JP3193054B2 - データ/音声/ファクスの優先度を有する改善された統計的なマルチプレクサ - Google Patents

データ/音声/ファクスの優先度を有する改善された統計的なマルチプレクサ

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    • Y10S370/916Multiplexer/demultiplexer

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、データ通信マルチプレクサに関し、特に、
1本のコンポジット(複合)リンクに対してデータとフ
ァクシミリと圧縮された音声とを多重化する通信マルチ
プレクサにおける自動的なデータ帯域幅の割り当てに関
する。
発明の背景 電気通信分野におけるデータマルチプレクサは、例え
ばコンピュータ端末又はパーソナルコンピュータ(PC)
などの個々のデータ端末装置(DTE)から1本のコンポ
ジットリンク(複合リンク)上に、幾つかの非同期及び
同期データ通信信号を合成(結合)するために用いられ
る。複数のPCからの個々の非同期及び同期信号は、マル
チプレクサのチャンネル入力に接続されて、1つの信号
であるいわゆるコンポジット信号に変換された後、1本
のアナログ又はデジタルリンクであるいわゆるコンポジ
ットリンクを用いて送信される。もちろん、コンポジッ
トリンクは、従来の電話回線、専用線、又は1本のプラ
イベート線であってもよい。
データマルチプレクサは、例えば、周波数分割多重
化、時分割多重化、及び統計的な時分割多重化などの種
々の技術のうちの1つを用いることによって、個々の複
数のPCからの複数のチャンネル信号を1つのコンポジッ
ト信号に合成する。周波数分割マルチプレクサは、別々
の周波数を各信号に割り当て、複数の周波数を1つのコ
ンポジットリンク上に合成する。時分割マルチプレクサ
は、1つの搬送波の時間スライス(時間の一部分)を合
成される複数のチャンネルに割り当てる。統計的な時分
割マルチプレクサは、時分割マルチプレクサを適応化し
た装置であり、当該装置において、データを実際に送信
するこれらのチャンネルのみが時間のスライスをゲット
する。このことは、コンポジットリンクのより効率的な
使用をもたらす。
典型的には、データマルチプレクサは、1つのチャン
ネルが1本の電話回線リンクを使用する伝統的なデータ
通信にとって代わる効率的な代替物として使用される。
複数の非同期チャンネルを1本のコンポジットリンクに
合成することによって、データを転送するために、より
少ない電話回線又は専用回線及びより少ない装置が用い
られる。このことは、特に、4線式“専用”回線が1対
の同期モデルを接続するために用いられるときにコスト
的に効率的である。プライベート回線(又は専用回線)
のこのタイプは、複数の公衆のダイヤルアップ電話回線
が互いに整合することができないというある度合いのセ
キュリティを提供する。さらに、同期マルチプレクサネ
ットワークのより優れたエラー訂正は、1本の電話回線
の非同期接続において好ましい。また、DSU(デジタル
サービス装置)が接続されたデジタル回線の使用は、よ
り信頼性が高く、アナログよりもエラーフリーである。
図1は、建物A101における複数のPCと、建物B102にお
けるコンピュータシステムとの従来技術の接続のための
典型的な装置構成を示す。建物Bにおけるコンピュータ
システムは、建物Aに図示された装置のようなパーソナ
ルコンピュータ103又は任意の種々のコンピュータ装置
である。伝統的なダイヤルアップ電話リンク105a,105b,
105c−105nは、建物A101における複数のPCと、例えばVA
Xコンピュータ106のような建物Bの複数のデータ端末装
置(DTE)との間に用いられる。従って、各非同期リン
クはそれ自身のダイヤルアップリンク105a,105b,105c−
105nを必要とし、これらのリンクは多くの場合において
コスト的に効率的でない。これらの接続は2つの場所
(サイト)間で提供されてもよいし、もしくは複数の場
所を接続するようにしてもよい。
図2は、従来技術のデータマルチプレクサのシステム
を示し、ここで、建物“A"201における複数のPCはデー
タマルチプレクサと同期モデムを用いて多重化されて、
情報を1本の電話リンク205を介して建物“B"に送信す
る。次いで、これらの複数の信号は、同様のマルチプレ
クサ/モデム208によって多重分離されて、建物“B"202
のDTEに送信され、当該DTEは、実例を示す目的のため
に、VAXコンピュータ206として図示されている。
一般に、図2は、データマルチプレクサ207を図示し
ており、特に、本発明の譲受人によって製造された装置
であり、ミネソタ州,マウンズ・ビューのマルチ−テッ
ク・システムズ,インコーポレイテッドからの生産物で
あるマルチマックス(MultiMux)(モデル900,1600,又
は3200)と呼ばれる装置を図示している。この生産物
は、ローカルの複数のPC203と、複数の無応答端末と、
例えばDEC VAX206のようなホストコンピュータ、又は
非同期接続を介して通信を行う他の装置と、最大n個の
RS−232接続を可能としている。1つの生産物の環境に
おいては、nは8に等しく、ここで、8個のPC又は他の
非同期装置を8個のRS−232ポートに取り付けることが
できる。コンポジットリンクは典型的には、最大64キロ
ビット/秒のデータレートを有する専売のプロトコルを
用いて取り扱われる。データマルチプレクサの動作の設
定におけるメニューで駆動される制御のためのコマンド
ポートは図示されていない。
従来の回線を用いる1つの場所からもう1つの場所へ
の1本のコンポジットリンクを介しての接続は、回線リ
ソースの効率的な使用であるが、付加的な回線接続はい
まだ典型的には、複数の場所間の伝統的な電話音声又は
ファクシミリ接続のために、2つの場所又はより多い場
所間で必要とされる。従って、当該技術においては、圧
縮された音声グレードの複数の電話信号を、複数のデー
タ信号や複数のファクシミリ信号と合成し、それらすべ
てを1本のコンポジットリンクを介して送信することに
より、1本の電話回線接続の効率的な使用をさらに増大
させる必要性がある。また、当該技術において、1本の
電話回線接続の改善された効率のために、1本のコンポ
ジットリンクを介した伝送のため、音声グレードの複数
の電話信号を、同期データ信号と非同期データ信号の両
方と合成するという別の必要性がある。
発明の概要 本発明は、従来技術における上記の欠点を解決し、本
明細書を読みかつ理解するときに当該技術の当業者によ
って理解されかつ認識されるであろう他の問題点を解決
する。本発明は、複数の非同期及び同期データチャンネ
ルを、圧縮された複数の音声信号及び/又は複数のファ
クシミリ信号を表わす非同期データのストリームと、1
本の同期データパケットストリーム上に合成するデータ
多重化ネットワークである。次いで、上記1本の同期デ
ータパケットのストリームは、高速の統計的なマルチプ
レクサによって、優先度を有する改善された統計的な多
重化アルゴリズムのオーバーレーを有する変形されたハ
イレベル同期データリンク制御プロトコルを用いて、コ
ンポジットリンクを介して第2の場所に送信される。複
数の非同期/同期データチャンネルと圧縮された音声チ
ャンネル及び/又は複数のファクシミリ信号はそれぞ
れ、他の非同期及び同期データ端末装置、並びに、標準
的な電話又はファクシミリアナログポート又はPBXイン
ターフェースに送るために、第2の場所で多重分離され
かつ再構成される。音声又はファクシミリによる第1の
場所と、第2の場所との間の通信は複数のユーザに対し
てトランスペアレントである。
複数の場所間で通信を行うコンポジットリンクの全体
の帯域幅を、瞬時のシステム要求に基づいて、高い優先
度を有するデータ(時間に敏感である)と、低い優先度
を有するデータ(時間に敏感ではない)とに瞬時に割り
当ててもよい。データ通信における音声においては、繰
り返される複数の無音パケットの伝送を除去することに
よって、高い優先度を有する音声パケット情報に対して
割り当てられた帯域幅を大幅に減少させることができ
る。音声検出アルゴリズムは、データプロセッサに対し
て、パケットが無音を示す空(エンプティ)であること
を通知する。次いで、データプロセッサは、そのパケッ
トを送信しないが、その代わりに、音声が送られていな
いことを示すために、上記コンポジットリンクの他の側
に対してフラグを送信する。無音であるときには、低い
優先度を有するデータ(非同期又は同期データ)の最大
のパケットサイズは、音声チャンネルの使用に基づいて
動的に変化される。もし多くの無音があり、もしくは、
音声チャンネルが全くアクティブでないときは、低い優
先度を有するデータの最大のパケットサイズは大きく成
長させることができ、より大きな非同期及び同期データ
チャンネルのスループットを提供することができる。優
先度を有する改善された統計的なマルチプレクサは、最
大のデータのスループットの品質と効率を確立し、同時
にマルチプレクサの処理のオーバーヘッド(占有時間)
を減少させる。
割込境界バイトカウントと呼ばれる障壁を周期的なサ
ンプリングカウントとして設置することによって、音声
情報とデータ情報との間で受信パケットが変わっている
かどうかを周期的にシステムが検査することにより優先
度を有する統計的多重化は実行される。最大高優先度バ
イトがシステムによって転送されているとき、IBBCは送
信される低優先度バイトの数である。高優先度パケット
の数が減少するにつれて低優先度パケットの数は増加す
るであろう。これによって、システムの高優先度バイト
の回りに低優先度バイトの動的パッキングを行う。その
ため逆多重化は、所定のサンプリング時間を割込境界バ
イトカウントに等しくすることにより促進される。
図面の説明 図面において、いくつかの図面を通して同一の符号は
同一の構成要素を示し、 図1は、モデムによる、伝統的な複数のダイヤルアッ
プ電話リンクを用いる、建物Aと建物Bとの間の従来技
術の接続の図であり、 図2は、統計的なマルチプレクサリンクを用いて、建
物Aと建物Bとの間の接続の従来技術の説明図であり、 図3は、電話情報とファクシミリ情報の両方を、多く
の可能な代替のインターフェースを介して遠隔の場所に
送信しかつ多重分離するためのデジタルデータ情報と合
成する、本発明の好ましい実施例を示す概略ブロック図
であり、 図4A(2枚の図面)は、電話(音声)とファクシミリ
の両方を、種々の接続を介してデータと、遠隔の場所へ
の1本のコンポジットリンク上で合成する、本発明のマ
ルチプレクサ300の使用を示す詳細ブロック図であり、 図4Bは、FXSインターフェースと、FXOインターフェー
スと、E&Mインターフェースとを含む図4Aのデータ/
音声/ファクシミリのメジャーな構成要素の分割を示す
詳細ブロック図であり、 図5Aは、他のDTE装置への接続、並びに遠隔の音声電
話及びファクシミリ装置への接続のために、遠隔の場所
に対して送信しかつ遠隔の場所で多重分離するための、
音声電話と、ファクシミリ情報と、デジタルデータ情報
とを多重化する、本発明の好ましい接続のうちの第1の
接続を示す図であり、 図5Bは、他のDTE装置への接続、並びに遠隔のPBXへの
接続のために、遠隔の場所に対して送信しかつ遠隔の場
所で多重分離するための、音声電話と、ファクシミリ情
報と、デジタルデータ情報とを多重化する、本発明の好
ましい接続のうちの第2の接続を示す図であり、 図5Cは、他のDTE装置への接続、並びに遠隔のPBXを介
して遠隔の音声電話及びファクシミリ装置への接続のた
めに、遠隔の場所に対して送信しかつ遠隔の場所で多重
分離するための、音声電話と、ファクシミリ情報と、デ
ジタルデータ情報とを多重化する、本発明の好ましい接
続のうちの第3の接続を示す図であり、 図5Dは、他のDTE装置への接続、並びに遠隔の音声電
話とファクシミリ装置のための遠隔のPBXへの接続のた
めに、遠隔の場所に対して送信しかつ遠隔の場所で多重
分離するため、音声電話とファクシミリ情報を、ローカ
ルのPBXを介してローカルのデジタルデータ情報と多重
化する、本発明の好ましい接続のうちの第4の接続を示
す図であり、 図6A、図6B及び図6Cはそれぞれ、図4Bに図示されたマ
ルチプレクサの非同期チャンネルカード、統合カード及
び音声/ファクスカードの詳細のブロック図であり、 図7A−7I、図8A−8I、図9A−9I及び図10A−10Iは、図
6Cの音声/ファクスカードの詳細の電気的ブロック図で
あり、 図11は、音声圧縮アルゴリズムの信号のフロー図であ
り、 図12Aは、音声圧縮アルゴリズムの詳細の機能フロー
図であり、 図12Bは、コードブック合成の詳細を示す音声圧縮ア
ルゴリズムの信号のフロー図であり、 図13は、音声伸長(デコンプレッション)アルゴリズ
ムの詳細の機能フロー図であり、 図14は、図6A、図6B及び図6Cのデータ/音声/ファク
スマルチプレクサの優先度を有する統計的な多重化を用
いて変形されたHDLC伝送パケットプロトコルのフローチ
ャートであり、 図15は、優先度を有する改善された統計的な多重化を
有する変形されたHDLCを用いて、複数のマルチプレクサ
間の接続を起動して確立するために用いられるリンク要
求フレームを示し、 図16は、音声/ファクスチャンネルデータを送信する
ために用いられる音声/ファクスデータフレームを示
し、 図17は、ネットワーキング環境において用いられるネ
ットワーク制御フレームを示し、 図18は、非同期チャンネルデータを送信するための非
同期チャンネルデータフレームを示し、 図19は、複数のマルチプレクサ間の通信に対して肯定
応答するために用いられる肯定応答フレームを示し、 図20Aは、2つの優先度レベルを有するマルチプレク
サの一実施例を示し、 図20Bは、2つの優先度レベルを有する、優先度を有
する改善された統計的なマルチプレクサの一実施例によ
って送信される多重化された高い優先度と低い優先度を
有するデータの一部分を示し、 図21は、ハイブリッドフレームにおける2つの優先度
レベルを有するデータを多重化する一例であり、 図22は、ハイブリッドフレームにおける2つの優先度
レベルを有するデータを多重化するもう1つの例であ
り、 図23は、3つの優先度レベルを有するマルチプレクサ
の一実施例を示す。
好ましい実施例の詳細な説明 好ましい実施例の次の詳細な説明においては、この一
部分を形成し、かつ本発明が実施される特定の実施例と
して図示された添付の図面を参照する。これらの実施例
は、当業者が本発明を実施しかつ使用できるように十分
に詳細に説明され、他の実施例が利用されてもよく、及
び電気的、論理的及び構造的な変更を本発明の範囲から
逸脱することなしに行ってもよいことが理解されるべき
である。従って、次に示す詳細な説明は限定する意味に
おいてなされているのではなく、本発明の範囲は添付の
請求の範囲によって定義される。
電話回線で音声およびデジタル情報の多重送信チャネ
リングを行う1つの試みがリチャード ディー.グリー
ンブラット(Richard D.Greenblatt)による米国特許
第5,136,586号においてなされている。グリーンブラッ
ト(Greenblatt)は、電話回線を介して伝送される音声
およびデジタル情報を分離するためにガードバンド信号
を用いたシステムを記載した。ドニーら(Doney,et a
l)による別の試みは、欧州特許第0 582 537号にお
いて、低速コミュニケーションリンク上で高優先度リア
ルタイムトラフィックの伝送が記載された。いずれのシ
ステムも、ここに記載されているような受信機サンプリ
ング率を改善するために使用する割込境界バイトカウン
トは記載されていない。
システムの概要 図3は、データ/音声/ファクスマルチプレクサ300a
は、電話装置からの音声情報と、ファクシミリ装置から
のファクシミリ情報と、データ端末装置(DTE)からの
非同期及び同期データとを受信し、これらの情報とデー
タとを1本のコンポジット通信リンクを介して伝送する
ために合成するように構成された通信システムである本
発明の好ましい実施例のための複数の接続の組み合わせ
を示すブロック図である。データ/音声/ファクスマル
チプレクサ300a及び300b(一般にデータ/音声/ファク
スマルチプレクサ300という。)はこのデータと情報を
多重化しかつ多重分離するように同様に構成される。こ
の接続の結果は、両方の場所のユーザに現れる通信の方
法における場所“A"と“B"との間での電話、ファクシミ
リ及びデータ通信を同時にかつトランスペアレントにさ
せることができる。
図3に図示された本発明は、例えば、コンピュータ、
端末、プリンタ、モデムなどの複数のデータ端末装置
(DTE)を、複数の非同期及び同期チャンネルを介して
場所“A"におけるデータ/音声/ファクスマルチプレク
サ300に接続する。また、例えば電話デスクセット、PBX
装置及びファクシミリ(ファクス)装置などの電話装置
はまたデータ/音声/ファクスマルチプレクサ300に接
続される。データ/音声/ファクスマルチプレクサ300
は、電話装置から特別に構成された複数の音声チャンネ
ルインターフェースを介して入力された複数のアナログ
音声チャンネル入力を、音声圧縮アルゴリズムを用いて
特別なパケットプロトコルをデジタル化し、圧縮し、か
つ符号化させるように構成される。マルチプレクサ300
はまた、ファクス画像データを受信して復調し、復号化
された画像データを特別なパケットプロトコルに変換す
るために、ファクス装置に接続するように構成される。
DTE装置からマルチプレクサ300によって受信された非同
期/同期データは、上記コンポジットリンクにおける多
重化及び同期伝送のために、パケット化された画像デー
タとパケット化されかつ圧縮された音声情報と合成され
る。
場所“B"において、マルチプレクサ300bは、場所“A"
におけるマルチプレクサ300aと同様に動作し、発信する
データ、音声又はファクス情報を多重化し、かつ場所
“A"から着信するデータを多重分離する。各マルチプレ
クサ300は、詳細後述する音声圧縮アルゴリズムを用い
て、電話装置からのデジタル化された音声データを圧縮
し又は伸長するように動作する。マルチプレクサ300は
また、3つの形式のすべてのデータ(DTEデータと、圧
縮された音声データと、ファクシミリ画像データ)は上
記コンポジットリンクを介した伝送のための特別なパケ
ットプロトコルを用いて合成され、例えばLAN信号など
の同期データは同様に変調されかつ復調される。コンポ
ジットリンク313は、例えば同期モデムを用いた公衆電
話回線、同期モデムを用いたプライベート専用回線など
のアナログ回線、又はDSU(デジタルサービス装置)を
用いたデジタル回線であってもよい。
ハードウエアの概要 図4に示すように、本発明は、多くの場合において、
圧縮された音声又はファクシミリ情報のデータパケット
のストリームを1つのデータストリームに沿って、RS23
2インターフェース303a−303nである複数の非同期デー
タチャンネル302a−302nを合成する。1つのパケット化
されたデータのストリームは同期モデム314を用いて1
本の電話回線315を介して遠隔の場所又はサイト(場所
“B")に送信される。詳細後述されるように、コンポジ
ットリンク313は、例えば、同期モデムを用いた公衆電
話回線、同期モデムを用いたプライベート専用回線など
のアナログ回線、又はDSU(デジタルサービス装置)を
用いたデジタル回線であってもよい。図4は、同期モデ
ム314を用いた公衆電話回線315である、ただ1つのその
ようなコンポジットリンクの実施例を示す。
図4に示すように、マルチプレクサ300aに接続された
ローカルの場所(場所“A")における基本的な構成要素
は、チャンネルポート302a−302nに接続された複数の端
末又はPC301a−301nであり、そして、チャンネルポート
302a−302nはRS232インターフェース303a−303nに接続
される。チャンネルポート302a−302nは、データプロセ
ッサ318のための複数のデータパケットを組み立てる
(アッセンブルする)マイクロプロセッサ306によって
制御されたデータバッファ304a−304nへのアクセスを提
供する。合成された複数のデータパケットは、従来の電
話回線315を介して高速で伝送するために同期モデム314
によって電話回線315に接続される。
個々のPCからの非同期データは、スタートフラグと、
ストップフラグを含む。非同期データは個々のPCから収
集され、それぞれがヘッダとトレーラーを有する複数の
同期データパケットに組み立てられる。回線は時間のほ
とんどの間データを伝送していないので、典型的には、
非同期回線の85%から90%までが効率的に用いることが
できない。統計的なマイクロプロセッサ314を用いるこ
とによって、上記回線のより効率的な使用のために、複
数のPC301a−301nに接続された幾つかの別々のチャンネ
ル302a−302nの散発的なデータのアクティビティ(活
動)を1本の回線315上に合成することができる。マイ
クロプロセッサは非同期データを統計的に多重化して収
集し、それを伝送のための複数の同期データパケットに
パケット化することができる。
同期データ伝送はまたフレーム形成のオーバーヘッド
(占有時間)を減少させることによって、非同期データ
伝送における効率を増大させる。データ伝送効率の増大
の一例によって、非同期データは、スタートビットとス
トップビットを有する各キャラクタをフレーム化するこ
とによってフォーマット化(定式化)された定義に従っ
ている。この処理は、非同期リンク上で1つの伝送にお
いて最大、ビットの1/3に評価されることが可能であ
る。これに対して、同期データは、まず最初に(受信先
アドレスを含む)ヘッダを含み、それに続いて複数のデ
ータキャラクタのブロックが続き、それに続いて、例え
ばエラー訂正コード、チェックサムなどのトレーラー情
報が続く1つのパケットで伝送される。そのパケットが
アドレス指定されているので、統計的なマルチプレクサ
は、非同期データ回線の要求及び使用に基づいて、上記
パケットを、他の非同期データとともに、任意の順序で
配置することができる。
複数のPC301a−301nに接続された複数の非同期チャン
ネル302a−302nからのデータは、まず最初にバッファ30
5を介して緩衝され、内部マイクロプロセッサ306によっ
て収集された後、統計的な多重化のためにマイクロプロ
セッサに送られる。マイクロプロセッサ306は、同期コ
ンポジットリンクを介した伝送のため、音声及びファク
スデータパケットと多重化するために、アドレス及びエ
ラー訂正データによってフレーム形成されデータプロセ
ッサ318に送られる同期データパケットの形式で、デー
タを同期データのストリームに組み立てる。
コンポジットリンク315は、デジタル又はアナログネ
ットワークリンク、簡単な1本のアナログ専用回線、4
線式の専用回線、又はプライベート回線であってもよ
い。コンポジットリンクを介する通信は、典型的には、
300乃至19.2kbps,38.4kbpsで動作する特別な同期モデ
ム、又は9600bpsから256Kbpsを超えるビットレートで動
作する複数のDSU(デジタルサービス装置)を用いてな
される。コンポジットリンクを介して伝送されるデータ
の管理及び制御フォーマットは、詳細後述される。この
フォーマットは、モデム間通信又はDSU間通信のために
用いられるハイレベル同期データリンク制御フォーマッ
ト(HDLC)と同様である。上記HDLCの専売の変形された
形式が、変形されたHDLC又はMHDLCと呼ばれる本発明の
好ましい実施例とともに用いられる。MHDLCは、上記コ
ンポジットリンクのより効率的な使用を達成するため
に、優先度を有する改善された統計的な多重化(APSM)
と組み合わせて用いられる。
マイクロプロセッサの概要 図4Bは、複数のカードに対する物理的な実施に従って
分割されて図示された複数の回路を有する1つのデータ
/音声/ファクスマルチプレクサ300のブロック図であ
る。当業者は、本発明の物理的な実施はここで説明され
た物理的な分割(仕切り分け)に従う必要がないという
ことを容易に認識するであろう。マルチプレクサ300
は、各終端の端末におけるユーザに対して同時に現れる
形式で、データ、音声及びファクシミリデータを伝送す
るために、統計的な時分割多重化を使用する。本発明の
図示された実施例においては、2枚の8チャンネルイン
ターフェースカード401a及び401bは、複数のPC、メイン
フレームコンピュータ、及び他のDTE装置との接続のた
めに、全部で16個のRS232非同期ポートを提供するよう
に含まれ、以下に図示されるように、より多くのチャン
ネルカードをサービスされる非同期チャンネルの数を拡
張するために付加してもよい。好ましい実施例において
は、32個の非同期チャンネルは4枚の8チャンネルカー
ドを用いてインターフェースが取られる。複数のチャン
ネルは、音声チャンネル装置(VCE)チャンネル1回路3
08又はVCEチャンネル2回路309(両方は1枚のカード上
で構成されたVCEチャンネルである)からのパケット化
された音声又はファクシミリ情報と多重化するために、
緩衝されかつホスト又は統合カード400と接続される。
当業者は、可変数の非同期RS232ポートカードと可変
数の音声又はファクシミリインターフェースカードが、
本発明の範囲を減縮することなしに、本発明の好ましい
実施例において結合又は合成してもよいことを、容易に
認識するであろう。従って、データ/音声/ファクスマ
ルチプレクサ300の設計は、複数のカードの付加で当該
システムの能力を拡張することを可能にするために、モ
ジュール方式を有する。図4Bにおいて図示された好まし
い実施例においては、1枚のカード上における2枚のVC
Eチャンネルカード308及び309は、パケット化してコン
ポジットリンク回線313a及び313bを介して伝送するた
め、ファクシミリ又はアナログ音声情報接続を送信し/
受信するために用いられる。モジュール方式の設計の一
部として、データ音声/ファクス/マルチプレクサ300
の好ましい実施例は、ポート403a及び403bにそれぞれ接
続された2本の従来の回線313a及び313bとともに図示さ
れている。ネットワークポート403a及び403bはそれぞ
れ、アナログ回線のために従来の同期モデム314を用い
た複数の回線を分離するようにインターフェースをと
り、又はデジタル回線のために複数のDSU(デジタルサ
ービス装置)とインターフェースを取る。
ファクス装置からのファクシミリ情報は、VCEチャン
ネル1回路308又はVCEチャンネル2回路309上で電話接
続として受信される。ファクシミリ情報は、複数の画像
又は画素パケットが再生されるように復調することによ
って、アナログ搬送波が除去される。次いで、画像又は
画素パケットは、データプロセッサ318によって受信さ
れるべきデュアルポートRAM307を通過する。データプロ
セッサ318は、コンポジットリンク回線313a又は313bの
1つをわたってそれぞれネットワークポート403a又は40
3bを介する、統計的な多重化と伝送のために、複数のフ
ァクシミリ又は画素パケットを、非同期データチャンネ
ル401a−410bから受信された複数の同期データパケット
と合成する。
さらに、又はとって代わって、VCEチャンネル1回路3
08又はVCEチャンネル2回路309のいずれかに接続された
電話装置は、アナログ音声情報を受信し、音声情報をデ
ジタル化し、上記デジタル化された音声情報を複数のパ
ケットに符号化し、データプロセッサ318による受信の
ために、当該複数のパケットをデュアルポートRAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)307にロードするであろう。次
いで、これらの圧縮された複数の音声パケットは、コン
ポジットリンク回線313a又は313bを介しての多重化され
た伝送のために、非同期チャンネルカード401a及び401b
からのファクシミリ画像パケット及び/又は非同期デー
タパケットとともに統計的に多重化される。複数のパケ
ットは収集され、専売の同期データリンクフォーマット
を用いて電話回線を介して伝送され、本発明の説明の目
的のために、上記同期データリンクフォーマットは、詳
細後述される専売の優先度を有する統計的な多重化アル
ゴリズムを用いた変形された高速データリンク制御、す
なわちMHDLCとして説明される。
音声/ファクシミリチャンネルインターフェースの動作 図4BのVCEチャンネル1回路308とVCEチャンネル2回
路309は、電話やファクシミリ装置に信号を送信しかつ
それらからの信号を受信するようにパラレルで動作する
ことができる同一の回路である。FXSとFXOとE&Mとラ
ベル付けされた3つのタイプの電話回線インターフェー
スは、VCEチャンネル1回路308及びVCEチャンネル2回
路309に対して図4Bにおいて図示されている。FXSという
頭字語は外国の交換局(Foreign Exchange Station)に
対するものである。FXSインターフェースは、ループス
タート又はグラウンドスタート構成のいずれかとして標
準のチップ及びリング2線式電話接続の加入者側をまね
て構成している。FXOという頭字語は外国の交換電話局
(Foreign Exchange Office)に対するものである。FXO
インターフェースは中央局又は電話局(セントラルオフ
ィス)、もしくは、標準のチップ及びリング2線式電話
接続のプロバイダ側をまねて構成している。E&Mとい
う頭字語は、トランク信号方式のために、“受信され
た”信号における“e"と“送信する”信号における“m"
として電話回線図において従来から歴史的に示されてい
る。E&Mインターフェースは、典型的なPBXトランク
インターフェースをまねて構成している。
図6により詳しく示されているように、各音声チャン
ネル・カードは、三つのインタフェース、すなわち、異
なるタイプの電話装置(telephone equipment)につな
ぐための種々多様な接続能力を提供するFXS、FXOおよび
E&Mというインタフェースを扱うことができる。これ
らのタイプの接続のうちの4つを図5A〜5Dに示す。
図5Aに示すように、電話またはファクシミリ装置を場
所「A」においてFXSインタフェースに接続でき、この
装置には、そのインタフェースは標準的なチップおよび
リングの2線式アナログ電話接続の加入者側に接続され
ているかのように見える。図4Aおよび4Bに示されるVCE
チャンネル1の回路308またはVCEチャンネル2の回路30
9におけるFXS接続は、この電話装置には電話中央局(C
O)であるように見えるであろう(またはCOのPBXと同様
の機能を有する装置(PBX−mimic)のように見えるであ
ろう)。このようにして、図5Aの場所「A」においてFX
Sインタフェースに接続された標準の電話のハンドセッ
トをユーザが取り上げると、場所「B」における電話ま
たはファクス(FAX)装置のベルが鳴るであろう。
図4Aおよび4Bに示されたVCEチャンネル1の回路308ま
たはVCEチャンネル2の回路309におけるFXOインタフェ
ースにPBXを接続してもよい。図5Bを参照すると、場所
「B」におけるPBXは、マルチプレクサ300bのFXOインタ
フェースに取り付けられている。場所「B」におけるこ
のPBXは、そのマルチプレクサのFXOインタフェースを一
つの電話装置として調べ、PBX接続に応答する。場所
「A」における電話またはFAX装置はマルチプレクサ300
aのFXSインタフェースに接続されているが、場所「B」
におけるステーション(局)接続につながっているよう
に見える。そして場所「A」における電話またはFAX装
置は、場所「B」におけるPBXによってサービスが提供
される任意の内線電話機(extension)に内線でダイヤ
ルすることができ、または、そのPBXから出ていくロー
カルな公衆電話交換網(local Public Switched Teleph
ones Network)(PSTN)にダイヤル信号を送出すること
ができる。場所「A」における電話またはFAX装置は場
所「B」におけるPBXに直接に接続されているように見
える。
またPBXのトランクのインタフェースを、図4Aおよび4
Bに示したVCEチャンネル1の回路308またはVCEチャンネ
ル2の回路309におけるE&Mインタフェースに接続し
てもよい。図5Cを参照すると、場所「B」におけるPBX
のトランク・インタフェースはマルチプレクサ300bのE
&Mインタフェースに取り付けられている。場所「B」
におけるPBXは、そのマルチプレクサのE&Mインタフ
ェースをトランク電話回線(trunk telephone line)と
して調べてPBX接続に応答する。マルチプレクサ300aのF
XSインタフェースには場所「A」における電話またはFA
X装置が接続されているが、トランク・インタフェース
を介して場所「B」におけるPBXに接続されているよう
に見える。そして場所「A」における電話またはFAX装
置は、場所「B」におけるPBXによってサービスが提供
される任意の内線電話機にダイヤルすることができ、ま
たは、そのPBXから出ていくローカルな公衆電話交換網
(PSTN)にダイヤル信号を送出することができる。場所
「A」における電話またはFAX装置は場所「B」におけ
るPBXに直接に接続されているように見える。場所
「B」におけるPBXによってサービスが提供される電話
またはFAX装置は、場所「A」に対する適切なトランク
番号を呼び出すことにより場所「A」の電話またはFAX
装置にアクセスすることができる。
図4Aおよび4Bに示したVCEチャンネル1の回路308また
はVCEチャンネル2の回路309におけるE&Mインタフェ
ースに、場所「A」および「B」の双方におけるPBX装
置のPBXトランク・インタフェースを接続してもよい。
図5Dを参照すると、マルチプレクサ300aのE&Mインタ
フェースには場所「A」におけるPBXのトランク・イン
タフェースが取り付けられており、マルチプレクサ300b
のE&Mインタフェースには場所「B」におけるPBXの
トランク・インタフェースが取り付けられている。場所
「A」におけるPBXは、マルチプレクサのE&Aインタ
フェースをトランク電話回線として調べてPBX接続に応
答し、場所「B」におけるPBXは、マルチプレクサのE
&Aインタフェースをトランク電話回線として調べてPB
X接続に応答する。両PBXは、他方のPBXをトランク回線
(trunk line)による直接接続として調べる。そうする
と、場所「A」における電話またはFAX装置は、場所
「B」におけるPBXによってサービスが提供される任意
の内線電話機にダイヤルすることができ、または、場所
「B」におけるPBXから出ていくローカルな公衆電話交
換網(PSTN)にダイヤル信号を送出することができる。
同様に、そのとき、場所「B」における電話またはFAX
装置は、場所「A」におけるPBXによってサービスが提
供される任意の内線電話機にダイヤルすることができ、
または、場所「A」におけるPBXから出ていくローカル
な公衆電話交換網(PSTN)にダイヤル信号を送出するこ
とができる。
非同期チャンネル・カード 図6Aは、非同期チャンネル・カードの詳細ブロック図
である。上述のように、本システムは、非同期チャンネ
ル・インタフェースの数が可変となるように、その設計
がモジュラーなものとなっている。このようにして、図
6Aには、それぞれが8個のRS232インタフェースからの
非同期データを集めることができる、合計32個のRS232
インタフェース用のチャンネル・ボード600a、600b、60
0c、600dが示されている。
各チャンネル・ボード600a、600b、600c、600dは、設
計が同一であって、通常は、チャンネル・ボード600と
して参照される。各チャンネル・ボードはチャンネル・
プロセッサ306によって制御され、I/Oインタフェース60
2a、602b、602c、602dを介して8個のチャンネルからお
よび8個のチャンネルへ、非同期データを集めおよび分
配する。このI/Oインタフェースは、データ経路を共有
するバスを介してチャンネル・プロセッサ306と通信す
る。チャンネル・プロセッサ306は、動作および制御(o
peration and control)のプログラムを格納するために
ローカルRAMメモリを604を利用する。集められた非同期
データまたは分配されるべき非同期データは、図6Bの統
合カードまたはボード(aggregate card or board)400
から、および統合カードまたはボード400へ、チャンネ
ルデータバス605に沿って転送される。このチャンネル
データバス605は、結合点Aを経て図6Bに続いている。
上記に代わる本発明の実施形態では、チャンネル・プ
ロセッサ306は、規格であるCCITT V.42bにおいて使用さ
れているアルゴリズムのような圧縮アルゴリズムを使用
して上記非同期データを圧縮することができる。また、
チャンネル・ボード600a、600b、600c、600dは、コンポ
ジット・リンク(複合リンク)において多重化するため
の非同期データを受信するよう動作することができる。
統合カード 図4Bの統合カード400を図6Bのブロック図において更
に詳細に示す。データプロセッサ318は、統合カード400
の内部動作を制御し、バス605から非同期データを集
め、インタフェース607から音声およびFAXデータパケッ
トを集め、種々のデータパケットおよび呼信号パケット
(call signalling packet)を多重化し同期データパケ
ットに組み立てるという機能を実行する。好ましい実施
形態におけるデータプロセッサ318はZ180マイクロプロ
セッサである。内部バス608上のRAMメモリ611は、デー
タプロセッサ318をサポートして、制御プログラムを格
納し、接続607を介して音声/FAXボード402から受け取る
パケット情報のバッファリングを行う。同期データパケ
ットは、データプロセッサ318から内部バス608に沿って
シリアル通信コントローラ609へと送られる。シリアル
通信コントローラ609は、内部バス608から分離された制
御線によりデータプロセッサ318の制御の下で動作す
る。同期データストリームは、コンポジット・リンクと
しての、シリアル通信コントローラ609を通過する種々
の経路を経由して、伝送することができる。外付けの同
期モデム314aおよび314bは、活性2線式(active two−
wire)または4線式の専用回線上でモデム通信を提供
し、または、代替の通信経路として、DSU(デジタルサ
ービスユニット)610aおよび610bを経由してデジタルデ
ータ・ネットワークへと至る通信経路を確立することが
できる。
データプロセッサ318はコマンドプロセッサ612の直接
の制御下にあり、このコマンドプロセッサは、コンフィ
ギュレーション情報および動作パラメータ(operating
parameter)の調整のために、ステータスおよび制御用P
C(パーソナルコンピュータ)(the status and contro
l PC)へのローカルな接続、ならびに、ダイヤルアップ
・モデム615を介しての遠隔地(remote site)における
ステータスおよび制御用PCへの遠隔接続を、サポートす
る。このコマンドプロセッサは、コンフィギュレーショ
ン情報および動作パラメータを不揮発性のEPROMメモリ6
14に保持する。
音声/FAXカード デュアルチャンネルの音声/FAXカード402を図6Cの詳
細ブロック図に示す。図5における音声チャンネル装置
(VCE)チャンネル1の回路402aおよびVCEチャンネル2
の回路402bは、図6Cに示した単一のカード402上に実現
されている。ローカルな入力のアナログ音声情報または
FAXの搬送波(local incoming analog voice informati
on or fax carrier)はFXSインタフェースで受信され
る。遠隔の再構成されたアナログ音声情報またはFAXの
搬送波はFXOインタフェースにおいて局所的に生成され
る。PBXトランク信号(PBX trunk signalling)は、E
&Mインタフェースにおいて生成される。
入力のアナログ音声情報またはFAXの搬送波はFXSイン
タフェース624aおよび624bで受信され、アナログからデ
ジタルへの変換器(A/D変換器)622aまたは622bによ
り、それぞれアナログ情報からデジタルサンプル値に変
換される。このデジタルサンプル値はデジタル信号処理
プロセッサ620に渡され、プロセッサ620は、FAX情報が
検出された場合にはFAXの搬送波情報をデコードし、音
声情報が検出された場合には音声データを圧縮する。音
声圧縮アルゴリズムは以下においてより十分に説明す
る。圧縮された音声データはデジタル信号処理プロセッ
サ620によってパケットに格納され、結合点Bを経てイ
ンタフェース607を介して図6Bのデータプロセッサ318へ
渡される。FAXのピクチャ・データは、デジタル信号処
理プロセッサ620により同様にパケット化され、図6Bの
データプロセッサ318に渡される。
詳細な電気回路図 図7A〜7I、8A〜8I、9A〜9Iおよび10A〜10Iは、図6Cに
おいてブロック図の形式で描かれた回路の詳細な電気回
路図である。図7Aにおいて、DSP56002の回路U14が、デ
ジタル化された音声信号を圧縮し伸長すると共にコール
プログレス信号を処理する機能を果たす図6Cのデジタル
信号処理プロセッサ(DSP)620に相当する。コールプロ
グレス信号は、FXS、FXOおよびE&Mインタフェースを
介して音声圧縮または伸長を開始する前に、呼を確立す
る。またDSP56002は、FAX音(fax tone)を検出してFAX
の変調および復調を行い、デジタル領域(digital doma
in)において遠端のエコーキャンセル(far−end echo
−cancellation)を実行するという機能を果たす。
DSP56002の回路U14は、FXS、FXOおよびE&Mインタ
フェースを制御することにより、チャンネル1用のバッ
ファ回路U2およびチャンネル2用のバッファ回路U3を経
由しデータバスD0〜D23を介してコールプログレスを処
理する。例えば、FXSインタフェースについては、DSP56
002の回路U14は、電話のリング(ring)を制御し電話の
オフフック(off−hook)を検出するよう動作する。FXO
インタフェースについては、DSP56002の回路U14は、PBX
からのリング(呼出信号)を検出してオフフック信号
(応答信号)をPBXのステーション側に返すよう動作す
る。E&Mインタフェースについては、DSP56002の回路
U14は、主としてトランク信号(trunk signalling)用
のEリード線およびMリード線を制御するためにPBXの
トランクに接続するよう動作する。集積回路U1は、図7B
に示すステータス表示器であるLEDの制御に使用される
バッファ回路である。
上述のように、音声/FAXボードのチャンネル1および
チャンネル2は、同一のものであって、図5における音
声チャンネル装置(VCE)のチャンネル1の回路402aに
対応する。図10Aおよび10Bの電気回路図には一つのチャ
ンネル回路のみが示されており、図7Bの電気回路図に示
された(複数の)制御信号のラベルは、チャンネル1を
示すいずれの制御信号のラベルの前にも「B」を置くこ
とにより一致する。例えば、図7Bの電気回路図の信号E
&Mは、チャンネル2に対する図10Aの電気回路図の信
号E&Mに一致し、図7Bの電気回路図の信号BE&Mは、
チャンネル1に対する図10Aの電気回路図の信号E&M
に一致する。図10Aおよび10Bにおいて、音声/FAXカード
402に対するFXS、FXOおよびE&Mの接続が図10Bの右側
に示されている。E&Mトランク回線のコネクタJ5は、
2線式および4線式インタフェースの双方に対応する。
図8Aおよび8Bを参照すると、デュアルポートRAMメモ
リU10が、図6C、5および4のデュアルポートRAMメモリ
307に相当する。デュアルポートRAMメモリ307は、図6B
のコマンドプロセッサ612へおよびコマンドプロセッサ6
12から音声およびFAXパケットを転送するために使用さ
れる。図8Aおよび8Bの上部におけるSRAM回路U5、U6およ
びU7は、図6CのRAMメモリ618に相当する。このメモリ
は、(図6CのDSP620に相当する)図7AのDSP U14用の動
作プログラム(operating program)を格納している。D
SP U14はSRAMメモリU5、U6およびU7から供給されるプロ
グラムコードを実行するが、このコードは図8BのEPROM
回路U8およびU69に相当する図6Cの不揮発性のEPROMメモ
リ619に永久的に記憶されている。このコードはRAMメモ
リ618からは格段に速く実行することができるため、こ
の動作コードはシステムの電源の立ち上げ時にEPROM618
からRAM619にロードされる。
図9Aおよび9Bを参照すると、コネクタJ1は図6Bのメイ
ン統合ボードとのインタフェースである。図9Bの最上部
における演算増幅器は、利得の制御およびアナログ音声
信号のレベルの制御のために使用される。交流(リング
電圧)および直流の電圧源は、これらの回路図には示さ
れていない。
図6Cのチャンネル1用のCODEC(符復号器)621aは、
図8BのCODEC回路U24に相当する。図6Cのチャンネル2用
のCODEC621bは、図8BのCODEC回路U16に相当する。CODEC
U24およびU16は、アナログからデジタルへの(A/D)変
換器およびデジタルからアナログへの(D/A)変換器を
有している。
エコーキャンセル、音声のデジタル化および音声の圧
縮に関する更なる詳細は、1995年9月19日に発行された
「COMPUTER−BASED MULTIFUNCTION PERSONAL COMMUNICA
TIONS SYSTEM(コンピュータに基づく多機能パーソナル
通信システム)」という名称の米国特許第5,452,289号
の中に見ることができる。この特許は本発明と同一の譲
受人に譲渡されている。DSP56002であるDSP U14は、199
3年にモトローラ社(Motorola,Inc.)によって発行され
たDSP56002デジタル信号処理プロセッサ・ユーザマニュ
アルにおいて、より十分に説明されている。CODECチッ
プU16およびU24は、好ましい実施形態では、AT&Tマイ
クロエレクトロニクス(AT&T Microelectronics)によ
って製造され販売されている部品番号T7540のデジタル
電話用CODEC(符復号器)である。この電話用CODECチッ
プU12の更なる詳細は、1991年7月にAT&Tマイクロエ
レクトロニクスによって発行されたT7540デジタル電話
用CODECのデータシートおよび補遺において説明されて
いる。
音声圧縮 本システムの、デジタル化された音声情報(speech i
nformation)を圧縮/伸長するための音声圧縮アルゴリ
ズム(Speech Compression Algorithm)は、図6CのDSP6
20によって実行されている。アナログの音声信号は、電
話用CODEC回路621aまたは621bによって受け取られてデ
ジタル化される。このデジタル音声情報は、デジタル電
話用CODEC回路から、音声圧縮アルゴリズムを実行する
ようにプログラムされたデジタル信号処理プロセッサ
(DSP)620へ渡される。DSP620は、音声を圧縮し、音声
の圧縮されたデジタル表現を以下においてより十分に説
明される特別な音声パケットの中に格納される。この音
声圧縮アルゴリズムの結果として圧縮音声情報は、図6B
の統合ボードに転送するためにデュアルポートRAM回路3
07に渡される。
音声圧縮アルゴリズム 高忠実度(ハイファイ)の音声をデジタルデータと多
重化し、電話回線上において双方を伝送するために、通
常、高い利用可能な帯域幅が必要になるであろう。本発
明では、アナログ音声情報が8kHzのサンプリング・レー
ト(標本化周波数)で8ビットのPCMデータへとデジタ
ル化されることにより、64,000bpsのシリアル・データ
レートのシリアル・ビットストリームが生成される。以
下に述べる音声圧縮アルゴリズムにより、64kbsのデジ
タル音声データを(浮動小数点ではなく)固定小数点の
DSPを用いて9500bpsの符号化ビットストリームへと圧縮
し、これにより、FAXデータ、チャンネル2の圧縮音
声、または非同期データと多重化された電話回線上にお
いて、チャンネル1の圧縮音声を伝送できるようにす
る。これは、同一の固定小数点のDSP620においてエコー
キャンセルを可能とするために、リアルタイムの音声圧
縮の間に十分なマシンサイクルが残るような効率のよい
方法で行われる。
音声および非同期データの伝送を効率よく時分割多重
化するためにデータプロセッサ620がコンポジット・リ
ンク上において音声データパケットの代わりに非同期デ
ータを使用することを可能とする音声信号における沈黙
区間を検出するために、無音検出機能(silence detect
ion function)が使用される。非同期データに対する時
間の割り当ては、音声チャンネルのそれぞれにおける無
音の程度に応じて絶えず変化している。
本システムの音声圧縮アルゴリズムは、人間の音声が
音声パターンに固有の冗長性を有することを示す人間の
音声のモデルに基づいている。増分イノベーション(in
cremental innovations)(変化)のみが伝送される必
要がある。このアルゴリズムは、128個のデジタル化さ
れた音声サンプル(6400Hzにおいて20ミリ秒)で動作
し、その音声サンプルをそれぞれ32個のサンプル(5ミ
リ秒)から成る時間セグメントに分割し、各セグメント
に対して予測符号化を使用する。このようにして、この
アルゴリズムへの入力は、6400Hzまたは8000Hzのいずれ
かで標本化されたPCMデータであればよい。標本化が800
0Hzで行われた場合、または選ばれた他の任意のサンプ
リング・レートで標本化された場合、入力のサンプルデ
ータストリームは、音声データを処理する前に8000Hzか
ら6400Hzへとサンプリング・レートを低減(ダウンサン
プリング)されなければならない。出力部において、そ
の6400HzのPCM信号は補間されることにより8000Hzに戻
され、CODECに渡される。
このアルゴリズムにより、現時点のセグメントは再現
された過去のセグメントに基づいてできるだけ精度よく
予測され、差信号が求められる。その差の値は、ルック
アップテーブルまたはコードブックに格納された差の値
と比較され、各セグメントに対して、最も近い値のアド
レスが予測の利得およびピッチと共に遠隔地(remote s
ite)へ送られる。このようにして、20ミリ秒の音声全
体を190ビットで表現することができる。
この圧縮を行うために、本システムは、最小の計算能
力および帯域幅で最大の忠実度が得られるように設計さ
れたユニークなベクトル量子化(VQ)音声圧縮アルゴリ
ズムを用いている。このVQアルゴリズムには二つの大き
な構成要素がある。第1の部分は、短期間および長期間
の冗長性を除去することにより入力音声信号のダイナミ
ックレンジを低減する。この低減は波形領域(waveform
domain)で行われ、このとき、合成された部分(synth
esized part)は「新規な」増分量(incremental“new"
content)を求めるための基準として使用される。第2
の部分は、その残差信号を、音声信号の一般的なスペク
トル形態(general spectral shape)を保存するために
最適化されたコードブックに写像する。
図11は、本システムにおいて使用される音声圧縮アル
ゴリズムの高レベルの信号伝達ブロック図であって、こ
のアルゴリズムは、データ動作モードにおける音声の形
で電話回線上を伝送するために、または、パーソナルコ
ンピュータにおいて記憶し使用するために、デジタル化
された音声を圧縮するためのものである。構成要素であ
る送信機および受信機は、図6CのDSP620を使用して実現
される。
直流除去の段1101はデジタル化音声信号を受け取り、
長期間の平均を算出してそれを各サンプル値から差し引
くことにより直流バイアスを除去する。これにより、そ
の音声のデジタル・サンプルが平均値である零の付近に
集中することが保証される。プレエンファシスの段1103
は、低域における余分なエネルギーを高域で低減された
エネルギーとバランスさせることにより、音声信号のス
ペクトルの中身を白色化する。
本システムは、合成段(synthesis stage)1107によ
って合成され再構成された過去のサンプル値から予測値
を差し引くことにより、現時点の音声セグメントにおけ
るイノベーション(新規部分)(innovation)を見つけ
る。この方法は、過去の音声サンプルの合成を局所的に
必要とする(合成による分析)。送信機における合成ブ
ロック1107は、受信機における合成ブロック1113と同一
の機能を実行する。再構成された以前の音声セグメント
が現在のセグメント(予測前)から差し引かれると、誤
差信号の形で差の項が生成される。この残存誤差は、コ
ードブック1105において最も合致したものを見つけるた
めに使用される。このコードブック1105は、話者および
環境の代表集合から生成されたコードブックを使用して
誤差信号を量子化する。最小平均二乗誤差によるマッチ
ングが行われる。更に、このコードブックは、量子化誤
差にスペクトルのロールオフ(低い周波数において量子
化誤差が大きく、高い周波数において量子化誤差が小さ
い)が見られるように設計される。このようにして、再
構成された信号における量子化雑音のスペクトル(周波
数域)は、常に、基になる音声信号よりも小さくなる傾
向にある。
チャンネル1111は、圧縮された音声ビットが下記のパ
ケットフォーマットを用いてデータビットと多重化され
る、統合ボード402およびコンポジット・リンクに相当
する。音声ビットは5フレームずつパケットに入れて送
られ、各フレームは128個のサンプルによる20ミリ秒の
音声に相当する。そのパケットのサイズは、使用される
圧縮のタイプに依存する。8k、9.6kおよび16kと呼ばれ
る三つのプログラムを説明する。8kおよび9.6kのアルゴ
リズムでは24バイトのパケットとなるが、16kのアルゴ
リズムは各20msの音声セグメントに対して48バイトのパ
ケットを生成する。
20msの各フレームは、それぞれ5msから成る4個のサ
ブブロックすなわちセグメントに分割される。データの
各サブブロックは、長期間予測子(long term predicto
r)のための複数ビットと、長期間利得のための複数ビ
ットと、サブブロック利得のための複数ビットと、それ
ぞれ5msの各コードブック・エントリのための複数ビッ
トとから構成される。コードブック・エントリのための
ビットは、1.25msの期間の、256の長さのコードブック
内の4個または5個のエントリから構成される。このコ
ードブックのブロックにおいて、それぞれ1.25msの音声
は、最も合致するものを見つけるために256ワードのコ
ードブックで調べられる。実際のサンプルではなく、テ
ーブル・エントリが送信される。コードブック・エント
リは、以下においてより十分に説明されるように、代表
の音声セグメントから予め算出される。
受信端1200では、受信機における合成ブロック1113が
送信機における合成ブロック1107と同一の機能を実行す
る。合成ブロック1113は、利得およびピッチの値とコー
ドブックにおいて最もよく合致した誤差信号に対応する
コードブックのアドレスとを用いることにより、音声デ
ータパケットから元の信号を再構成する。受信機におけ
るコードブックは、送信機におけるコードブック1105と
同様のものである。このようにして、合成ブロックは元
のプレエンファシスされた信号を再現する。デエンファ
シス段1115は、元の音声信号のバランスを回復すること
により、プレエンファシス操作と逆の操作を行う。
音声圧縮アルゴリズム全体は次のように要約される。
a)デジタル的に音声を標本化することにより、毎秒1
6,000サンプル、毎秒9600サンプル、または毎秒8,000サ
ンプルで標本化されたPCMサンプルのビットストリーム
を生成する。
b)標本化データを間引くことにより、実際の全てのサ
ンプリング・レートから毎秒8,000サンプルという共通
のサンプリング・レートを生成する。
c)音声信号における直流バイアスを除去する。
d)信号のプレエンファシスを行う。
e)再構成された過去のサンプル値から予測値を差し引
くことにより、現時点の音声セグメントにおけるイノベ
ーションを見つける。このステップは、残存誤差がシス
テムにフィードバックされるように、過去のサンプルの
合成を局所的に必要とする(合成による分析)。
f)話者および環境の代表集合から生成されたコードブ
ックを使用して誤差信号を量子化する。5msのセグメン
トにおいて最小平均二乗誤差によるマッチングが行われ
る。更に、このコードブックは、量子化誤差にスペクト
ルのロールオフ(低い周波数において量子化誤差が大き
く、高い周波数において量子化誤差が小さい)が見られ
るように設計される。このようにして、再構成された信
号における量子化雑音のスペクトル(周波数域)は、常
に、基になる音声信号よりも小さくなる傾向にある。
g)送信機および受信機において、量子化された誤差信
号から上記ステップ(e)における機能(function)と
逆の機能を用いて音声を再構成する。この信号を、合成
による分析のため及び下記の再構成段への出力のために
使用する h)デエンファシス・フィルタを使用することにより出
力を再構成する。
他の低ビットレートのアルゴリズムに対するこの手法
の大きな利点は、如何なる複雑な反射係数の計算も必要
とされないことである(逆行列の計算も格子型フィルタ
の計算も必要ではない)。また、出力音声における量子
化雑音は音声信号に隠され、ピッチ・トラッキングの人
為性(pitch tracking artifact)が存在しない。すな
わち、その音声は「自然に」聞こえ、低ビットレートの
バックグランド・ヒス(backgroud hiss)が少しだけ増
大する。計算の負荷は、VSELPアルゴリズムに比べて有
意に低減され、本アルゴリズムの変形例として、このよ
うに8、9および16Kbit/sのビットレートが得られ、ま
た9.2kbits/s、9.5kbits/sおよび他の多くのレートを得
ることもできる。分析部の全体の遅延は、好ましい実施
形態において20ミリ秒よりも短い。本アルゴリズムは完
全に波形領域において実行され、スペクトル情報が計算
されることはなく、フィルタ計算も不要である。
音声圧縮アルゴリズムの詳細な説明 図11から図13を参照しつつ、および、図6Cに示した本
システムのハードウェア構成要素のブロック図を参照し
つつ、音声圧縮アルゴリズムを更に詳しく説明する。図
7A〜10Bにおける詳細な回路図も参照する。この音声圧
縮アルゴリズムは、DSP回路620のプログラム制御の下で
動作する。動作中において、音声すなわちアナログ音声
信号(speech or analog voice signal)は、FXSのよう
な電話インタフェースを介して受信され、CODEC回路621
aまたは621bによってデジタル化される。回路621aまた
は621bのCODECは圧伸μ則(companding μ−law)のCOD
ECである。電話インタフェースからのアナログ音声信号
は、約3,000Hzに帯域制限されていて、選定されたサン
プリング・レートでデジタル電話用CODEC621aまたは621
bによって標本化される。本発明の好ましい実施形態に
おけるサンプリング・レートは、8kb/s、9.6kb/sおよび
16kb/sである。各サンプルは8ビットのPCMデータに符
号化され、シリアルの64kb/s、76.8kb/sまたは128kb/s
の信号がそれぞれ生成される。デジタル化されたサンプ
ルはDSP620に渡される。そこでは、8ビットのμ則PCM
データが13ビットの線形PCMデータに変換される。この1
3ビットの表現は、対数特性の8ビットのμ則PCMデータ
の線形バーション(linear version)を正確に表すのに
必要である。線形PCMデータにより、より単純な数学的
処理がPCMデータに対して実行される。
電話用μ則CODEC621aまたは621bによる標本化されデ
ジタル化されたPCM音声信号は、クロックが供給されて
所定のクロック周波数に同期化された直結のデータ線に
よってDSP620に渡される。本発明の好ましい実施形態に
おけるCODEC621aまたは621bのサンプリング・レート
は、8kb/s、9.6kb/sおよび16kb/sである。デジタル化サ
ンプルは、シリアル入力を経由して一度に一つずつDSP6
20内へロードされて、RAMに保持される内部キューの中
へ格納され、線形PCMデータに変換され、間引きによっ
て6.4Kb/sのサンプリング・レートへとダウンサンプリ
ングされる。サンプルがDSP620のRAM内のキューの後尾
へロードされると、キューの先頭のサンプルに対して音
声圧縮アルゴリズムによる操作が行われる。この音声圧
縮アルゴリズムは、そのとき、音声信号の大幅に圧縮さ
れた表現をデジタルパケットの形で生成する。この圧縮
された音声信号のパケットは、その後、送信のためのデ
ータプロセッサ318により使用するために、図6Cに示し
たデュアルポートRAM回路308に渡される。
この送信の動作と並行して、DSP620は、デュアルポー
トRAM回路307から圧縮された音声データを受け取り、そ
の音声データを伸長し、アナログからデジタルへの変換
(A/D変換)および図6Cの電話インタフェースのうちの
一つを介してのユーザへの最終的な転送のために、伸長
され再構成されたデジタルPCM音声データをデジタル電
話用CODEC621aまたは621bへ転送する。これは、図11の
受信機ブロック1200に対応するとともに図13の伸長アル
ゴリズムに対応する、DSP620の動作の受信モードであ
る。このようにして、DSP回路620は全二重方式で両方向
の音声データを処理する。
デジタル信号処理プロセッサ(DSP)620は、両方向に
おいてほぼ8KHzのサンプリング・レートでデータを処理
している間、ほぼ24.576MHzのクロック周波数で動作す
る。この音声圧縮/伸長アルゴリズムおよび音声データ
のパケット化は、速くて効率的な方法で行われて、全て
の処理がリアルタイムで音声情報を失うことなく行われ
ることが保証される。これは、同一の固定小数点のDSP
においてリアルタイムでの音響的回線エコーのキャンセ
ルが可能となるように、リアルタイムの音声圧縮の間に
十分なマシンサイクルが残るような効率のよい方法で行
われる。
プログラムによる動作において、μ則によるデジタル
電話用CODEC回路621aまたは621bからPCM音声データの8
ビットサンプルが得られると、処理用の内部レジスタに
サンプルがロードされるDSP620に割り込みが発生する。
そのサンプルは、一旦内部レジスタにロードされると、
サンプルのキューを保持するRAMの番地に転送される。
キューイングされたPCMデジタル音声サンプルは、変換
用のテーブル検索を使用して8ビットのμ則データから
13ビットの線形データの形式に変換される。デジタル電
話用CODEC回路621aまたは621bを線形CODECとすることも
可能なことは、当業者は容易にわかるであろう。
サンプルレートデシメーション(Sample Rate Decimati
on) 図6Cに示す電話μ−lawCODEC621aまたは621bから、サ
ンプルされデジタル化されたPCM音声信号がダイレクト
データラインを介し、クロック周波数と同期されクロッ
クされてDSP620に送られる。本発明の好ましい実施例に
おいて、サンプルレートは8kb/s、9.6kb/sおよび16kb/s
に設定されている。9.6Kおよび8Kアルゴリズムのデジタ
ルサンプルは、デジタルデシメーション(digital deci
mation)プロセスを用いてデシメートされ、それぞれ6.
4Kおよび6Kサンプルレートを生成する。16Kアルゴリズ
ムに対する16Kのサンプルレートにおいては、音声圧縮
アルゴリズムのためのデシメーションは必要ではない。
図11において、デシメートされたデジタルサンプル
は、トラミスミッタブロック1100へ入力されるスピーチ
として示されている。もちろん、このトラミスミッタブ
ロックは、DSP620の動作モードに対応し、ローカルデジ
タル音声情報を受信し、圧縮し、パケット化し、それを
デュアルポートRAM307へ送り、そこでマルチプレクス処
理され、コンポジットリンクへ送られる。このコンポジ
ットリンクは、図11におけるチャンネル1111に相当す
る。音声圧縮アルゴリズムのフレームレートは、各圧縮
に対し、スピーチの20ミリ秒である。これは、6.4Kでデ
シメートされたサンプルレートにおいて、各フレームに
対し、128サンプルの処理と相関関係を有する。内部DSP
RAMのキューに128サンプルが蓄積されれば、そのサン
プルフレームの圧縮が開始される。
データフローの説明 DSP回路620は、入力されるスピーチのDC成分1101をま
ず除去するようにプログラムされている。DC除去はアダ
プティブ機能であり、PCMデータのボリュームをデジタ
ル的に調整することにより、音声信号においてセンター
ベースラインを設定する。これは、図12に示すフローチ
ャートのDC除去ステップ1203に相当する。DCバイアスま
たはドリフトの除去のための式は、以下のとおりであ
る。
n=サンプル数、 s(n)は現在のサンプル、 x(n)はDCバイアスが除去されたサンプルである。
音声の20ミリ秒フレームに対し、DCの除去が行われ、
これは6.4Kでデシメートされたサンプルレートで128サ
ンプルに相当し、9.6Kアルゴリズムに相当する。αの選
択は、最適な結果を得るように経験に基づいて設定され
る。
図12は、音声圧縮アルゴリズムの制御のフローチャー
トを示し、図11に示すブロック図の理解を助けるもので
ある。図12Bは、図12Aのフローチャートのデータの流れ
を簡単に示したもので、サンプルレートデシメータ1241
とサンプルレートインクリメンタ1242を示す。分析と圧
縮はブロック1201で開始され、そこにおいて、13ビット
のリニアなPCMスピーチサンプルは、128サンプル(6.4K
でデシメートされたサンプルレート)になるまで蓄積さ
れ、この128サンプルは、20ミリ秒の音声、または音声
の1フレームに相当し、それはDSP620内のコード動作の
DC除去部に送られる。上述したコードのDC除去部は、ア
ダプティブDC除去技術を用い、音声のフレームのベース
ラインをほぼ決定する。
DSP620のプログラムコードには、無音検出アルゴリズ
ム1205が含まれている。無音検出は、1フレームにおい
て、音声信号の各サンプルの二乗の和によりなされる。
もし、音声フレームのパワーが所定のしきい値以下にな
ると、無音フレームとされる。スピーチの無音フレーム
の検出は、後で述べるVデータ(音声データ)およびC
データ(非同期コンピュータデータ)の多重に重要であ
る。スピーチにおける無音期間において、データプロセ
ッサ318は、音声データ(Vデータ)の代わりに、従来
のデジタルデータ(Cデータ)を電話線に送る。パワー
の値を計算する式は、次のとおりである。
ここで、nはサンプル数、 x(n)はサンプル値である。
もし、パワーPWRが所定のしきい値以下であれば、現
在のボイスフレームは、無音であるとしてフラッグされ
る。128サンプルの無音フレームは、音声圧縮アルゴリ
ズムにより処理されるが、無音フレームのパケットは、
データプロセッサ318により捨てられ、非同期デジタル
データが音声データの代わりに伝達される。音声圧縮の
残りの部分は、セグメントにまとめられる。したがっ
て、各フレームには、4つのセグメントが含まれ、各セ
グメントには32サンプルが含まれることになる。各20ミ
リ秒フレームにおいて、DC除去と無音検出が達成され
る。
図12Aに示す音声圧縮アルゴリズムの前強調1207の処
理が次に行われる。サブブロックは、まず前強調ステッ
プに送られ、そこで低いバンドにおける過剰エネルギー
と、高いバンドにおける減衰されたエネルギーとのバラ
ンスをとることにより、スピーチ信号のスペクトル内容
をホワイトスペクトルにする。前強調は、信号のダイナ
ミックレンジをおとすことにより、主として信号を平坦
なものにする。前強調を用いて信号のダイナミックレン
ジをフラットにすることにより、圧縮のために要求され
る信号レンジが少なくなり、圧縮アルゴリズムの動作の
効率を上げる。前強調のための式は、次のとおりであ
る。
x(n)=x(n)−ρx(n−1) ここで、ρ=0.5、 nはサンプル数、 x(n)はサンプルである。
各セグメントは、音声の5ミリ秒に相当し、それは32
サンプルに等しい。前強調が各セグメントに対して行わ
れる。ρの選択は、最適な結果が得られるよう、経験に
基づいて決められる。
次のステップは、長期予測(LTP)である。長期予測
は、音声信号におけるイノベーションを検出するための
ステップである。音声信号には、多くの冗長な音声セグ
メントが含まれているので、この冗長部を検出し、信号
において、あるセグメントから次のセグメントへの変わ
り目における情報のみを送るようにすればよい。これ
は、各サンプルごとに、現在のセグメントにおけるスピ
ーチサンプルを、前のセグメントにおける再構成された
スピーチサンプルを比較してイノベーション情報を得る
とともに、予測にエラーがあった旨を示す。
長期予測において、サブブロックのピッチおよびLTP
−ゲインが得られ、それらは、伝送されるビットストリ
ームにエンコードされる。現在のセグメントにおいて、
ピッチを予測するために、再構成されたスピーチの過去
のサブブロックを少なくとも3個必要とする。これによ
り、ピッチの値がMIN_PITCH(32)からMAX_PITCH(95)
の間に設定できる。この値は6ビットでコード化され
る。しかしながら、圧縮されたデータレートを9600bps
リンク内に収めるために、セグメント0および3のピッ
チは、6ビットでエンコードされ、セグメント1および
2のピッチは、5ビットでエンコードされる。セグメン
ト1および2のピッチを予測する場合、前のセグメント
の予測されたピッチの値になるよう、相関遅れの調整が
なされる。これにより、たとえ予測のための全ての範囲
を用いなくても、現在のセグメントの正しいピッチの値
を予測することが可能となる。長期相関遅れPITCHおよ
びそれに関連するLTPゲイン因数βj(j=0,1,2,3で、
各フレームの4つのセグメントに対応)は次のようにし
て計算される。
j=min_pitch....max_pitchに対し、現在のスピーチ
サンプルx(n)と過去の再構成されたスピーチサンプ
ルx′(n)を用いて、次の計算をまず行う。
ピッチjは、Sxx′2/Sx′x′を最小の値にするよう
に選ばれている。βjは、正の値であるので、Sxx′
が正の値のときのjのみが考慮される。
各サブセグメントにおいて、異なった数のビットでピ
ッチがエンコードされているので、min_pitchとmax_pit
ch(現在のセグメントのピッチ予測のための合成スピー
チの範囲)の値は次のように計算される。
上述の式において、パラメータprev_pitchは、前のサ
ブセグメントのピッチである。ピッチjは、以下に示す
ように、6ビットまたは5ビットにエンコードされる。
エンコードされたビット=j−min_pitch LTPゲインは、次式で表される。
ただし、Sx′x′(j)≠0である。
このセグメントにおいて、βの値は、0と単位数との
間で正規化され、このβは、セグメント間の相関関係を
示す値として用いられる。たとえば、完全な正弦波の場
合、現在のセグメントと前の再構成されたセグメント
は、ほとんど完全にマッチするので、βの値はほぼ単位
数、たとえば1、に等しくなる。LTPゲイン因数は、LTP
ゲインエンコードテーブルを用いて量子化される。この
テーブルは、下記のテーブル1に示された特徴を有す
る。得られたインデックス(bcode)は、遠方端に送ら
れる。レシーバーにおいて、LTPゲイン因数は、下記に
示すテーブル2から得られる。
長期予測の後、信号をホワイト化するため、ピッチフ
ィルタを通過させ、全てのピッチ効果が除去される。ピ
ッチフィルタは、次式で示される。
e(n)=x(n)−β x′(n−j) ここで、jは遅れを示し、 βは、それに対応するゲインを示す。
次に、エラー信号は、サブセグメントの最大振幅に対
し正規化され、エラー信号のベクトル量子化がなされ
る。セグメントにおける最大振幅は、次式により求める
ことができる。
G=MAX{|e(n)|} 最大振幅(G)はゲインエンコードテーブルを用い
て、エンコードされる。このテーブルは、テーブル3に
示す特徴を有するものである。エンコードされた振幅
(gcode)は、遠方端に送られる。レシーバーにおい
て、最大振幅は次のようにして、テーブル4から得られ
る。
Gq=dlg_tab[gcode] 次いで、エラー信号e(n)は、次式で正規化され
る。
ゲインおよびLTPゲインエンコードテーブルから分か
るように、gcodeには4ビット、bcodeには3ビット必要
である。この結果、両パラメータには7ビット必要であ
る。圧縮されたビットストリームのバンド幅を小さくす
るため、パラメータgcodeおよびbcodeは、以下に示すよ
うに、合わせて6ビットになるようにエンコードされ
る。
BGCODE=6gcode+bcode レシーバーにおいて、GおよびLTPゲイン(β)がエ
ンコードされたビットは、次式より得られる。
gcode=BGCODE/6 bcode=BGCODE−6gcode 32サンプルの各セグメントは、それぞれ8サンプル
で、4つのベクトルに分割される。各ベクトルは、Code
Bookに記録されたベクトルと比較され、信号ベクトルに
最も近いCode VectorのインデックスIndexが選択され
る。CodeBookは、512の入力(512のアドレス)で構成さ
れる。選ばれたインデックスは、次の最小の値を求める
式で示される最も小さな差を有する。
ここで、xi=8個のサンプルの入力ベクトル、 yi=8個のサンプルのCodeBookベクトルであ
る。
セグメントに最もマッチするCodeBook入力を選ぶため
の最小値計算は、コンピュータにより集中的に行われ
る。比較を生のまま実行すれば、リアルタイム処理を行
うためには、機械の処理能力を越えてしまうことにな
る。したがって、適当な簡易処理により、計算を減らし
て、最適値を見つけるよう工夫されている。上述の式を
簡易処理するとすれば、次のように行う。
上述の式を展開し、不必要な項を除き、所定値は予め
計算しておく。
(xi−yi=(xi−yi(xi−yi) =(xi 2−xiyi−xiyi+yi 2) =(xi 2−2xiyi+yi 2) ここで、xi 2は、定数であるので、削除でき、(−1/
2)Σyi 2は予め計算され、CodeBookの9番目の値として
記録しておく。このようにすれば、リアルタイム計算で
行う必要があるのは、次式のみである。
したがって、32サンプルセグメントに対し、それぞれ
8サンプルの4サブセグメントに対応するCodeBook Ind
exes(それぞれ9ビット)が4個送られる。したがっ
て、各セグメントに対し、36ビットが伝送される。
CodeBookに適当なIndexが選ばれた後、入力されたス
ピーチのサンプルは、選ばれたIndexの対応するベクト
ルにより置き換えられる。これらの値は、Gqで掛け算さ
れ、合成したエラー信号e′(n)が逆正規化される。
この信号は、逆ピッチフィルタに送られ、前にピッチフ
ィルタにより除かれたピッチ効果を再び盛り込む。逆ピ
ッチフィルタは、次式で表される。
y(n)=e′(n)+β x′(n−j) ここで、βはテーブル3で求められるレコードされ
たLTP−ゲインであり、jは遅れである。
逆ピッチフィルタの出力は、合成されたスピーチのバ
ッファを更新するために用いられ、更新されたものは、
次のサブセグメントの分析に用いられる。状態バッファ
の更新は、次式により行われる。
x′(k)=x′(k+MIN_PITCH) ここで、k=0,...,(MAX_PITCH−MIN_PITCH)−1 x′(l)=y(n) ここで、1=MAX_PITCH−MIN_PITCH,...,MAX_PITCH−
1 処理の初めにおいて前強調が行われていたので、次い
で、信号は、逆強調フィルタに送られる。分析におい
て、前強調状態のみが更新され、圧縮を行う際の「分析
による合成」方法を適切に満たすことができる。合成に
おいて、逆強調フィルタの出力s′(n)は、D/A変換
器に送られ、アナログスピーチが生成される。逆強調フ
ィルタは、次式で示される。
s′(n)=y(n)+ρs′(n−1) ここで、ρ=0.5である。
音声は、音声伝送用のデータリンクの受信端において
再構成され、この再構成は、図13で示す伸張アルゴリズ
ムより行われ、これは上述した圧縮アルゴリズムの逆を
行うものである。
無音フレームを受けた場合、伸張アルゴリズムにより
受けたフレームは除去され、出力は0に初期化される。
スピーチフレームを受けた場合、ピッチ、LTP−ゲイン
およびゲインは、上述の手順に従ってデコードされる。
エラー信号は、CodeBook Indexesから再構成され、さら
にゲイン値を用いて逆正規化される。この信号は、次い
で逆フィルタに送られ、再構成信号が生成される。ピッ
チおよびLTP−ゲインは、いずれもデコードされた値で
あり、分析において用いられた値と同じ値を有する。フ
ィルタを通った信号は、更に逆強調フィルタに送られ、
次いでD/A変換器を介してアナログスピーチとして出力
される。
圧縮フレームは、23個の8ビットワードと1個の6ビ
ットワードを含む。したがって、全体で24ワードで構成
される。伝送される総ビット数は190であり、これはテ
ーブル5に示すように9500bpsに相当する。
ここで、BG=ベータ/ゲイン、P=ピッチ、VQ=Code
Book、Index、S=予備のビットである。
コードブック(CodeBook)の説明 上述したVQアルゴリズムで用いられたCodeBooksは、8
K、9.6K、16Kアルゴリズムのそれぞれに対して異なって
いる。テーブル6は、9.6KアルゴリズムのCodeBookのフ
ォーマットを示す。CodeBook値は、割り当てられた浮遊
点フォーマットに記録され、この浮遊点フォーマット
は、本発明に係るルックアップテーブルに記録される場
合、Q22値固定点式デジタルフォーマットに変換され
る。各コードブックには256の異なった入力(総入力数2
56)が可能で、この256の入力は、スピーチをエンコー
ドし、再構成するために用いられる256の異なったスピ
ーチのセグメントに対応する。
9.6Kアルゴリズムに対し、CodeBookは、9本の列と25
6本の浮遊点データ用の行で構成されるテーブルからな
る。最初の8本の行は、スピーチの8サンプルに対応
し、9番目の行は、予め計算された定数で上述した値
(−1/2)Σyi 2に相当する。CodeBookデータの一例がテ
ーブル7に示されている。
CodeBookは、Q22フォーマットに変換され、PROMメモ
リに記憶され、音声DSPにより、ロックアップテーブル
としてアクセス可能とされる。テーブルデータは、適当
なアルゴリズムの選定により、局部的なDSPメモリに転
送され、アクセススピードを速める。CodeBookは、デー
タのテーブルを有し、そのテーブルには順番にアドレス
が000から511まで付されている。9.6Kアルゴリズムに対
しては、9×512CodeBookが用いられる。16Kアルゴリズ
ムに対しては、9×512CodeBookが用いられ、8Kアルゴ
リズムに対しては、9×512CodeBookが用いられる。ど
の程度の音声圧縮の品質を用いるか、また、どの程度の
圧縮率を用いるかにより、CodeBookが適宜選定され、ス
ピーチサンプルのエンコードおよびデコードに用いられ
る。
コードブックの生成 コードブックは広範な種々の音声パターンを符号化す
ることにより統計的に生成される。コードブックは上記
アルゴリズムに対応して学習モードで生成され、圧縮ア
ルゴリズムが最初に適用される各音声セグメントが、51
2項目が記録されるまで、上記コードブックに配置され
る。次に、アルゴリズムは、コードブックが調整された
種々の音声パターンに連続的に適用される。新たな音声
セグメントが発生されると、コードブックは検索され最
適マッチが見いだされる。もし、観測された音声セグメ
ントとコードブックの値との誤差が所定のスレッショー
ルドを越える場合は、該コードブック内の最も近い音声
セグメントと上記新しい音声セグメントとの平均値がと
られ、該新たな平均値が上記最近接マッチに代わってコ
ードブックに配置される。この学習モードでは、コード
ブックは、観測音声セグメント値とコードブックの値と
の間での誤差率が最も低くなるように連続して調整され
る。異なった音声パターンに対してコードブックを最適
に調整するためには、動作の学習モードは何時間または
何日間もの適用を必要とすることがある。コードブック
は、特定の人の話し方に適合するように、ただ一人だけ
の音声に対して適用することも可能である。この製品の
大量市場販売のために、男女両方の種々の広範な話者の
音声パターンが、所定の言語に適合する平均的な音声用
のコードブック学習アルゴリズムの適用対象となる。他
の言語に対しては、上記アルゴリズムを英語または日本
語などのひとつだけの言語の音声パターンに適用するこ
とが最適である。
音声またはファックスデータパケット DSP回路620が音声またはファックス情報の1個の20ミ
リ秒対応部の圧縮を完了すると、20ミリ秒ごとに1ブロ
ックの音声またはファックスデータを2回線ポートRAM3
07に送信し、データプロセッサ318がそれを送信用に検
索することができる。各音声またはファックスデータパ
ケットは、2回線ポートRAMに3個のヘッダバイトと23
バイトの音声またはファックスデータ(9200ボー音声圧
縮用)または43バイトの音声データ(16Kボー音声圧縮
用)を有する。ヘッダバイトは目的地アドレス、目的地
チャンネル、フレームID、バイトカウントなどを示す。
最初のヘッダバイトのビット6と7はパケットのタイプ
を示す。上記音声/ファックスパケットは表5に記載し
ている。ヘッダの最初のバイトのビット6と7はパケッ
トの内容(上記表5参照)を確認するパケット確認部を
含む。これらのビットは下記のように規定される。
00=下記音声パケットは無声音を含む 01=下記音声/ファックスパケットは情報を含む 10=下記パケットは電話信号または制御情報を含む 11=予約 無音抑制 もしデータプロセッサ318を介して2回線ポートRAM30
7に送信された空のパケットにDSPにより示される無音期
間があれば、データプロセッサ318は無音パケットを遠
隔部サイトに送信しないであろう。その代わりに、デー
タプロセッサは送信される音声情報はないことを示す2
バイトのパケットを送信するか、またはデータプロセッ
サは承認、データまたはネットワーク制御パケットの1
つにビットを設定し受信側に警告する。上記音声パケッ
トの送信の検知と抑制は他のデータの送信用に帯域幅を
使用可能にする。この方式では、複号リンクを越える帯
域幅の使用は、音声、ファックスおよびデータ間で機能
的に割当てられる。人間の音声は標準的には60パーセン
トが無音(話し用語および文章間の休止)であるので、
高効率での多重化が達成される。
アドバンスト優先統計的多重化を有するHDLCプロトコル 再度図4を参照して、同期マルチプレクサ300間で複
合リンク313を越える多重化データは、高レベル同期デ
ータリンク制御(HDLC)の変調形態の先頭でアドバンス
ト優先統計多重化(APSM)を利用し、データパケットを
送信および受信する。一般に、このプロトコルは接続お
よび通話用にCCITT V.32標準規格などのあとに続く。通
話リンクを設定する初期接続期間において、特別なリン
クプロトコルが使用される。このプロトコルは図14のフ
ローチャートで記述されている。
リンクプロトコル 両マルチプレクサ300と関連複合リンク(アナログま
たはデジタル)は、リンク要求Aまたはリンク要求Bと
図15に示すようなリンク承認を送受信する。リンクが設
定されるまでデータの転送はできない。リンク要求A
(LRA)は初期設定用モデムにより遠隔受信モデムに送
信されリンク工程を初期設定する。このリンク要求は、
リンク要求Bが受信されるまで、3秒ごとに送信が繰り
返される。
呼び出された、すなわち受信側のモデムは、LRAの受
信後、送信側のマルチプレクサにリンク要求Bを送信す
る。LRBは、リンク承認が受信されるまで、3秒ごとに
送信される。送信側と受信側モデムによって、それぞれ
LRAが送信されLRBが受信され、またLRAが受信されLRBが
送信された後でのみ、リンク承認(LA)が遠隔マルチプ
レクサに送信される。
承認 制御情報を遠隔マルチプレクサに中継するとともに、
受信された有効(転化されていない)データブロックを
承認するために、承認ブロックが使用される。承認はい
つも図19に示すような最新の受信データブロックのシー
ケンス番号とともに送信される。強制承認は直ちに送信
しなければならない承認である。もし下記の条件の1つ
でも存在すれば、強制承認が要求される。
1)制御情報が遠隔マルチプレクサに送信される必要が
ある。例えば、ローカルチャンネルの受信バッファが満
杯の場合。
2)4個のデータブロックが承認なしに受信された場
合。
3)2個の連続するアウトオブシーケンスデータブロッ
クが受信された場合。
4)ウインドウフロータイムが終了する場合(下記参
照)。
非強制承認は、下記条件のすべてが確認された後での
み送信される。
1)強制承認の条件が存在しない。
2)データブロックの再送信が不必要である。
3)送信すべき新たなデータブロックがない。
4)1つ以上のデータブロックが承認を送信することな
しに受信された場合。
図19のフレームが使用され、非同期のチャンネルデー
タフレームを承認し、制御情報を送信し、マルチプレク
サ間の同期を行う。ビット7が設定されたブロックID
は、受信バッファが満杯であること、またはEIA信号の
変化による強制承認の条件を示す。ビット5および/ま
たはビット6が設定されたブロックIDは、それぞれの音
声チャンネルに対して無音を示す。ビット6の設定は音
声チャンネル2に対して無音を示し、ビット6が設定さ
れていることは音声チャンネル1が無音であることを示
す。シーケンス番号はN0からN8で、Nは承認された非同
期データフレームのバッファ番号を示す。
データ転送 音声/ファックスデータフレームを図16に示し、非同
期チャンネルデータフレームを図18に示す。データ転送
は下記の条件で行われる。
A)下記の1つまたは2つの事柄が発生した場合、デー
タブロックの再送信が必要とされる。
1)重複承認(同一のシーケンス番号を有する連続す
る承認)が、注目のデータブロックがまだ存在する最中
に受信された場合。
2)再送信タイマが終了。
データブロックの再送信は最初の非強制承認で開始し
なければならない。データブロックは連続する順番に後
に続く。
B)新たなデータブロックは、送信バッファにデータが
存在し、下記のすべての条件が満たされた場合のみ、送
信される。
1)強制承認条件が存在しない。
2)データの再送信が不必要である。
3)ソースチャンネルが現在注目の非承認条件を4つ
より多く有しない。
4)現在注目のデータブロックの合計数が7以下であ
る。
図16のフレームは音声/ファックス/データフレーム
である。このフレームは音声/ファックスチャンネルデ
ータを送信する。図18のフレームは非同期チャンネルデ
ータフレームであり、非同期チャンネルデータを送信す
るために使用される。ゼロ(0)のバイトカウントは中
断状態を示し、それぞれの目的地チャンネルに中断を送
信することを要求する。ビット5および/またはビット
6が設定されたブロックIDは各音声チャンネルに対して
無音を示す。ビット5が設定されていることは音声チャ
ンネル2に対して無音パケットを示し、ビット6が設定
されていることは音声チャンネル1に対して無音パケッ
トを示す。
タイマ 下記のタイマが本願の変形HDLC用として使用される。
1)リンク要求タイマは、マルチプレクサ300のリセッ
トによるかまたはリンク要求A(上記)が受信された場
合に初期化される2分の3タイマである。このタイマは
リンクが一旦設定されると解除される。このタイマは、
LRA(リンク要求A)、LRB(リンク要求B)またはLA
(リンク承認)が送信されるごとにリセットされる。
2)ウインドフロータイマは、リンクが設定された後で
初期化される2分の3タイマである。このタイマは、承
認(強制または非強制)が送信されるときにのみリセッ
トされる。このタイマが終了した場合、強制承認が要求
される。
3)承認タイマは、有効データブロックが受信されると
きに初期化される2分の2タイマである。このタイマは
承認が送信されるときに解除される。このタイマは決し
てリセットされないが、初期化または解除される。この
タイマが終了すれば強制承認が要求される。
4)再送信タイマは、ブロックが送信されるときに初期
化される2分の4タイマである。このタイマは、肯定承
認(注目のデータブロックに対する承認)が受信される
ときまたは注目データが存在する間に重複する承認が受
信されるときにリセットされる。後者が再送信の条件で
ある。このタイマはすべての注目データブロックが承認
されたときに解除される。このタイマは解除されてデー
タブロックが送信される場合にのみ初期化されねばなら
ない。このタイマが終了すれば、すべてのブロックの再
送信が要求され、最初に非承認ブロックについて開始さ
れる。
雑通知 受信状態バイトは承認フレームに含まれるバイトであ
る。受信状態バイトの数は、好ましい実施例では最小1
バイト(8チャンネルマルチプレクサに対応)で最大4
(23チャンネルマルチプレクサに対応)である。1ビッ
トがチャンネルごとに割り当てられ、したがって各ビッ
トは対応するチャンネル受信バッファを示す(すなわ
ち、受信状態バイトの数1のビットゼロはチャンネル1
に対応し、受信状態バイトの数4のビット5はチャンネ
ル30に対応する)。各ビットが設定されていることは対
応するチャンネル受信バッファが満杯であることを意味
する。このような条件において、遠隔マルチプレクサは
そのチャンネル用に適用されたどんなデータブロックも
保持するであろう。ビットが明確な場合は、対応する受
信バッファは受信データにとって明確である。これらの
ビットのいずれかの状態に変化があれば、強制承認が送
信されることになる。
遠隔パラメータバイトは、遠隔スレーブユニット(マ
ルチプレクサ)300を構成するために使用され、ローカ
ルマルチプレクサ300がマスタユニットとして構成され
る場合にのみLRA(リンク要求A)とLRB(リンク要求
B)フレームに含まれる。マスタかまたはスレーブの構
成かは、マルチプレクサ300のスイッチの選択による。
8チャンネルごとに59バイトあり、最小59バイト(8チ
ャンネルに対応)で最大236バイト(32チャンネルマル
チプレクサに対応)である。
本発明はヒューレットパッカードのENQ/ACKフロー制
御と競合するであろう。ENQがチャンネルポートで受信
された場合、それは遠隔部に転送され、ACK(承認)が
ローカルチャンネルによって直ちにHP装置に送信され
る。遠隔チャンネルがENQを、HP(ヒューレットパッカ
ード)装置へのそのデータ伝送において検知すれば、そ
れはENQを送信し、さらに他のデータを送信する前にACK
(承認)が受信されるのを待つ。一旦ACKが受信される
と、送信が継続され、ACKが廃棄される。
ネットワーク制御 マルチプレクサ300は、同じマルチプレクサ300の連続
または連結の一部を構成し、データ、音声およびファッ
クス情報を連結部に沿って伝送するように接続すること
も可能である。このように図6Bのアグリゲートカード40
0は、上流および下流側マルチプレクサ300に接続可能な
2個の複号リンク610aと610bを示す。アグリゲートカー
ド400は通過バッファを含み、該バッファはパケットが
ローカル部にアドレスされていなければ、単に他のマル
チプレクサにパケットを通過させる。
図17に示すネットワーク制御フレームはネットワーク
過密制御用に使用される。ローカルマルチプレクサの通
過バッファが満杯になれば、ローカルマルチプレクサは
パケットを送信中の上流側マルチプレクサに、下流側マ
ルチプレクサがローカル通過バッファを空にするまで停
止するよう命令しなければならない。図17のネットワー
ク制御フレームは、連結状態の最後のマルチプレクサに
受信されるまで、すべての上流側マルチプレクサに送信
される。そして図17のパケットは、すべての上流側マル
チプレクサがパケットの送信を終了したことの確認の形
態として下流側に返信される。
図17のフレームはネットワーク制御フレームである。
このフレームは、マルチプレクサの各通過バッファ(リ
ンクA>バッファ9、ラインB>バッファ4)が状態を
変えたとき(空<>満杯)に初期化される。このフレー
ムはネットワーク環境においてのみ使用される。初期化
マックスは最初の4バイト(ブロックID、バッファ満杯
/空、バイトカウント、およびソースノード番号)を発
生する。ネットワークのすべての中間部マックスはこの
制御フレームを受信する。それらは、初期化ノードの通
過バッファを利用するネットワークでのノードの送信を
停止/再開するフラグをセット/リセットする。適当な
フラグを設定した後、中間マックスはそれらのソースノ
ード番号をフレームに付帯させ、バイトカウントを増や
してフレームを他の複合リンクポートから転送する。最
終のノードが制御フレームを受信し、そのフラグをセッ
ト/リセットし、それのソースノード番号を付帯させ、
バイトカウントを増やし、制御フレームを同じ複合リン
クポートの外部に送信する。制御フレームは、始発マッ
クスがその隣接マックスのすべてのソースノード番号が
元のフレームに付帯された状態で上記フレームを受信し
た後で、終了される。初期化マックスは元の制御フレー
ムを受信するまで5秒ごとにこの制御フレームを発生す
る。
アドバンスト優先統計的多重化 本発明の一実施例では、アドバンスト優先統計的多重
化方式が導入され、特定の通話チャンネルで伝送される
データを最大にし、高い優先データの質と信頼性を提供
し、統計的多重化の効率を維持している。
専有アドバンスト優先統計的多重化(APSM)の一例が
上記変形HDLCプロトコルに関連して構成され、音声、フ
ァックス、LAN(ローカルエリアネットワーク)、同
期、および映像などの高優先度順位(時間感度の)デー
タが、複合リンク上において低い優先順位のデータ(非
同期データなど)と多重化されることを可能にしてい
る。2つのグループのデータ間の基本的な相違点は、高
優先度データを有する変形HDLCプロトコルオーバヘッド
が存在しないことである。この変形HDLCプロトコルオー
バヘッドが存在しないことは、高優先度データは最小遅
延量で送受信されることが要求される高優先度データの
時間センシチブな特性に起因している。上記時間センシ
チブ条件はどんな方式のエラー補正または検知方式、ど
んな方式の再送信、または高優先度データが採用された
変形HDLCプロトコルに関連するどんな形式の承認も排除
している。
このアドバンスト優先統計的多重化は可変長パケット
と伝送効率と質のために低優先度データの統計的多重化
を採用している。また、アドバンスト優先統計的多重化
は、より高順位のデータが送信準備が完了しているとき
に低優先度データの送信を中断することにより、高優先
度パケットの予測可能な最小限の遅延を確実に保証す
る。
高優先度および低優先度データの概観 一般に、パケット形状のデータは高優先度または低優
先度として分類することができる。高優先度データとし
て指定されたデータは時間臨界データである。時間臨界
データは、転送された情報の特性による所定の時間間隔
内に転送されるべきデータである。時間臨界(高優先
度)データの例として音声と映像データがある。低優先
度データの例として2進ファイルなどの非同期デジタル
データがある。音声データの送受信は、音声情報が確実
に遅延または誤送信されないように規則的に行われねば
ならないが、2進ファイルはバースト状で転送され時間
の延長期間で受信側に蓄積することができる。したがっ
て、高優先度データの送信は、高優先度データの時間臨
界性を満足させるために低優先度データよりも優先させ
る。通話チャンネルが最大数の高優先度データバイトを
送信するのに必要以上の帯域幅を有する場合は、低優先
度データの送信用帯域幅が利用可能である。低優先度デ
ータを高優先度データの送信内で多重化することによ
り、複合リンクの全帯域幅が利用可能となり、複合リン
クに伝送されるデータの処理量および効率が増大する。
アドバンスト優先統計的多重化方式 図20Aは本発明の一実施例のブロック図である。高優
先度データは送信、受信され、またパケット状に処理さ
れ、高優先度パケットモジュール(HPPM)2001でアンパ
ケット処理される。高優先度パケットモジュール2001と
して図6Cに示す音声/ファックスボード402などの高優
先度データのトランシーバが利用できる。高優先度パケ
ットモジュール2001は同様に高優先度データの圧縮およ
びデコンプレッションなどの他の機能を行うことができ
る。低優先度データは送信、受信され、またパケット状
に処理され、低優先度パケットモジュール(LPPM)2003
でアンパケット処理される。低優先度パケットモジュー
ル2003は図6Aに示すチャンネルボード401などの低優先
度データの発生器である。他にいくつかの高優先度およ
び低優先度データの発生器が、本発明のこの実施例の範
囲と精神から外れることなしに利用可能であり、またこ
れらの例は、限定またはすべてを列挙する意味で例示さ
れたものでないことは、当業者に容易に認められるであ
ろう。
高優先度パケットモジュール2001は汎用メモリ2002を
介してアグリゲートモジュール(AM)2005と交信し、ま
た低優先度パケットモジュール2003は汎用メモリ2004を
介してアグリゲートモジュール2005と交信する。アグリ
ゲートモジュール2005は、高優先度パケット(HPPs)と
低優先度パケット(LPPs)を、それぞれ高優先度パケッ
トモジュール2001と低優先度パケットモジュール2003か
ら送受信する。アグリゲートモジュール2005は、高優先
度パケットモジュール2001と低優先度パケットモジュー
ル2003との間で送受信された高優先度パケットと低優先
度パケットを、それぞれ優先順位を与え、多重化し、反
多重化するためのハードウェアとファームウェアとを含
む。アグリゲートモジュール2005の一例として図6Bに示
すアグリゲートボード400がある。
音声のデータ交信が行われる本発明の一実施例では、
システムの音声遅延を最小にするために音声パケットを
最高優先度で送信することが重要である。アドバンスト
優先統計的多重化は、音声パケットを高優先度パケット
として、またデジタルデータパケットを低優先度パケッ
トとして多重化することにより、データ伝送の質と効率
を確保できる。
本発明の他の実施例は、独立高優先度パケットタイム
を有する多重高優先度パケットモジュール2001を含む。
このようなシステムは、システムにおいて各高優先度パ
ケットの時間臨界性を保持するために、最短の高優先度
パケット時間を使用しなければならない。さらに、ノー
ドを通過する高優先度パケットトラフィックとなるネッ
トワークトポロジーを有する本発明の他の実施例があ
る。アドバンスト優先統計的多重化方式は、最小の高優
先度パケット時間とその高優先度パケット時間中に送信
可能な高優先度パケットの最大数とを決定するために、
各ノードにおける高優先度発生器の最悪の場合の数を考
慮しなければならない。この情報は、高優先度データが
時間多重において優先権が与えられ、複合リンクが最悪
の場合の高優先度交信を操作するのに充分な帯域幅を有
するであろうことを確実にするために必要である。
本発明のこの実施例の範囲と精神から外れることなし
に、モジュールの他の組み合わせが可能であることは、
当業者に容易に理解されるであろう。例えば、本発明の
この実施例は、汎用メモリ2002と2004が同じ格納装置か
または別々の格納装置に存在するかについては影響され
ない。他の例では、汎用メモリ2002と2004に格納された
データをパケット形状のフォーマットまたは生の2進フ
ォーマットで保持することが可能である。本発明の範囲
と精神から外れることなしに他の変形例も可能である。
高優先度パケットは通常エラー検知または再送信を必
要としないが、低優先度パケットデータは通常エラーな
しで送受信されねばならないので、したがってエラー検
知と再送信は低優先度パケットの送信に導入される。ア
グリゲートモジュール2005は上記必要なエラー検知と再
送信の機能を実行するためのソフトウェアとハードウェ
アとを有する。それはまた、以下に述べる新たなプロト
コルにより、新たな音声およびデータフレーム(ハイブ
リッドフレーム)を構成する。
アドバンスト優先統計的多重化帯域幅割当ての概観 本システムにおいて、もしサンプリング処理された高
優先度データの帯域幅が通話中の複合リンクの帯域幅よ
りはるかに低い場合は、高優先度データが複合リンク上
にパケット形状バーストとして現れる。高優先度データ
の帯域幅は複合リンクの帯域幅に接近するので、高優先
度データは僅かなスペースしか散在せずにデータの連続
送信として現れる。複合リンクの帯域幅が高優先度デー
タの帯域幅を越える限り、低優先度データの多重化送信
の余地がある。
しかし、多重化処理の問題は、高優先度データパケッ
トが異なる組み合わせで発生され、バースト長を変える
という事実により、複雑になっている。このようなデー
タを多重化処理するための2つの方法として、(1)シ
ステムにより潜在的に送信可能な最大数の高優先度デー
タバイトの時間多重における間隔を保留し、この時間多
重において保留されたスペース近くで低優先度バイトを
送信すること、そして(2)高優先度データを、それが
発生されるたびに送信することにより、低優先度データ
バイトを高優先度データバイトの周辺で即座にパック処
理すること。
方法(1)は、高優先度パケット長の統計的変化が平
均パケット長と比較して相対的に小さいときは十分であ
る、しかし、高優先度パケット長で大きな変動が見られ
る場合は、方法(1)は低優先度データの送信用に廃棄
される可能性がある不使用帯域幅として実質的な損失と
なる。方法(2)は複合リンクの全帯域幅を使用できる
が、高優先度データにおける間隙を常時監視することに
より、方法(1)よりも遥かに多くの処理集中となる。
本発明の一実施例では、高優先度パケットデータを送
信するために低優先度パケットデータ伝送を周期的に中
断することにより、低優先度パケットデータが多重化処
理される。中断期間は高優先度パケットデータの可能な
最高の帯域幅により決まり、高優先度パケットデータが
送信されていないときは、低優先度パケットデータは上
記中断期間に基づいて増加しながら送信される。マルチ
プレクサにより、上記最大可能高優先度パケットデータ
が、低優先度パケットデータの周期的中断だけで、確実
に常時送信されるであろう。高優先度パケット伝送にお
ける間隙はファイルされて、より低い優先基軸により低
優先度パケットデータを送信するためのチャンネルの全
帯域幅を効率的に使用する。本発明のこの実施例では、
方法(1)では処理量の増大を、方法(2)では処理時
間の短縮を提供する。
中断期間の演算 得られたデータ伝送は、高優先度パケットモジュール
2001が高優先度パケットを構成するのに必要な時間の基
準となる高優先度パケット時間(HPPT)などの種々の指
数によって特徴づけることができる。高優先度パケット
時間は高優先度入力のサンプリング速度に対応し、高優
先度信号の特性、その信号の圧縮レベル、および必要な
帯域幅によって規定される。各高優先度パケットは、ア
グリゲートモジュール2005による後段の伝送用に、高優
先度パケットモジュール2001によって共用メモリ2002に
搭載される。アグリゲートモジュール2005は、各パケッ
トが1つの高優先度パケット時間内で転送されるよう
に、高優先度パケットモジュール2001と同じ速度でパケ
ットを送受信し、高優先度データが適時であることを確
実にしている。高優先度パケットモジュール2001が音声
/ファックス用カード308の場合、高優先度パケット時
間は選択された音声圧縮アルゴリズムに依存する。例え
ば、“音声圧縮アルゴリズム”の標題の前記セクション
では、20ミリ秒の音声サンプル時間について説明した。
この場合、音声パケットは20ミリ秒ごとに発生され処理
されねばならないので、高優先度パケット時間は20ミリ
秒となるであろう。リンクの全体的ボー伝送レートで乗
算された高優先度パケット時間は、HPPTnとして知られ
る高優先度パケット伝送に割当て可能な(バイトでの)
最大帯域幅を設定する。他の指数として中断境界バイト
カウント(IBBC)があり、これは最大数の高優先度パケ
ットバイトが連続送信されることを仮定した場合の通話
チャンネルの超過オーバヘッドである。中断境界バイト
カウンントの演算は下記の疑似コード手順により以下に
述べる。
1.アクチブ高優先度パケットモジュール2001が高優先度
パケットを形成し、それをアグリゲートモジュール2005
による伝送用として共用メモリ2002に搭載するのに要す
る時間の合計である高優先度パケット時間(HPPT)を決
定する。
2.1つの高優先度パケット時間(HPPTn)でシステムによ
り送信されるバイトの総数を決定する、ただし、 HPPTn=リンク速度(リンクのデータ伝送速度)×HPP
Tである。
3.ノードにおける高優先度チャンネルと通過チャンネル
の数を決定する。
4.各チャンネルにつき送信される高優先度バイトの最大
数を決定する。例えば、データ交信における音声の場
合、高優先度バイトの数は、リンクにより送信されてい
る(リンクで発生しているかまたは通過している)j個
の音声発生器に対応するjの係数で乗算されることが考
えられる。
5.すべてのチャンネルで送信されている高優先度バイト
の最大数の合計HPPTsumを演算する。
6.HPPTn−HPPTsumに等しい中断境界バイトカウントを演
算する。
送信期間は情報の1バイト分を転送するのに要する時
間の合計として規定される。例えば、システムのバイト
が8ビットの長さでリンク速度が9,600bpsであれば、送
信期間は秒単位では8/9,600すなわち833マイクロ秒に等
しい。多重処理アルゴリズムは中断カウンタ(IC)を形
成し、またデータ更新し、該ICは、最後の高優先度パケ
ットバイトが送信された後、IBBC送信期間ごとに共用メ
モリ2002を登録する。ICは、データが送信中であろうと
なかろうと、各送信期間ごとにカウント増加しなければ
ならない、なぜなら、たとえ送信すべき低優先度パケッ
トデータが存在しない場合でも、中断境界バイトカウン
トの中断は所定時間ごとに発生しなければならないから
である。これにより、少なくともIBBC送信期間ごとに、
継続する高優先度パケットデータに関連する共用メモリ
2002は確実に登録され、したがって、高優先度パケット
データは定期的に検知され送信される。
混成フレームプロトコル及び多重化アルゴリズム 本発明のこの実施形態では、継続するデータを正しく
多重化するために、集合モジュール2005は、継続する高
優先度パケット及び低優先度パケットデータをモニタし
検出する。継続する高優先度データは、共通メモリ2002
に格納され集合モジュール2005を介して伝送待ちしてい
る高優先度データである。同様に、継続する低優先度デ
ータは、共通メモリ2004に格納され集合モジュール2005
を介して伝送待ちしている低優先度データである。集合
モジュール2005が共有メモリ2002,2004をポーリング
し、例えば、継続するデータが高優先度パケットデー
タ、音声あるいはファックスデータのみであると決定す
れば、集合モジュール2005は図16に示されるプロトコル
に従って音声フレームを伝送する。集合モジュール2005
がデジタル非同期データのみを転送すべきデータとして
持っていれば、パケットは図18の非同期チャンネルデー
タフレームに従って送信される。高優先度パケットデー
タが低優先度パケットデータの伝送中継続中であれば、
本発明のこの実施形態では、IBBC番目のバイトの低優先
度パケットデータ転送時の低優先度パケットデータ伝送
を中断し、どのようなデータが次に送信されるかを示す
識別ヘッダバイト付き高優先度パケットデータを挿入す
る。このようにすれば、受信側のインタプリタは(IBBC
+1)番目の単語毎に1番目のバイトのヘッダ情報をス
キャンし、次のデータが高優先度パケットか低優先度パ
ケットデータかを決定しさえすればよい。それ故、本発
明のこの実施形態では、図16の音声/ファックスフレー
ムは音声/ファックスデータのみを含んでいるが、図18
の非同期チャンネルデータフレームは低優先度パケット
と高優先度パケットデータの両方を含むように修正さ
れ、フォーマットで図18と同様な混成フレームを作り出
す。混成フレーム長はバッファメモリのサイズやリンク
速度等を考慮して制限される。なお、低い優先度のデー
タバイトカウントを決定するステップは、低い優先度の
バイトカウントを得るためのルックアップテーブルを参
照することによって実行される。また、高い優先度のデ
ータ長を決定するステップは、高い優先度のデータフレ
ーム長を得るためのルックアップテーブルを参照するこ
とにより実行される。
多重化アルゴリズムは、混成フレームの構成のある潜
在的あいまい性をチェックする必要がある。識別番号が
混成フレームに使用され、高優先度パケットから低優先
度パケットデータへのデータストリームに切り換え信号
を送るので、多重化アルゴリズムはフレームの(IBBC+
1)番目の位置にあるデータバイトが音声/ファックス
識別番号といつ同じであるかをチェックしなければなら
ない。受信機はそのようなバイトを、実際には単なる偶
然で識別番号が合致した単なるデータバイトであると
き、データストリームが音声データに切り替わったこと
を示す表示として誤認識する。この状態を訂正するため
に、潜在的な識別問題が発生すると、現在の混成フレー
ムは終了し、新しい混成フレームが伝送される。ヘッダ
情報は次のバイトをデータとして明確に決定するので、
新しいパケットでは誤識別はない。しかしながら、識別
語がIBBC番目のバイトに現れる毎にこの手続は行われ、
結果として得られたフレームの受信機による誤認識が防
止される。これが発生する可能性は統計的には低いの
で、訂正はまれにしか発生しない。例えば、256の識別
コードがあると仮定した一例では、データバイトが無作
為に発生するとしても、誤認識の可能性は1/256であ
る。
次のアルゴリズムをデータ多重化のために使用するこ
とができる。
1.低優先度バイトカウント(利用可能なバッファメモリ
サイズと伝送状態を考慮して予め決定されている)Fnを
選択する。
2.高優先度パケットと低優先度パケットデータを伝送す
る。
2a.高優先度パケットデータのみ継続中であれば、高
優先度パケットデータを伝送し、低優先度パケットデー
タあるいは混成化された低優先度パケット及び高優先度
パケットデータを送信する前に高優先度パケットデータ
の伝送を完了する(高優先度データの伝送は図16のフレ
ームプロトコルに従う); 2b.低優先度パケットデータが継続中であれば、フレ
ーム用ヘッダ情報を伝送し、Xバイトの低優先度パケッ
トデータを伝送し、(パケット長がIBBCより大きいか等
しいかどうかにより)XはIBBCより小さいか等しい、継
続する高優先度パケットデータをチェックする; 2c.高優先度パケットデータがあれば、(X+1)番
目のバイトに高優先度パケットデータ用の適当な識別番
号を付けてそれをデータストリームに挿入する; 2d.継続する高優先度パケットデータがなければ、(I
BBC+1)番目のバイトをチェックし、それが識別バイ
トと等価でないことを確認する; 2e.このバイトが等価であれば、現在のフレームを終
了し、新しいフレームを介して残りのデータを送信す
る; 2f.バイトが等価でなければ、フレームの終端に達す
るまで(フレーム内はFnバイト)IBBCバイトの低優先度
パケットを現在のフレームに加える; 2g.フレームの終端に達するまで(フレーム内はFnバ
イト)フレーム内の低優先度パケット及び高優先度パケ
ットデータの多重化を続行する; 2h.フレームの終端にエラー訂正バイトを加える(CRC
1及びCRC2)。
このアルゴリズムを使用して、集合モジュール2005
は、フレームの各伝送の始めで、かつ、最後の高優先度
データバイトの伝送から測定してIBBCバイトの間隔で高
優先度データをポーリングする。本発明の一実施形態で
は、低優先度パケットモジュール2003はパケット化され
たデータを次の三つの状態のときに転送する:(1)所
定の最大低優先度パケットバイトカウントに達したと
き、(2)パケットをパケットバイトカウントまで満た
す前にフラッシュタイマが転送信号を送信したとき、あ
るいは、(3)高優先度ヘッダが混成ストリームの(IB
BC+1)番目のバイトに発生したとき。それ故、(1)
及び(2)の場合には、低優先度パケットバイトカウン
トはIBBCバイトより小さいので、XはIBBCより小さくて
もよい。
このアルゴリズムは、伝送された高優先度パケット情
報のそのときの容量に基づいて高優先度パケットの動的
バンド幅を自動的に調節する。同様に、低優先度パケッ
トに関するバンド幅もまた、高優先度パケットに使用さ
れていない残りのバンド幅を満たすために自動的に調節
される。大容量の低優先度パケット情報が転送されると
すると、バンド幅の関係は次の式によって表される。
送受信される高優先度パケットの数+送受信される低優先度パケットの数=HPPT
n(HPPT間隔につき) この方法によれば、中断境界バイトカウントがゼロよ
り大きければ、高優先度パケット情報はどの高優先度パ
ケット時間間隔においても常に新しい。中断境界バイト
カウントがゼロを越える度合いは、低優先度パケットデ
ータ用として利用できるバンド幅を示す。それ故、高優
先度パケット及び低優先度パケットデータの両方のバン
ド幅は常に変化し、高優先度パケットデータを連続的に
転送し、低優先度パケットデータの転送用に最大のバン
ド幅を提供する。
本発明の別の実施形態は、上記実施形態の特徴を多数
の高優先度パケットモジュールを有するシステム用の別
の優先化計画と組み合わせたものである。例えば、多数
の高優先度パケットモジュールがシステム上の情報を送
受信している場合、システムを通過するパケットの待ち
時間は、高優先度及び低優先度パケットを次のような降
下順位で伝送することにより最小化できる。
1.通過高優先度パケット 2.局部的高優先度パケット 3.通過低優先度パケット 4.局部的低優先度パケット この優先化を使用して、通過するパケットの待ち時間
は最小化される。
受信側多重分離アルゴリズム 本発明の一実施形態では、中断境界バイトカウント
は、あるノードから次のノードに伝送されるフレームの
ヘッダに符号化することができる。他の実施形態では、
リンク通信が始まると、中断境界バイトカウント交信を
採用することもでき、低優先度及び高優先度パケット情
報を交換する前にシステム内の全ての活動中のノードは
中断境界バイトカウントを知ることができる。
受信ノードが中断境界バイトカウント情報を持ってい
るとすれば、受信機は次のアルゴリズムにより受信した
パケットを多重分離することができる。
1.低優先度バイトカウンタはFnにセットされている。
2.フレームが非同期チャンネルデータフレームであれ
ば、プロセスは次のようになる。
2a.Xバイトのデータを読む。ここで、Xは、パケット
の終端に到達するか、IBBCバイトが読み込まれる前に読
み込まれたバイト数の小さい方である(最初にこの操作
が行われるとき、データは低優先度パケットデータで開
始しなければならない)。
2b.連続する低優先度パケットデータあるいは高優先
度パケットデータとして次のデータを識別する識別バイ
トのため(IBBC+1)番目のバイトをチエックする。
2c.低優先度バイトカウンタからXを引く。
2d.識別バイトが低優先度パケット及び高優先度パケ
ットデータ間の切換を示していると、適当なメモリバッ
ファに次のデータを格納する。
2e.低優先度バイトカウンタがゼロより大きいと、こ
のプロセスを繰り返す。
3.フレームが音声/ファックスフレームであれば、図16
に示されるフレームに従って音声情報を多重分離する。
エラー訂正及び再伝送は通常高優先度パケットデータ
に対し行われないので、多重分離された高優先度パケッ
ト情報は受信機ですぐ使用してもよい。これにより、受
信された高優先度(例えば、音声/ファックス情報)を
すぐに、あるいは、送信機による混成フレームの伝送完
了前に使用することができる。
エラーコレクション 本発明のこの具体例では、真に高優先度データ(例え
ば、音声ファックス/データ)の伝送はエラーチェック
機構を使用しない。異常高優先度フレームは伝送忠実度
に有意量のインパクトを与えることなく、このシステム
により処分又は使用される。複合化フレームはフレーム
の音声及びデータ部分の双方に組込れたエラーチェック
機能を有しているが、レシーバは各伝送の改竄データ部
分(低優先度)の再伝送を要求する。
当業者であれば、他のフレーム・プロトコールが本発
明の範囲から逸脱することなく組込み可能であること容
易に認識し得るであろう。そして、ビデオのような情報
の他のフレームは本発明の目的のための低優先度パケッ
トおよび高優先度パケットとして特徴付けることができ
る。それ故に、本発明のこの具体例は制限的又は排除的
ではない。他のエラーチェック機能および再伝送形式は
本発明の範囲および精神を修正することなく、可能であ
る。
高度な優先度による統計的マルチプレシング(多重
化)は高品位で効率的な伝送を保障するだけでなく、複
合リングの集合ボーレートが増加すると複合リング内で
プロセッサーオーバーヘッドを現に減少させる。ボーレ
ートが増加すると、典型的には割り込み境界でのバイト
カウント値が増加する。低優先度バイトの比較的大きな
平均的な数が上記高優先度バイトとともに伝送される場
合があるからである。この結果、リンク速度が増加する
と、集合モジュール2005内の多重化ハードウェアへの割
り込みが減少する。このような割り込みは割り込み境界
でのバイトカウントに基づくからである。この結果は低
優先度および高優先度データの効果的で高品位のスルー
プットであり、統計的に伝送および受信エンドの双方に
おけるプロセッサーオーバーヘッドの最小値を伴い、効
果的にボーレートを増加させる。
高度な優先度による統計的多重化を使用する複合フレー
ム多重化の実施例 次の実施例は本発明の異なる具体例を示すもので、排
他的でなく、また制限的でもない。当業者であれば、本
発明の範囲および精神を逸脱することなく、パラメータ
及び手法を修正することができると容易に理解し得るで
あろう。
図20Bは2種の優先度レベルの高度な優先度統計的マ
ルチプレクサの1つの具体例からの出力を示す。データ
・セグメント2020は出力データストリーム2010から採用
された1つの高優先度パケットに等しい期間の1つのセ
グメントを拡大したものである。1つの高優先度パケッ
ト時間に伝送されるバイト数はHPPTn2012である。割り
込み境界でのバイトカウントを図示するために、セグメ
ント2020の高優先度部分は高優先度データバイトの最大
数を示し、これは1つの高優先度パケット時間HPPTsum2
022において伝送することができるものである。HPPTn20
12とHPPTsum2022の間の差は割り込み境界のバイトカウ
ント2024である。しかしながら、通常の伝送においては
あるセグメントの高優先度部分は高優先度データ0から
HPPTsumバイトのいずれにもある。
図21は低優先度のパケットデータ(LPPx)の150バイ
トをどのようにして高優先度のパケットデータにより多
重化することができるかを示している(なお、ブランク
バイトは省略してある)。この実施例では、高優先度の
パケット時間は20msecで与えられており、リンク速度は
7バイト/msecである。それ故、HPPTnは140バイトにな
る。HPPTsumは92バイトとして与えられるから、IBBCは1
40−92すなわち48となる。LPPxの最初のバイトが伝送さ
れると、LPPxの48バイト(IBBC)はフレームセグメント
2101に送られる。このセグメント伝送中に、HPP0が伝送
のために利用可能となる。最後の高優先度パケットバイ
トが送られると共通メモリー2002が全てのIBBC伝送期間
毎にボーリングされるから、HPP0が検知され、次のセグ
メント2102(24バイト長)に送られる。LPPxデータの48
バイト(IBBC)からなるセグメント2103を送るために
(LPPxが長さ150バイトである)、低優先度パケットデ
ータが依然存在するから、継続する高優先度パケットデ
ータはなく、他の低優先度パケットフレームのセグメン
トが48(IBBC)バイトの2104に送られる。セグメント21
04でHPP0が利用可能になると、それは検知され、バイト
168でセグメント2105のHPP0の24バイトとして伝送され
る。セグメント2105HPP1、2および3の伝送が可能であ
る間HPP1、2および3の68バイト全部がセグメント210
6、7および8にそれぞれ送られる。これらのパケット
にセグメント2109のLPPxの残りの6バイトが続く。
図22は128バイトのLPPyがいかに継続する高優先度パ
ケットデータと多重化されるかを示す(なお、ブランク
バイトは省略してある)。1実施例の詳細は表9に示さ
れている。高優先度パケット時間は20msecとして与えら
れ、それ故に2.4バイト/msecのリンク速度を伴うHPPTn
は48バイトである。HPPTsumは46バイトとして与えられ
ると、IBBCは48−46、即ち2バイトである。LPPyの最初
のバイトとしてのデータ伝送が伝送されていることを考
慮すると、LPPyの2バイト(IBBC)がセグメント2201に
送られる。その後、このセグメントの伝送中HPP1が利用
可能となるから、HPP1はセグメント2202に送られる。こ
れはわずか23バイトの長さである。次に、低優先度パケ
ットデータの22バイトがセグメント2204に2バイトの11
回の伝送によって送られる。HPP1は11番目の伝送中に利
用可能となるので、LPPyの伝送は停止され、セグメント
2205のHPP1の23バイトが伝送される。他方、HPP0が利用
可能になると、HPP0の23バイトがセグメント2206に送ら
れる。低優先度パケットデータの残りのバイトが同一様
式の高優先度パケットバイト間にある2バイト毎に送ら
れることになる。
図23は新しいデータの優先度レベルを組み込む本発明
の他の具体例のトポロジィを示す。図23は図20Aと同様
に、低優先度パケットモジュール2303、共通メモリー23
04および2302、高優先度パケットモジュール2301を示す
が、更に中間優先度パケットモジュール(MPPM)2310を
示し、これは共通メモリー2312を介して高度な集合モジ
ュール2305につながっている。中優先度パケットモジュ
ール2310は中優先度データを発生させ、これは高優先度
データより低いタイムクリティカリティを有するデータ
であるが、低優先度データよりも高いタイムクリティカ
リティを有している。中優先度データの具体例は同期デ
ータすなわちLANデータである。この中優先度情報は高
優先度データおよび低優先度データと、多重化するにあ
たり最初の優先度は高優先度データに、次の優先度は中
優先度データに、第3の優先度は低優先度データに割り
当てる。
中優先度データを本発明に追加するには過剰の優先度
バンド巾を低優先度データと中優先度データ間で共用す
ることが必要であり、システムのニーズおよび低優先度
データと中優先度データの特殊性に基づいて行われる。
本発明の1具体例において、中優先度データは移送さ
れる低優先度データを越えて完全に優位である。それ故
に、全ての高優先度データが移送されると、全ての中優
先度データが移送され、次いで低優先度データが移送さ
れる。本発明の他の具体例では、低優先度データと中優
先度データは、伝送中非高優先度バンド中を共用するこ
とができ低優先度情報の移送前に全ての中優先度情報が
移送されないようになる。これは中優先度最大のバンド
巾を、中優先度データの伝送必要条件を満足するように
選択し、依然、いくらかの低優先度データが移送される
ように設定することにより行われる。例えば、このシス
テムは前述の具体例で述べたように高優先度情報を移送
することができ、中優先度データの100バイト毎を割り
込み境界におけるバイトカウントに依存して移送し、低
優先度データで残りのバンド巾をうめる。
前節での低および高優先度データに対して教示された
観点は中レベルシステムに直接適用される。種々の伝送
インデックスの計算は3つのレベルのシステムに対して
であり、2つのレベルシステムに対するものと同一であ
る。例外としては、割り込み境界バイトカウントは中お
よび低優先度データ間での共用しなければならないこと
である。多重化および多重分離は同様であるが、例外と
しては新しい同定バイトはそのフレーム内の中間優先度
パケットを同定するために使用しなければならないこと
が挙げられる。
加えて、これら新しい同定バイトがレシーバにより誤
訳されないように高優先度および中優先度同定コードの
双方に対し(IBBC+1)番目のバイトをチェックするこ
とが必要である。
他の中優先度レベルが可能であり、同様の様式で調停
される。例えば、4レベルシステム(2つの中レベル)
または5レベルシステム(3つの中レベル)は本発明の
異なる具体例により熟慮される。加えて、タイムクリテ
ィカリティはデータを分離する唯一のファクターでな
く、当業者に公知の他のファクターは置換することがで
きる。例えば、優先度はタイム優先度基準よりむしろそ
れらの出発地または目的地に基づく優先度に従ってパケ
ットに割り当てられる。優先度はまた、パケット情報
(タイムクリティカリティ以外)の内容に基づき割り当
てられる。
数個の優先度順位は本発明の範囲内で達成できる。優
先度の割り当ては多種に変形できる。それ故に、具体例
が例示目的で挙げられており、制限的でなく、排他的で
ない。
この記載における多くの実施例は高度な優先度による
統計的多重化のデータに適用できる音声に関するもので
あるが、数個の他の適用があり、低、高および中優先度
データはこれらに等しく適用可能である。データ具体例
にわたる特定音声において(「非同期データ」および
「低優先度データ」と同様に)「音声データ」および
「高優先度データ」の言語はしばしば交換可能に使用さ
れた。
当業者は高優先度、中優先度および低優先度データに
適用される本発明のコンセプトが種々の伝送に適用可能
であり、存在する特定の具体例に限られるものでない。
高優先度データは音声だけでなく、ビデオである。中
優先度データは同期データまたはLANデータである。他
の当業者に周知な変形もまた含まれる。
ファクシミリ情報の復調 ファクシミリ情報の伝送は、ファックス伝送を復調
し、多重化された複合リンクにわたってファクシミリ画
像パケットのみを送信し、アナログ電話回線を介して離
れたファクシミリに再伝送するために遠隔地でファクシ
ミリ信号を再変調する。本発明によるファクシミリ画像
パケットの復調及び再変調は、ある専有ファクシミリプ
ロトコルがファクシミリヘッダパケットから専有情報を
取り去ることにより抑制されることを除いてファクシミ
リにトランスパレントである。ファクシミリトーンは、
DSP620によりデジタルドメインにおいて復調されパケッ
トのヘッダが音声データとファクシミリデータを区別す
ることを除けば、ファクシミリデータは上記表2に記載
された音声データパケットと同様なデータパケットに配
置される。
結論 特定の実施形態を図示しここに記載したが、同じ目的
を達成すると思われるどのような装置を図示された特定
の実施形態に置き換えることは当業者には認識できる。
本出願は、本発明のどのような変形例をも包含するもの
である。それ故、本発明は請求の範囲とその均等物によ
ってのみ限定されるのは明白である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 前置審査 (72)発明者 サナワラ,アシシュ・エイ アメリカ合衆国55112ミネソタ州 マウ ンズ・ビュー、スコットランド・コート 2658番 (72)発明者 カンチャン,バサント・クマール アメリカ合衆国94087カリフォルニア州 サニーベイル、ダーシャー・ウェイ 809番 (56)参考文献 特開 平5−244302(JP,A) 特開 昭59−44140(JP,A) 特開 昭59−81947(JP,A) 特開 平5−227207(JP,A) 特開 昭54−29504(JP,A) 特開 平2−202250(JP,A) 特表 昭61−500292(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04J 3/00 H04M 11/00

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の非同期データインターフェース302; 複数の非同期データインターフェースからの非同期デー
    タを収集するとともに、該非同期データから集合非同期
    データパケットを生成する収集手段305; 音声帯域信号を受信する電話インターフェース308; 音声帯域信号をデジタルサンプルに変換する変換手段; デジタルサンプルを圧縮および符号化するとともにそれ
    から圧縮デジタル音声データを生成する圧縮手段; 圧縮デジタル音声データを圧縮デジタル音声データパケ
    ットに格納する手段; 集合非同期データパケットを受信するとともに圧縮デジ
    タル音声データパケットを受信し、集合非同期データパ
    ケットと圧縮デジタル音声データパケットとを同期デー
    タストリームに多重化するマルチプレクサ手段318;およ
    び 同期データストリームを送信する手段313とからなるデ
    ータマルチプレクサ。
  2. 【請求項2】電話インターフェースがさらにファクシミ
    リデータを受信するように動作可能であり、マルチプレ
    クサ手段が、ファクシミリデータを受信するとともに、
    集合非同期データと、圧縮デジタル音声データパケット
    と、ファクシミリデータとを同期データストリームに多
    重化するように動作可能である請求項1のデータマルチ
    プレクサ。
  3. 【請求項3】電話インターフェースは、音声・ファクシ
    ミリ信号の交換のためPBXに接続するPBXインターフェー
    ス手段をさらに含む請求項1のデータマルチプレクサ。
  4. 【請求項4】ローカルな電話回線インターフェース、ロ
    ーカルな電話回線インターフェースに接続されたローカ
    ルな音声圧縮プロセッサ、ローカルな非同期データポー
    ト、ローカルな非同期データポートから非同期データを
    受信するとともに、非同期データを非同期データパケッ
    ト内に配置するように接続されたローカルな第1データ
    プロセッサ306、さらにローカルな音声圧縮プロセッサ
    から圧縮音声データを受信するように接続されたローカ
    ルな第2データプロセッサ318、ローカルな第2データ
    プロセッサがさらに圧縮音声データを圧縮音声パケット
    に格納するように動作可能であり、ローカルな第2デー
    タプロセッサがさらにローカルな第1データプロセッサ
    から非同期データパケットを受信するとともに、非同期
    データパケットと圧縮音声パケットとをデータストリー
    ムに多重化するように動作可能であり、またデータスト
    リームを送信するためのローカルなラインインターフェ
    ースにさらに接続されたローカルなデータプロセッサを
    有するローカルなマルチプレクサ300; 遠隔電話回線インターフェース、遠隔電話回線インター
    フェースに接続された遠隔音声圧縮プロセッサ、遠隔非
    同期データポート、データストリームを受信するために
    遠隔ラインインターフェースに接続された遠隔第2デー
    タプロセッサを有する遠隔マルチプレクサ、遠隔第2デ
    ータプロセッサがさらに非同期データパケットを再生す
    るとともに、非同期データがパケットから除去されかつ
    遠隔非同期データポートに送信される遠隔第1データプ
    ロセッサに非同期データパケットを送信するために、デ
    ータストリームを逆多重化するように動作可能であり、
    遠隔第2データプロセッサがさらに圧縮音声データを再
    生しかつ圧縮音声データを遠隔音声圧縮プロセッサに送
    信するために、圧縮音声パケットを逆多重化するように
    動作可能である;および ローカルなマルチプレクサのローカルなラインインター
    フェースと遠隔マルチプレクサの遠隔ラインインターフ
    ェースとの間に接続されたコンポジットリンク313から
    なる多重情報ネットワーク。
  5. 【請求項5】ローカルなマルチプレクサがPBXに接続さ
    れるとともに、遠隔マルチプレクサの遠隔電話回線イン
    ターフェースは電話に接続されている請求項4のネット
    ワーク。
  6. 【請求項6】ローカルなマルチプレクサのローカルな電
    話回線インターフェースがPBXに接続されるとともに、
    遠隔マルチプレクサの遠隔電話回線インターフェースが
    PBXに接続されている請求項4のネットワーク。
  7. 【請求項7】ローカルなマルチプレクサのローカルな電
    話回線インターフェースが電話に接続されるとともに、
    遠隔マルチプレクサの遠隔電話回線インターフェースが
    電話に接続されている請求項4のネットワーク。
  8. 【請求項8】音声データと非同期データとを同一のコン
    ポジットリンクを介して送信する方法は、以下のステッ
    プからなる: アナログ音声信号を受信する; アナログ音声信号をデジタル化してデジタル音声データ
    を生成する; デジタル音声データを圧縮して圧縮音声データパケット
    を生成する; 非同期データを収集するとともに非同期データから非同
    期データパケットを生成する; 圧縮音声データパケットを非同期データパケットと多重
    化して同期データストリームを生成する;および コンポジットリンクを介して同期データストリームを送
    信する ことを特徴とする方法。
  9. 【請求項9】低い優先度のデータパケットに対しパケッ
    トサイズを動的に割当てることによって、高い優先度の
    データと低い優先度のデータとを通信リンクを介して多
    重化する方法であって、通信リンクは所定のデータ伝送
    速度であるリンク速度を有し、通信リンクは1バイトが
    Yビットで構成されるバイトデータを転送し、該方法
    は、以下のステップからなる: 以下のステップを含み、高い優先度のデータパケットを
    送信するための最少遅延時間を割当てる: a.高い優先度のパケットタイムを決定する; b.高い優先度のパケットタイムをYで除算されたリンク
    速度で掛け算することにより、1つの高い優先度のパケ
    ットタイム内において通信リンクを介して転送される最
    大バイト数を決定する; c.1つの高い優先度のパケットタイム内において通信リ
    ンクを介して転送される高い優先度のデータの最大バイ
    ト数を決定する; d.ステップbの最大バイト数からステップcの高い優先
    度のデータの最大バイト数を差引いて割込境界バイトカ
    ウントを得る;および 以下のサブステップを含み、高い優先度のデータパケッ
    トの送信の合い間に適合するできるだけ多くの低い優先
    度のデータパケットを送信する: 1)リンクを介して転送されるべき高い優先度のデータ
    バイトが存在する場合に高い優先度のデータバイトを送
    信する; 2)リンクを介して転送されるべき低い優先度のデータ
    バイトが存在する場合にK個の低い優先度のデータバイ
    トを送信する、但し、Kは割込境界バイトカウントを越
    えない; 3)ステップ1)に戻る ことを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】上記高い優先度のデータパケットの送信
    の合い間に適合するできるだけ多くの低い優先度のデー
    タパケットを送信するステップは、V個のバイト転送期
    間、ここでVは割込境界バイトカウントからKを引いた
    値に等しい、を待つステップをさらに含む請求項9の方
    法。
  11. 【請求項11】上記リンクを介して転送されるべき高い
    優先度のデータバイトが存在する場合に高い優先度のデ
    ータバイトを送信するサブステップは音声データを送信
    するサブステップからなる請求項9の方法。
  12. 【請求項12】上記リンクを介して転送されるべき高い
    優先度のデータバイトが存在する場合に高い優先度のデ
    ータバイトを送信するサブステップはファクシミリデー
    タを送信するサブステップからなる請求項9の方法。
  13. 【請求項13】上記リンクを介して転送されるべき高い
    優先度のデータバイトが存在する場合に高い優先度のデ
    ータバイトを送信するサブステップはビデオデータを送
    信するサブステップからなる請求項9の方法。
  14. 【請求項14】上記リンクを介して転送されるべき低い
    優先度のデータバイトが存在する場合にK個の低い優先
    度のデータバイトを送信するサブステップは、非同期デ
    ジタルデータを送信するサブステップからなる請求項9
    の方法。
  15. 【請求項15】請求項9の方法において、上記方法は、 1)低い優先度のバイトカウントを設定するステップ
    と; 2)ヘッダ情報を送信するステップと; をさらに含み、 上記リンクを介して転送されるべき低い優先度のデータ
    バイトが存在する場合にK個の低い優先度のデータバイ
    トを送信するサブステップは、低い優先度のデータバイ
    トカウントをK回減らすステップをさらに含み、 上記リンクを介して転送されるべき高い優先度のデータ
    バイトが存在する場合に高い優先度のデータバイトを送
    信するサブステップと、 上記リンクを介して転送されるべき低い優先度のデータ
    バイトが存在する場合にK個の低い優先度のデータバイ
    トを送信するサブステップとは、 上記低い優先度のデータバイトカウントが零になるまで
    繰り返される ことを特徴とする方法。
  16. 【請求項16】上記リンクを介して転送されるべき高い
    優先度のデータバイトが存在する場合に高い優先度のデ
    ータバイトを送信するサブステップと、 上記リンクを介して転送されるべき低い優先度のデータ
    バイトが存在する場合にK個の低い優先度のデータバイ
    トを送信するサブステップは、 エラー訂正コードを送信するサブステップをさらに含
    む、請求項15の方法。
  17. 【請求項17】上記リンクを介して転送されるべき高い
    優先度のデータバイトが存在する場合に高い優先度のデ
    ータバイトを送信するサブステップは、高い優先度のデ
    ータ同定バイトを送信することをさらに含み、 上記リンクを介して転送されるべき低い優先度のデータ
    バイトが存在する場合にK個の低い優先度のデータバイ
    トを送信するサブステップは、低い優先度のデータ同定
    バイトを送信することをさらに含む、請求項15の方法。
  18. 【請求項18】パケット化された高い優先度のデータと
    低い優先度のデータのフレームを逆多重化する方法であ
    って、低い優先度のデータは割込境界バイトカウント
    (IBBC)インクリメント内のハイブリッドフレームにパ
    ックされており、該方法は以下のステップからなる: a.低い優先度のデータバイトカウントFnを決定する; b.低い優先度のデータバイトカウンタをFnに設定する; c.同定バイトを読取る; d.同定バイトを解読して高い優先度のデータを受信して
    いるか低い優先度のデータを受信しているかを決定す
    る; e.低い優先度のデータが受信されている場合、Y個の低
    い優先度のデータバイトを読取るとともに低い優先度の
    データバイトカウンタからYを差引く、ここでYは割込
    境界バイトカウントより大きくない; f.高い優先度のデータが受信されている場合: 1.高い優先度のデータ長Xを決定する; 2.高い優先度のデータのXバイトを読取る;および g.低い優先度のデータバイトカウンタが零でない正の数
    であれば、ステップcの逆多重化を続行し、そうでなけ
    れば逆多重化を終える ことを特徴とする方法。
  19. 【請求項19】上記低い優先度のデータバイトカウント
    を決定するステップは、低い優先度のデータバイト長を
    含むフレームヘッダ情報を読むことによって実行され
    る、請求項18の方法。
  20. 【請求項20】上記低い優先度のデータバイトカウント
    を決定するステップは、低い優先度のバイトカウントを
    得るためのルックアップテーブルを参照することによっ
    て実行される、請求項18の方法。
  21. 【請求項21】上記高い優先度のデータ長Xを決定する
    ステップは、高い優先度のデータのヘッダ情報を読むこ
    とによって実行される、請求項18の方法。
  22. 【請求項22】上記高い優先度のデータ長Xを決定する
    ステップは、高い優先度のデータフレーム長を得るため
    のルックアップテーブルを参照することにより実行され
    る、請求項18の方法。
  23. 【請求項23】通信リンクを介して送信するため、高い
    優先度のデータ、中間の優先度のデータおよび低い優先
    度のデータを多重化する方法であって、該リンクは、1
    バイトのデータを通信リンク上で転送するのに要する時
    間量に等しいバイト転送期間を有する最大帯域幅を有し
    ており、該方法は以下のステップからなる: a.高い優先度のパケット時間を決定する; b.高い優先度の1パケット時間内に転送される最大バイ
    ト数を決定する; c.高い優先度の1パケット時間内に転送される高い優先
    度のデータの最大バイト数を決定する; d.最大バイト数から高い優先度の最大バイト数を差引い
    て割込境界バイトカウントを得る; e.高い優先度のデータを第1メモリに、中間の優先度の
    データを第2メモリに、低い優先度のデータを第3メモ
    リに格納する;および f.高い優先度のデータ、中間の優先度のデータおよび低
    い優先度のデータを多重化する、この多重化ステップは
    以下のサブステップからなる: 1.高い優先度のデータが存在する場合、高い優先度のデ
    ータを送信する; 2.割込境界バイトカウントより大きくはないJバイトの
    中間の優先度のデータと低い優先度のデータを送信す
    る; 3.ステップ1に戻る ことを特徴とする方法。
  24. 【請求項24】上記ステップ2は低い優先度のデータバ
    イトを送信するに先立って全ての中間の優先度のデータ
    バイトを送信するサブステップをさらに含む、請求項23
    の方法。
  25. 【請求項25】上記ステップ2は低い優先度のデータバ
    イトを送信するに先立って、割込境界バイトカウントよ
    り大きくないX個の中間の優先度のデータバイトを送信
    するサブステップをさらに含む、請求項23の方法。
  26. 【請求項26】上記格納するステップは、デジタル音声
    データを第1メモリに格納し、同期デジタルデータを第
    2メモリに格納し、非同期デジタルデータを第3メモリ
    に格納するサブステップを含む、請求項23の方法。
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