JP4792487B2 - 通信システム及びそのコーデックの割り当て方法 - Google Patents

通信システム及びそのコーデックの割り当て方法 Download PDF

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Description

本発明は、IPネットワークを利用して通信を行う場合に、ネットワークの使用可能な帯域幅に対応して、送信されるデータのコーデックを自動的に割り当てることによって、ネットワークの状態に応じて送信されるデータのコーデックが可変するようにする通信システム及びそのコーデックの割り当て方法に関する。
本発明は、情報通信部及び情報通信研究振興原の先導技術試験支援の一環として行った研究から導かれたものである[課題管理番号:2007−基盤−05、課題名:次世代ネットワーク試験技術支援]。
一般に、VoIP(Voice over Internet Protocol)は、従来から使用されているデータ通信用パケット網をインターネットを介した通話に利用するものであって、音声データをインターネットプロトコルデータパケットに変化して送信することによって、一般電話網との通話を可能にする通信サービス技術である。
このようなVoIPサービスは、コンピュータ、IP電話機、又は専用ルーターが備えられると、利用可能なので、使用が便利であり、ケーブルを介して複数が同時に使用することができ、かつ拡張性も優れており、既存電話に比べて料金もはるかに低廉であるから、使用量が順次増加している。
前記のようなVoIPサービスは、IP電話機又はコンピュータのような端末を利用してインターネットを介して通信する場合に、加入者側の端末の音声、映像コーデックが常に固定されて通信が行われる。それにより、加入機関の可用ネットワーク帯域幅が多い場合にも、低品質の音声、映像コーデックを使用して低い品質を提供するか、又は加入機関の可用ネットワーク帯域幅に余裕がない場合にも、高帯域幅の音声、映像コーデックを使用して、IPネットワークでVoIPフローに対する品質を提供できないという問題点があった。
また、インターネットを利用したVoIP電話サービスの場合に、BE(Best Effort)通信方式を使用するので、多数の加入者が全帯域幅を共有する方式が適用されることによって、同時加入者が多い場合に全接続加入者に送信速度の低下を引き起こすという問題点がある。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、IPネットワークを利用した通信において、音声又は映像を含むデータ送信時にネットワークの可用帯域幅に対応してデータのコーデックを自動的に割り当てることによって、同時接続者の増加及びサービスの品質を向上させる通信システム及びそのコーデックの割り当て方法を提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明による通信システムは、IPネットワークを利用した通話機能を含む複数の端末と接続されて、第1端末の通話接続要請に応じる呼を処理する通信制御部と、前記第1端末の通話接続要請に対応して、前記第1端末が接続した第1ネットワークの帯域幅の使用量を測定する帯域幅管理部と、前記通信制御部の呼処理時に、前記帯域幅管理部の測定結果に対応して、通話接続を要請した前記第1端末に音声コーデック又は映像コーデックを割り当てるコーデック割り当て部とを備える。
また、本発明による通信システムにおけるコーデックの割り当て方法は、複数の端末が接続した第1ネットワークの第1端末から第2端末への通話接続が要請されるステップと、前記第1ネットワークの帯域幅の使用量を測定し、前記帯域幅の使用量に対応して、前記第1端末に対する音声又は映像データのコーデックを自動的に割り当てるステップと、前記第1端末に呼を設定し、前記割り当てられたコーデックに応じて前記第1端末から音声及び映像データが送信されて、前記第2端末との通話が行われるようにするステップとを含む。
本発明によると、通信システム及びそのコーデックの割り当て方法は、ネットワークの可用帯域幅に対応してコーデックを自動的に割り当てることによって、データの効率的な送信が可能であり、かつダイナミックなコーデックの設定が可能であるから、帯域幅の使用量が少ない場合に、接続された加入者に高い品質の音声及び映像を提供し、同時接続者の数が多くて帯域幅の使用量が多い場合には、コーデックの変更により接続者を収容しつつ一定水準の品質を維持するようにすることによって、サービスの品質管理及び同時接続者の数に対する管理の効率性が向上するという効果がある。
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるIPネットワークを利用した通信システムの構成に対する説明に参照される図である。
図1に示すように、本発明による通信システムは、IPネットワークを介した通話機能が備えられた複数の端末111〜116、複数の端末が接続されて、複数の端末に対する通話設定及びコーデックを割り当てる通信サーバ210、220、複数の端末がIPネットワーク400に接続されるようにするゲートウェイ310、320を備える。
また、通信システムは、通信サーバ210、220の要請によって送信されるデータのコーデックを変換するコーデック変換装置410をさらに備える。このとき、コーデック変換装置410は、IPネットワーク400内に備えられるか、又はIPネットワーク400に接続されるように構成されうる。
上記のように構成される通信システムは、音声信号及び映像信号を圧縮されたデータパケットに変換して、IP網を基盤とするインターネットを介して送信することによって、インターネット及び既存の一般電話網であるPSTN網との連動により通信を行う。
このとき、端末は、IPプロトコルを介した通信VoIP(Voice over Internet Protocol)サービス専用IP電話機、インターネットを介して通信ID又はIPアドレスなどを保有した通信コミュニティ間音声サービスを提供するコンピュータ(PC)、専用ルーターが備えられた一般電話機が使用されることができ、その他、IP基盤の通信が可能なPDA、携帯電話も使用されうる。前記のような端末は、音声入力手段、映像入力手段が備えられ、入力された音声又は映像を前記通信サーバ210、220で割り当てられたコーデックに応じて処理するデータ処理手段、及びパケットを送受信するパケット通信手段を備えることができる。
前記のような端末は、インターネットを介して通信が行われる場合に、IP電話機対IP電話機の形態、インターネットを介して通信ID又はIPアドレスなどを保有した通信コミュニティ間音声サービスを提供するPC対PCの形態、インターネットとPSTN網とを相互連動するIPプロトコルと着信又は一般有無線電話間音声サービスを提供するIP電話機対一般電話機の形態、PSTN網の一般電話機がインターネットを経由して他のPSTN網の一般電話機と接続する一般電話対一般電話の形態のうち、何れか一つの形態で通信が行われうる。
本発明は、一般電話網の連動による通信にも適用されうるが、IP電話機対IP電話機、PC対PC又はIP電話機対PCの場合を例に挙げて説明する。以下、一般電話網との接続に対する説明は省略する。
通信サーバ210、220は、複数の端末111〜116に接続されて、IPネットワーク400を利用した端末間の通信が可能なように、端末の要請によってVoIPの呼を設定し制御する。このとき、第1通信サーバ210は、接続した第1〜第3端末111〜113の要請によって通信が行われるように制御し、第2通信サーバ220は、第4〜第6端末114〜116の通信を制御する。
また、通信サーバ210、220は、機関加入者区間、すなわち加入した端末が接続したネットワークの可用帯域幅を管理し、ネットワークの帯域幅の使用量をリアルタイムで測定する。このとき、通信サーバ210、220は、帯域幅の使用量に対する帯域幅管理テーブルを生成する。
通信サーバ210、220は、保存された帯域幅管理テーブルを参照して、測定された帯域幅の使用量に応じて端末にコーデックを割り当てる。ここで、帯域幅管理テーブルは、帯域幅の使用量を所定段階に区分し、各段階によって各々異なるコーデックが端末に割り当てられるように設定される。それにより、端末は、通信サーバ210、220から割り当てられたコーデックに応じて音声又は映像データを送信して、相手との通信を行うようになる。
また、通信サーバ210、220は、他の端末から通話が受信される場合に、受信通話に対するコーデックを端末に割り当てられたコーデックと比較して、コーデック変換装置410にコーデック変換を要請する。
例えば、第2通信サーバ420に接続した第4端末114から第1通信サーバ410に接続した第2端末112に通話が受信される場合に、第1通信サーバ410は、帯域幅の使用量に応じて第2端末112にコーデックを割り当て、第4端末114の通話受信に対するデータのコーデックを第2端末112に割り当てられたコーデックと比較して、コーデックが互いに異なる場合に、IPネットワーク400のコーデック変換装置410にコーデック変換を要請する。
このとき、コーデック変換装置410は、通信サーバ210、220からの要請に応じて送信される音声又は映像データのコーデックを通信サーバ210、220から要請されたコーデックに再エンコードして、コーデックを変換する。すなわち、コーデック変換装置410は、第1通信サーバ210の要請に応じて、第4端末114から送信されるデータのコーデックを第2端末112に割り当てられたコーデックに再エンコードして変換し、変換されたデータを第1通信サーバ210に送信する。
図2は、本発明の実施の形態による通信システムの通信サーバの構成に対する説明に参照されるブロック図である。
図2に示すように、通信サーバ200は、通話制御部211、帯域幅管理部214、コーデック割り当て部212、データ部213、通信部215を備える。
通話制御部211は、端末からの要請に応じて、接続した端末に対するVoIPの呼を設定し、他の端末からの通話受信時に該当端末との通話路を開設して相互通信を可能にする。データ部213は、帯域幅管理部214により生成される、帯域幅の使用量に応じる帯域幅管理テーブルを保存し、通信部215は、接続した複数の端末とデータを送受信し、ゲートウェイを介してIPネットワークを介した通信を行って、制御信号が送受信されるようにする。
帯域幅管理部214は、ネットワークの帯域幅の使用量をリアルタイムで測定し、帯域幅を管理する。また、帯域幅管理部214は、測定される帯域幅の使用量に応じて帯域幅管理テーブルを生成する。
帯域幅管理部214で生成される帯域幅管理テーブルは、下記の表1のとおりである。
このとき、帯域幅管理テーブルは、帯域幅の使用量を所定の段階に区分し、可用帯域幅に応じて段階別に使用するコーデックを整理したテーブルであり、各段階に応じて互いに異なる品質のコーデックが指定されて、可用帯域幅が多いほど、高品質の音声及び映像コーデックを使用するようになっている。
Figure 0004792487
表1のように、帯域幅管理テーブルは、帯域幅の使用量を30%以下、30%超過40%以下、40%超過50%以下、50%以上の4段階に区分して、各段階別にG.711、G.726、G.728、G.729、G.723の音声コーデックと、H.264、H.263、H.261の映像コーデックがそれぞれ品質に応じて割り当てられるように、コーデックを指定する。
このとき、データリンク(Data link)がイーサネット(Ethernet)(登録商標)であるとき、音声コーデックの帯域幅はG.711が87.2Kbps、G.726は55.2Kbps〜27.6Kbps、G.728は27.6Kbps〜39.2Kbps、G.729は19.6Kbps〜31.2Kbps、G.723は12.9Kbps〜21.5Kbpsである。
前記のような帯域幅管理テーブルは、帯域幅の使用量に応じる段階区分及び割り当てられるコーデックの種類が機関加入者の帯域幅と管理者の政策により変更されうる。また、指定されているコーデックの他に管理者の政策と技術発展に応じてコーデックを追加してテーブルを設定でき、場合に応じて映像コーデックを除いた音声コーデックのみでテーブルが構成されうる。
コーデック割り当て部212は、帯域幅管理部214で測定される帯域幅の使用量に対応して、呼設定を要請した端末にコーデックを割り当てる。
コーデック割り当て部212は、前記のようなコーデック管理テーブルによって、ネットワークの帯域幅の使用量が30%以下であると、最高品質の音声コーデック及び映像コーデックを端末に割り当て、帯域幅の使用量が30%超過40%以下であると、中間品質の音声コーデック及び映像コーデックを端末に割り当て、帯域幅の使用量が40%超過50%以であると、最低品質の音声コーデック及び映像コーデックを割り当てる。また、コーデック割り当て部212は、帯域幅の使用量が50%を越える場合に、映像コーデックは除いて最低品質の音声コーデックを端末に割り当てて、映像コーデックは動作しないようにする。
例えば、コーデック割り当て部212は、表1のように、帯域幅の使用量が30%以下であると、最高品質の音声コーデックG.711と映像コーデックH.264とを端末に割り当て、端末は、指定されたコーデックで通信を開始する。
また、コーデック割り当て部212は、接続した複数の端末のうち、いずれか一つに通話が受信される場合にも、帯域幅管理部214で測定される帯域幅の使用量に対応して受信された通話の対象端末にコーデックを割り当てる。
このとき、コーデック割り当て部212は、受信通話に対するデータのコーデックと、対象端末に割り当てられたコーデックとを比較して、コーデックが互いに異なる場合に、IPネットワーク400のコーデック変換装置410にコーデック変換を要請する。
上記のように構成された本発明の一実施の形態による動作を説明すると、以下のとおりである。
図3は、本発明の実施の形態による通信システムにおいて、データ送信に応じるコーデックの割り当て方法に対する動作説明に参照されるフローチャートである。
図3に示すように、通信サーバ200は、接続した端末100から通話接続要請が受信されると(S510)、現在のネットワーク帯域幅の使用量を測定する(S520)。
通信サーバ200は、通話接続を要請した端末に対するVoIPの呼を設定し、帯域幅の使用量に応じる段階別音声及び映像コーデックが指定された帯域幅管理テーブルを参照して、帯域幅の使用量に対応するコーデックを端末に割り当てる。
このとき、通信サーバ200は、帯域幅の使用量を前記帯域幅管理テーブルに設定された帯域幅の使用量の段階に応じて、複数の基準値と比較して対応する音声コーデック又は映像コーデックを割り当て、帯域幅の使用量が少ないほど、すなわち可用帯域幅が多いほど、高い品質のコーデックが端末に割り当てられるようにする。
通信サーバ200は、帯域幅の使用量が第1基準値以下である場合(S530)に、可用帯域幅が多いので、それに対応して高い品質の第1音声コーデックと第1映像コーデックとを割り当てる(S540)。
また、帯域幅の使用量が第1基準値超過第2基準値以下である場合には(S550)、第2音声コーデック及び第3映像コーデックを端末に割り当て(S560)、帯域幅の使用量が第2基準値超過第3基準値以下である場合には(S570)、第3音声コーデック及び第3映像コーデックを端末に割り当てる(S580)。
一方、帯域幅の使用量が第3基準値を超過する場合には(S590)、映像コーデックは割り当てずに第4音声コーデックのみを端末に割り当てる(S610)。このとき、帯域幅の使用量がどの段階にも含まれない場合には、エラーが発生したものと判断する(S600)。
例えば、前述した表1のように、帯域幅の使用量が30%以下である場合に、G.711又はG.726の音声コーデックと、H.264又はH.263の映像コーデックを端末に割り当て、帯域幅の使用量が30%超過40%以下であると、中間品質のG.726又はG.728の音声コーデックとH.264又はH.263の映像コーデックを端末に割り当てる。また、帯域幅の使用量が40%超過50%以下であると、低い品質のG.729の音声コーデックとH.261の映像コーデックを割り当て、帯域幅の使用量が50%を越える場合には、G.723の音声コーデックを端末に割り当てて音声のデータパケットのみが送信されるようにする。
上記のように、通信サーバ200により音声コーデック又は映像コーデックが端末に割り当てられて通話が接続されると、端末100は、割り当てられたコーデックに応じて音声又は映像データを送信して通信を開始する(S620)。
図4は、本発明の実施の形態による通信システムのけるデータ受信に応じるコーデックの割り当て及び変更方法に対する動作説明に参照されるフローチャートである。
図4に示すように、通信サーバ200は、接続された複数の端末のうち、何れか一つの端末に通話が受信される場合(S710)に、通話接続要請と共に受信通話に対するコーデック情報を受信して確認する(S720)。
すなわち。第2通信サーバ220に接続した第4端末114からIPネットワークを介して第1通信サーバ210に接続した第1端末111に通話が受信されると、第1通信サーバ210は、第4端末114からの通話接続要請によって、第4端末114のデータのコーデックを確認する。
第1通信サーバ210は、第1端末111が接続したネットワークの帯域幅の使用量を測定して可用帯域幅を確認し(S730)、帯域幅の使用量に応じて第1端末111に音声コーデック又は映像コーデックを割り当てる(S740〜S800)。
このとき、コーデック割り当ては、前述した図3のように、帯域幅の使用量を所定の段階に区分して、各段階別基準値との比較結果に応じて指定された所定の音声コーデック又は映像コーデックが第1端末111に割り当てられるようにする。帯域幅の使用量が第三基準値を超過する場合に、すなわち帯域幅の使用量が50%を超過する場合には、前述したように、第4音声コーデックのみを第1端末111に割り当てる(S800)。
第1通信サーバ210は、上記のように第1端末111に割り当てられたコーデックと第4端末114の受信通話に対するコーデックとを比較して(S810)、両コーデックが互いに異なる場合には、コーデック変換装置410にコーデック変換を要請する(S820)。
このとき、コーデック変換装置410は、第1通信サーバ210の要請に応じて、第4端末114から第1端末111に送信される音声又は映像データのコーデックを第1端末111に割り当てられた音声コーデック又は映像コーデックに変更して、コーデック変換された音声又は映像データを第1通信サーバ210に送信する。
第1通信サーバ210は、第4端末114の通話接続要請によって通話路を開設して、第1端末111に通話を接続し、相互通話が開始されるようにする(S830)。
したがって、帯域幅の使用量に対応して、音声又は映像データに対するコーデックを可変適用することによって、可用帯域幅が多い場合に最高品質のコーデック使用が可能であるから、サービスの品質の低下を防止し、同時接続者が多くて可用帯域幅が少ない場合にも、コーデックの変更により接続者を収容できるようになる。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
本発明の実施の形態によるIPネットワークを利用した通信システムの構成に対する説明に参照される図である。 本発明の実施の形態による通信システムの通信サーバの構成に対する説明に参照されるブロック図である。 本発明の実施の形態による通信システムにおいて、データ送信に応じるコーデックの割り当て方法に対する動作説明に参照されるフローチャートである。 本発明の実施の形態による通信システムのけるデータ受信に応じるコーデックの割り当て及び変更方法に対する動作説明に参照されるフローチャートである。

Claims (11)

  1. 複数の端末が接続した第1ネットワークの第1通信サーバが、前記第1ネットワークの第1端末から第2端末への通信接続要請を受信するステップと、
    前記第1通信サーバが、前記第1端末が接続された前記第1ネットワークの帯域幅の使用量を測定するステップと、
    前記第1通信サーバが、前記第2端末が接続された第2ネットワークの帯域幅の使用量に関係なく、測定された前記第1端末が接続された前記第1ネットワークの帯域幅の使用量に対応して、前記第1端末に対する音声又は映像データのコーデックを自動的に割り当てるステップと、
    前記第1通信サーバが、前記第1端末に呼を設定し、前記第2端末との通話が行われるように、前記割り当てられたコーデックに応じて前記第1端末から音声及び映像データを送信するステップと、
    前記第1端末から前記第2端末に通話接続要請が受信されると、前記第2端末が接続された前記第2ネットワークの第2通信サーバが、第2端末が接続された前記第2ネットワークの帯域幅の使用量を測定するステップと、
    前記第2通信サーバが、前記第2ネットワークの帯域幅使用量に対応して、前記第2端末に音声又は映像データのコーデックを割り当てるステップと、
    前記第2通信サーバが、前記第1端末から受信される音声及び映像データのコーデックを前記第2端末に割り当てられたコーデックと比較して、コーデックが互いに異なる場合に、前記音声及び映像データのコーデックを変換して、前記第2端末に送信する通信システムにおけるコーデックの割り当て方法。
  2. コーデックが互いに異なる場合、コーデック変換装置にコーデック変換を要請し、前記第2端末に割り当てられたコーデックに変換された前記音声及び映像データを前記第2端末に送信することを特徴とする請求項1に記載の通信システムにおけるコーデックの割り当て方法。
  3. 前記第1端末又は前記第2端末にコーデックを割り当てる際、帯域幅の使用量を所定の段階に区分して、前記帯域幅の使用量が少ない場合、段階的に高い品質の音声及び映像コーデックを割り当て、前記帯域幅の使用量が多い場合、段階的に低い品質の音声又は映像コーデックを割り当てる請求項1又は2に記載の通信システムにおけるコーデックの割り当て方法。
  4. 前記第1端末又は前記第2端末にコーデックを割り当てる際、段階別に品質が互いに異なる音声コーデック又は映像コーデックが指定された帯域幅管理テーブルを参照して、前記帯域幅の使用量に対応する音声コーデック又は映像コーデックを前記第1端末に割り当てる請求項3に記載の通信システムにおけるコーデックの割り当て方法。
  5. 前記第1端末又は前記第2端末にコーデックを割り当てる際、前記帯域幅使用量が所定基準値以上である場合、映像コーデックを除いた音声コーデックのみを割り当てることを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システムにおけるコーデックの割り当て方法。
  6. 第1端末が接続した第1ネットワークにおいて通信を制御する第1通信サーバと、第2端末とを備え、前記第1ネットワークと接続した第2ネットワークにおいて通信を制御する第2通信サーバを備え、
    前記第1通信サーバは、第1端末の前記第2端末への通話接続要請に応じる呼を処理する通信制御部と、
    前記通話接続要請に対応して、通信接続を要請した前記第1端末が接続した第1ネットワークの帯域幅使用量を測定する帯域幅管理部と、
    前記通信制御部の呼処理の際、前記帯域幅管理部の測定結果に対応して、通信接続を要請した前記第1端末に音声コーデック又は映像コーデックを割り当てる第1コーデック割り当て部とを備え、
    前記第2通信サーバは、前記第1端末から前記第2端末に通話接続要請が受信される際、前記第2ネットワークの帯域幅使用量に対応して前記第2端末に音声コーデック又は映像コーデックを割り当て、
    前記第1端末のデータのコーデックと前記第2端末に割り当てられたコーデックとが互いに異なる場合、前記第1端末のデータのコーデックが前記第2端末に割り当てられたコーデックに変換されて、コーデック変換されたデータが前記第2端末に送信されるようにする第2コーデック割り当て部を備える通信システム。
  7. 前記第1コーデック割り当て部と前記第2コーデック割り当て部は、既保存された帯域幅管理テーブルを参照して前記帯域幅管理部から入力される帯域幅の使用量に応じて、前記第1端末に音声コーデック又は映像コーデックを自動的に割り当てる請求項6に記載の通信システム。
  8. 前記第1コーデック割り当て部と前記第2コーデック割り当て部は、前記帯域幅の使用量が所定基準値以上である場合に、映像コーデックを除いて音声コーデックのみを前記第1端末に割り当てることを特徴とする請求項7に記載の通信システム。
  9. 前記第2コーデック割り当て部は、コーデックが互いに異なる場合、コーデック変換装置にコーデック変換を要請して、前記第1端末のデータのコーデックが前記第2端末に割り当てられたコーデックに変換されるようにすることを特徴とする請求項6に記載の通信システム。
  10. 前記コーデック変換装置は、前記第1及び第2ネットワークに接続されて、前記第1及び第2コーデック割り当て部の要請に応じてデータを要請されたコーデックに再エンコードして送信する請求項9に記載の通信システム。
  11. 前記帯域幅管理部は、帯域幅の使用量を所定段階に区分し、各段階別に互いに異なる品質のコーデックを設定して、前記帯域幅管理テーブルを生成することを特徴とする請求項7に記載の通信システム。
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