JP5177476B2 - 無線通信端末、無線通信システム及び無線通信プログラム - Google Patents
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Description
PC上で扱われるデータは多様化しており、特にあたかも電話のように音声データをリアルタイムで送受信して通話を行いたい、という要請がある。
このような要請に応える技術として、例えば、専用のアプリケーションをPC上で動作させ、PCにマイクとスピーカとを取り付け、マイクによって取り込んだ音声を符号化・圧縮してインターネットを介して送受信し、通話先から受信した音声データをスピーカで再生し、あたかも電話のように通話を行うことができる技術がある。
この不利益を回避する技術として、PCにマイクとスピーカとを取り付け、マイクによって取り込んだ音声を符号化・圧縮して公衆電話通信網を介して送受信し、通話を行う技術が特許文献1に開示されている。
上述したように、特許文献1に開示された電話端末装置では、USBのアイソクロナス転送モードによってPCと音声データの通信を行っている。
アイソクロナス転送モードとは、USBでサポートされているデータ転送方式のひとつであり、一定時間当たりの転送量が保証される、という特徴を有する。すなわち、データの転送が途中で途切れないので、動画や音声などのストリーミングデータの転送に向いている。
図1は、本実施形態の無線通信システム100の構成の一例を示す図である。
図1に示すように、無線通信システム100は、通信モジュール1、PC2、CDMA通信網3を有する。通信モジュール1が本発明の無線通信端末に、PC2が本発明の後位端末に、CDMA通信網3が本発明の公衆電話通信網にそれぞれ対応している。
図1に示すように、通信モジュール1はPC2とUSB接続されており、またアンテナ11を介してCDMA通信網3と通信を行うことができるように構成されている。
本実施形態の通信モジュール1としては、本発明の無線通信端末の一例として、例えばPC2にUSB接続される通信カード状の通信端末が挙げられるが、本発明の無線通信端末はこれに限定されるものではない。また、USBスロットに着脱自在である必要も無く、後位端末内に内蔵されていても良い。
図1に示した無線通信システム100では、発信元からCDMA通信網3を介して送信された音声データ(以下、受信音声データ)を、通信モジュール1が受信しPCMデータ(以下、受信PCMデータ)に変換した後PC2に転送する。或いは、PC2において生成されたPCMデータ(以下、送信PCMデータ)を、通信モジュール1が送信可能な音声データ(以下、送信音声データ)に変換した後CDMA通信網3を介して送信先に送信する。
ここで、本実施形態のCDMA通信網3は、CDMA(Code Division Multiple Access:符号分割多元接続)方式の携帯電話通信網である。
通信モジュール1は、図1に示すように、アンテナ11、通信処理部12、D/A変換部13、A/D変換部14、PCMデータ変換部15、バッファメモリ16、USB通信部17(本発明の第2USB通信部)を有する。
アンテナ11は、CDMA通信網3を介した通信を行うためのアンテナである。
通信処理部12は、CDMA通信網3及びアンテナ11を介して音声呼が確立した状態で、発信元からAMR(Adaptive Multi-Rate)等の方式によりエンコードされたデジタルの受信音声データを受信する、或いは、後述するPCMデータ変換部15が生成した、受信音声データと同様にAMR等の方式によりエンコードしたデジタルの送信音声データをアンテナ11及びCDMA通信網3を介して送信する処理を行う。
A/D変換部14は、後述するPCMデータ変換部15が生成したアナログの送信音声データを、CDMA通信網3に送信するためのデジタルの送信音声データに変換・エンコードする。
所定時間とは、以下説明するバッファメモリ16及びUSB通信部17における所定時間と同様に、例えば20msである。この値の根拠については、後に説明する。
なお、PCMデータ変換部15が生成するPCMデータは、例えばサンプリングレート8kHz、量子化ビット数16bitである。
これは、人の声の周波数レンジは通常200Hzから3,400Hzであることから、十分な音質を確保するための決定された値である。
20msという所定時間は、上述したバッファメモリ16にバッファリングされた所定容量、すなわち320byteのデータが、USB1.1のフルスピードにおける転送速度12Mbps(bits per seconds)において確実に転送されると予想される時間である。具体的には、320byte=2560bitであるため、12Mbpsの通信速度では320byteのデータは約0.213msで転送されることになり、この値は20msと比較して十分に小さいと言える。
また、USB通信部17は、PC2からバルク転送モードで転送された送信PCMデータを取得し、バッファメモリ16に所定時間ごとにバッファリングさせる。
図2(a)は、通信モジュール1のUSB通信部17がPC2からの送信PCMデータを取得し、バッファメモリ16が当該送信PCMデータをバッファリングする際のタイムスケールを示している。
図2(a)の横方向、左から右にかけて時間が経過している。
図2(a)においては、USB通信部17は、PC2から20msごとに、いずれかのタイミングで320byteの送信PCMデータをバルク転送モードで取得している。以下では、20msの期間をフレームと呼ぶことにする。
図2(a)に示すように、バッファメモリ16は、USB通信部17が1フレームごとに取得した320byteの送信PCMデータを、320byteずつバッファリングする。ここで、バッファメモリ16がバッファリングする送信PCMデータを仮に時系列順にA,B,Cと呼ぶことにする。
バッファメモリ16は、図2(a)に示す1番目のフレームでバッファリングされた送信PCMデータAを、図2(b)に示すように次のフレームの始まりのタイミングでPCMデータ変換部15に出力する。送信PCMデータB及びCに関しても、バッファメモリ16は、図2(a)に示した、バッファリングされたフレームの次のフレームの始まりのタイミングで送信PCMデータB及びCをPCMデータ変換部15に出力する。バッファメモリ16から送信PCMデータの出力を受けたPCMデータ変換部15は、出力された送信PCMデータを取得したタイミングでアナログの送信音声データへの変換を行う。
このようにすることによって、通信モジュール1は、PC2が出力した送信PCMデータを、20msずつ遅れてではあるが、途切れなく送信音声データに変換して送信を行うことができる。
図2(c)は、あるフレームにおいて、通信エラー等の理由によりUSB通信部17が送信PCMデータを取得できなかった場合に、バッファメモリ16が送信PCMデータをバッファリングする際のタイムスケールを示している。
図2(c)においては、通信エラー等の理由により、USB通信部17が、2番目のフレームにおいて、PC2からの送信PCMデータBを取得できなかった場合について示している。すなわち、図2(c)においては、バッファメモリ16は2番目のフレームでは送信PCMデータをバッファリングできない。
このような場合、バッファメモリ16は、図2(d)に示すように、送信PCMデータBを取得できなかったフレームの次のフレームにおいて出力する送信PCMデータが存在しないことになる。図2(d)は、図2(c)に示した、送信PCMデータがバッファリングされていないフレームが存在する場合の、バッファメモリ16の送信PCMデータ出力のタイムスケールを示す図である。
このような場合には、PCMデータ変換部15は、送信PCMデータが存在しないフレームにおいては、無音データ(空データ)を生成する。
このようにすることによって、通信エラー等の理由により送信PCMデータが存在しないフレームが存在した場合でも、通信モジュール1はPC2が生成した送信音声データを問題なく発信先に送信することができるようになる。
USB(Universal Serial Bus)は、コンピュータに周辺機器を接続するためのシリアルバス規格の1つであり、複数の多様なシステム構成をとりうる。このため、バス使用効率とそれぞれのバスのパフォーマンスを低下させないように、USBを利用するアプリケーションの特徴に合わせて選択できる4つの転送モードが存在する。すなわち、コントロール転送、インタラプト転送、アイソクロナス転送、バルク転送の4つである。
インタラプト転送は、非同期で低頻度の小さいデータを転送する場合に用いられる。
アイソクロナス転送は、連続的で周期的な通信に利用される優先度の高い転送方式であり、通信経路が確立された後は限定的な遅延で一定の転送レートが保証される。ただし、エラー検出は行われない。
バルク転送は、エラー訂正を含んだ状態での突発的で非周期的な通信のうち遅延が問題にならない大量のデータを転送する通信に用いられる。
本実施形態のUSB通信部17では、バルク転送モードにより通信を行う。
音声処理部21は、マイク211及びスピーカ212を有し、マイク211で取り込んだ音声信号を送信PCMデータに変換する。また、後述するUSB通信部22が通信モジュール1から取得した受信PCMデータを音声データに変換し、スピーカ212に再生させる。
USB通信部22は、音声処理部21が生成した送信PCMデータを通信モジュール1に対してバルク転送モードで転送する。また、USB通信部17は、PC2からバルク転送モードで転送された受信PCMデータを取得する。
制御部23は、通信モジュール1及び、音声処理部21、USB通信部22の統括的な制御を行う。制御部23は、通信モジュール1とCDMA通信網3とを介した音声通話を処理するための音声通話アプリケーションを実行する。制御部23で実行される音声通話アプリケーションは、通信モジュール1に対して制御信号を送信し、通信モジュール1の各構成の動作を制御する。また、PC2の音声処理部21及びUSB通信部22に対して、それぞれ上記説明した動作を実行させる。
まずユーザが、PC2上の図示しないキーボード等を操作して、以降の処理を制御部23で行うアプリケーションプログラムを起動する。そして、キーボードを操作することにより、発呼先の電話番号を指定して発呼の要求を行う。制御部23(アプリケーションプログラム)は、発呼の要求をうけると、発呼先番号を含む発呼要請の信号を生成し、USB通信部22経由で通信モジュール1に出力する。通信モジュール1では、USB通信部17にて発呼要請を受信すると、CDMA通信網3に含まれる図示しない基地局に対し、発呼要求を行う。ここでは、自通信モジュール1の電話番号、発呼要請信号から抽出した発呼先番号等を基地局経由でCDMA通信網3に送出する。CDMA通信網3においては、発呼先番号にて指定される相手端末に着信要求を行い、この端末からの応答があれば、発呼側通信モジュール1と着呼側端末とをトラフィックチャネルに移行させて音声路を設定し、通話状態とする。
に監視しており、CDMA通信網3から通信モジュール1の有する電話番号を基に着呼要求が発生したことを検出すると、USB通信部17経由でPC2の制御部23に対し、着信報知要求を行なう。制御部23は着信報知要求を受信すると、アプリケーションプログラムが起動中であれば音声処理部21に報知音をスピーカ212に出力させるよう制御し、起動中でなければ起動させて同様の処理を行う、あるいはUSB通信部22経由で応答不可を返答する。PC2においては、ユーザが着信報知に対してキーボード操作などにより応答が生じると、USB通信部22経由で応答許可を返答する。そして、通信モジュール1は、応答不可を得た場合にはCDMA通信網3に応答不可を返答して通信を行なわず、応答許可を得た場合には、前の発呼時の説明と同様の処理にて発呼側と音声路を設ける。
以上の過程にて、音声路が通信モジュール1とCDMA通信網3経由で相手側端末との間に設けられて、通話状態となる。以降、通信が終了するまでの間、通信モジュール1は、CDMA通信網3へ送信音声データを送出、あるいはCDMA通信網3から送信される受信音声データを受信する。
図3は、CDMA通信網3から受信音声データを受信した際の無線通信システム100の動作例を説明するためのフローチャートである。
ステップST1:
通信モジュール1の通信処理部12は、CDMA通信網3を介して発信元から送信された受信音声データを受信する。
ステップST2:
通信モジュール1のD/A変換部13は、ステップST1において受信したデジタルの受信音声データをアナログの受信音声データに変換する。
通信モジュール1のPCMデータ変換部15は、ステップST2において変換されたアナログの受信音声データを受信PCMデータに変換し、20msごと、320byteずつ出力する
ステップST4:
通信モジュール1のバッファメモリ16は、ステップST3において変換された受信PCMデータを320byteずつバッファリングする。
通信モジュール1のUSB通信部17は、ステップST4においてバッファリングされた受信PCMデータをバルク転送モードで20msごとにPC2に転送する。
ステップST6:
PC2のUSB通信部22は、ステップST5において転送された受信PCMデータを受信する。
PC2の音声処理部21は、ステップST6において受信した受信PCMデータを再生可能な形式の音声データに変換する。
ステップST8:
PC2の音声処理部21は、ステップST7において変換した音声データをスピーカ212にて再生する。
図4は、PC2が生成した送信音声データをCDMA通信網3を介して発信先に送信する際の無線通信システム100の動作例を説明するためのフローチャートである。
ステップST11:
PC2の音声処理部21は、マイク211から入力された音声を音声データとして取得する。
ステップST12:
PC2の音声処理部21は、ステップST11において取得した音声データを送信PCMデータに変換する。
PC2のUSB通信部22は、ステップST2において変換した送信PCMデータをバルク転送モードで通信モジュール1に対して転送する。
ステップST14:
通信モジュール1のUSB通信部17は、ステップST13において転送された送信PCMデータを取得し、バッファメモリ16に対して20msごとに出力しバッファリングさせる。
通信モジュール1のバッファメモリ16は、ステップST14においてUSB通信部17から出力された送信PCMデータを320byteずつバッファリングする。
ステップST16:
通信モジュール1のPCMデータ変換部15は、20msごとにバッファメモリ16から出力される送信PCMデータを取得する。この際、送信PCMデータが出力された場合はステップST17に進み、バッファメモリ16の当該フレームにおいてバッファリングされた送信PCMデータが通信エラー等の理由により存在しなかった場合は、ステップST18に進む。
通信モジュール1のPCMデータ変換部15は、ステップST15においてバッファリングされた送信PCMデータをアナログの送信音声データに変換し、20msごとに出力する。
ステップST18:
通信モジュール1のPCMデータ変換部15は、無音のデータ(空データ)を生成し、20msごとに出力する。
通信モジュール1のA/D変換部14は、ステップST17においてPCMデータ変換部15が変換したアナログの送信音声データと、ステップST18において生成された空データとを順番にデジタルの送信音声データに変換する。
ステップST20:
通信モジュール1の通信処理部12は、ステップST19において変換されたデジタルの送信音声データをCDMA通信網3を介して発信先に送信する。
音声の品質のうち、音質については、上述したように、PCMデータ変換部15が生成するPCMデータは、例えばサンプリングレート8kHz、量子化ビット数16bitであるため、十分な音質が確保されていると言える。
以下問題となるのは、通信に伴う音声の遅延である。
図5は、各種通信における音声の遅延について説明するための図である。
図5(a)は、通常の会話、すなわち、話し手と聞き手とが直接面と向かって会話をしている場合の遅延について説明するための図である。
図5(a)に示すように、このような場合には、話し手と聞き手との間には遅延が発生しない。
図5(b)に示すように、話し手が話してから、聞き手がこれを聞くまでの間に、CDMA通信網3に起因する若干の遅延が生じる。この遅延時間については、正確な値はわからないが、数ms〜十数msであると考えられる。
本実施形態の無線通信システム100においては、話し手が発した音声は、以下のような段階を経て聞き手に届けられる。
次に、バッファメモリ16が、転送された送信PCMデータを320byteずつバッファリングする。ここで、バッファメモリ16は、USB通信部17の出力に従い20ms(1フレーム)ごとにバッファリングされた送信PCMデータを次のフレームで出力しているため、20msの遅延が生じる。
さらに、バッファメモリ16から20msごとに出力された送信PCMデータを、PCMデータ変換部15がアナログの送信音声データに変換(通信エラー等により出力される送信PCMデータが存在しなかった場合はそのフレームにおいて空データを生成)し、20msごとに出力する。この際に、さらに20msの遅延が生じる。
最後に、PCMデータ変換部15から出力されたアナログの送信音声データ(及び空データ)を、出力された順に順次A/D変換部14がデジタルの送信音声データに変換し、通信処理部12によりCDMA通信網3を介して発信先まで送信される。この際に、上述した図5(b)の場合と同様のCDMA通信に起因した遅延がさらに生じる。
すなわち、本発明の実施に際しては、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
上述した実施形態では、所定時間を20ms、所定容量を320byteとした。これらの数値は、上述した実施形態において説明したような根拠を有する数値であるが、本発明の所定時間及び所定容量は、これらの数値に限定されない。上述した根拠を満たす他の数値をとっても良い。
Claims (4)
- 送信PCMデータを生成する後位端末とUSB接続され、前記送信PCMデータを、非周期的に転送するバルク転送モードにて取得するUSB通信部と、
前記USB通信部に接続され、当該USB通信部が取得した前記送信PCMデータをバッファリングするバッファメモリと、
前記バッファメモリがバッファリングした、前記後位端末から取得された送信PCMデータを送信音声データに変換するPCMデータ変換部と、
公衆電話通信網と無線通信が可能であり、前記PCMデータ変換部が変換した送信音声データを前記公衆電話通信網に送信する通信処理部と、
を有し、
前記バッファメモリは、前記USB通信部が前記後位端末から取得した送信PCMデータを所定容量ずつバッファリングし、前記PCMデータ変換部に、バッファリングされた前記送信PCMデータを所定時間ごとに前記所定容量ずつ出力する
ことを特徴とする無線通信端末。 - 前記通信処理部は、前記公衆電話通信網から受信音声データを受信し、
前記PCMデータ変換部は、前記通信処理部が受信した前記受信音声データを、受信PCMデータに変換して所定時間ごとに前記バッファメモリに出力し、
前記バッファメモリは、前記PCMデータ変換部が出力した前記受信PCMデータを所定容量ずつバッファリングし、
前記USB通信部は、前記バッファメモリがバッファリングした前記受信PCMデータを所定時間ごとに前記所定容量ずつ前記後位端末に対してバルク転送モードにてUSB転送する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信端末。 - 公衆電話通信網と無線通信が可能であり、当該公衆電話通信網から受信音声データを受信する通信処理部と、
前記通信処理部が受信した前記受信音声データを、受信PCMデータに変換するPCMデータ変換部と、
前記PCMデータ変換部が出力した前記受信PCMデータをバッファリングするバッファメモリと、
後位端末と接続され、前記バッファメモリがバッファリングした前記受信PCMデータを前記後位端末に対して非周期的に転送するバルク転送モードにてUSB転送するUSB通信部と、
を有し、
前記PCMデータ変換部は、前記受信PCMデータを所定時間ごとに前記バッファメモリに出力し、
前記USB通信部は、前記バッファメモリがバッファリングした前記受信PCMデータを所定時間ごとに前記所定容量ずつ前記後位端末に対してUSB転送する
ことを特徴とする無線通信端末。 - 後位端末と、当該後位端末とUSB接続された無線通信端末と、公衆電話通信網と、を有する無線通信システムであって、
前記後位端末は、
音声を取り込み、取り込んだ音声を基に送信PCMデータを生成可能な音声処理部と、
前記音声処理部が生成した前記送信PCMデータを前記無線通信端末に対してUSB転送可能である第1USB通信部と、
を有し、
前記無線通信端末は、
前記第1USB通信部とUSB接続され、前記送信PCMデータを、非周期的に転送するバルク転送モードにて取得する第2USB通信部と、
前記第2USB通信部に接続され、当該第2USB通信部が取得した前記送信PCMデータをバッファリングするバッファメモリと、
前記バッファメモリがバッファリングした、前記後位端末から取得された送信PCMデータを送信音声データに変換するPCMデータ変換部と、
前記公衆電話通信網と無線通信が可能であり、前記PCMデータ変換部が変換した送信音声データを前記公衆電話通信網に送信する通信処理部と、
を有し、
前記バッファメモリは、前記USB通信部が前記後位端末から取得した送信PCMデータを所定容量ずつバッファリングし、前記PCMデータ変換部に、バッファリングされた前記送信PCMデータを所定時間ごとに前記所定容量ずつ出力する
ことを特徴とする無線通信システム。
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