスイッチングハブなどの動作状態により、これらがネックとなって伝送速度を自在に高めることができないおそれがある。

この第３実施形態では、データ伝送経路に位置するネットワーク伝送機器を、各端末が動作しているクロック信号と同一精度のクロック信号で動作させることにより、高速なデータ伝送を可能にする。外部クロック源として、日本標準時電波などを利用することにより、非常に精度の高い周波数精度のクロック信号を受信することができるため、データパケットの伝送速度を高めてもデータ誤りの発生率が小さくなり、データの多値化を行うことなく、高速なデータ伝送を行うことが可能である。もちろん、データの多値化を行えば、さらに高速なデータ伝送を実現することができる。

本発明では、送信側端末と受信側端末とのクロック周波数精度を合わせることにより、データ伝送におけるデータ誤り率を小さくし、特に、周波数精度の高い外部クロックを受信する場合には、これに基づいてデータパケットを送信する際の搬送波周波数を生成することで、データを多値化することなくデータパケットの高速伝送を可能とする。特に、動画像データや音声データなどのリアルタイム性を要求されるデジタルデータの伝送の場合、高品質または高音質を維持しつつ高速なデータ伝送が可能となる。

本発明のデジタルデータ伝送システムの概念構成を示す説明図。 本発明の１実施形態によるデジタル伝送装置の機能ブロック図。 送信機能部の機能ブロック図。 デジタルデータ入力部の構成例を示すブロック図。 パケットデータの説明図。 受信機能部の機能ブロック図。 出力処理部の構成例を示すブロック図。 本発明の第２実施形態に用いられる送信機能部の機能ブロック図。 本発明の第２実施形態に用いられる受信機能部の機能ブロック図。 本発明の第３実施形態の説明図。

Claims (10)

1. ネットワークを介して接続された複数の端末間でデジタルデータを含むデータパケットを送受信するデジタルデータ伝送システムであって、
   送信側端末は、
   外部からのクロック信号を受信する外部クロック受信部と、
   デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する送信データ生成部と、
   前記送信データ生成部で生成されたデータパケットをネットワークを介して送信するデータ送信部と、
   を備え、受信側端末は、
   外部からのクロック信号を受信する外部クロック受信部と、
   ネットワークを介して送信されてくるデジタルデータを含むデータパケットを受信するデータ受信部と、
   前記データ受信部で受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生する出力処理部と、
   を含み、前記送信側端末の外部クロック受信部と前記受信側端末の外部クロック受信部とが同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信するとともに、前記送信側端末のデータ送信部と前記受信側端末のデータ受信部とが前記クロック信号に基づいてデータパケットの送受信制御されることを特徴とするデジタルデータ伝送システム。
2. 前記外部クロック受信部が、日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信することを特徴とする、請求項１に記載のデジタルデータ伝送システム。
3. データパケットの伝送経路に存在するネットワーク伝送機器が、前記データパケットを送受信する端末の外部クロック受信部が受信するクロック信号と同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信する外部クロック受信部と、前記外部クロック受信部が受信するクロック信号に基づいてデータ転送制御を行うデータ転送部とを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のデジタルデータ伝送システム。
4. ネットワークを介して接続された複数の端末間でデジタルデータを含むデータパケットを送受信するデジタルデータ伝送装置であって、
   ネットワークに接続された他の端末が受信するクロック信号と同一の周波数精度を有するクロック信号を外部クロック源から受信する外部クロック受信部と、
   デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する送信データ生成部と、
   前記クロック信号に基づいて制御され、前記送信データ生成部で生成されたデータパケットをネットワークを介して送信するデータ送信部と、
   前記クロック信号に基づいて制御され、ネットワークを介して送信されてくるデジタルデータを含むデータパケットを受信するデータ受信部と、
   前記データ受信部で受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生する出力処理部と、
   を含むデジタルデータ伝送装置。
5. 前記外部クロック受信部が、日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信することを特徴とする、請求項４に記載のデジタルデータ伝送装置。
6. 前記外部クロック受信部で受信したクロック信号に基づく時刻情報を格納する時刻情報格納部と、
   前記時刻情報格納部に格納された時刻情報に基づいて送信するデジタルデータに付加するタイムスタンプを生成するタイムスタンプ生成部と、
   前記データ受信部で受信したデータパケットからデジタルデータに付加されたタイムスタンプを抽出するタイムスタンプ抽出部と、
   前記時刻情報格納部に格納された時刻情報とタイムスタンプ抽出部で抽出されたタイムスタンプに基づいてデジタルデータの再生タイミングを制御する再生制御部と、
   を更に備え、前記再生制御部による再生タイミングに基づいて、前記再生処理部がデジタルデータの再生を行うことを特徴とする、請求項４または５に記載のデジタルデータ伝送装置。
7. アナログデータを入力するアナログ信号入力部と、
   前記外部クロック受信部で受信したクロック信号に基づいて所定周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック生成部と、
   前記前記アナログ信号入力部から入力されたアナログデータを前記サンプリングクロックで生成されたサンプリングクロックに基づいてデジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換部と、
   受信したデジタルデータを前記サンプリングクロック生成部で生成されたサンプリングクロックに基づいてアナログデータに変換するデジタル・アナログ変換部と、
   前記デジタル・アナログ変換部で変換されたアナログデータを出力するアナログデータ出力部と、
   をさらに備える、請求項４〜６のいずれかに記載のデジタルデータ伝送装置。
8. ネットワークを介して接続された複数の端末間でデジタルデータを含むデータパケットを送受信するデジタルデータ伝送方法であって、
   各端末が同一周波数精度の外部クロック源からクロック信号を受信する段階と、
   送信側端末において、デジタルデータを所定容量毎にパケット化したデータパケットを生成する段階と、
   送信側端末において、前記クロック信号に基づいて、前記データパケットをネットワークを介して送信する段階と、
   前記ネットワークを介して送信されてくるデータパケットを受信側端末で受信する段階と、
   受信側端末において受信したデータパケットに含まれるデジタルデータを再生出力する段階と、
   を含むデジタルデータ伝送方法。
9. 各端末が、日本標準時を送信する電波送信所からの電波、GPS衛星からの電波、短波標準電波、各種放送の時報、電話の時報サービス、TVカラーサブキャリアのうちのいずれかをクロック信号として受信することを特徴とする、請求項８に記載のデジタルデータ伝送方法。
10. データパケットの伝送経路に存在するネットワーク伝送機器が、送信側端末および受信側端末が受信するクロック信号と同一の周波数精度である外部クロック源からのクロック信号を受信して、前記クロック信号に基づいてデータ転送制御を行う段階を含む、請求項８または９に記載のデジタルデータ伝送方法。

Images