JP5183750B2 - パケットオリエンテッドで受信したトーン信号と、形成したトーン信号とを同期化するための方法および受信装置 - Google Patents

Description

通信ネットワークにおいて、殊にVoice over IP通信ネットワークにおいて、音声およびトーンないしはトーン信号を伝送するため、圧縮法（例えば、ITU規格G.729に準拠する圧縮法）が使用され、ここでは、使用される圧縮コンセプトは、音声の伝送用に調整される。（この分野ではＭＦＶ発信音として公知である）多重周波数トーンまたは（ファックス／モデムの）シグナルトーンを伝送する際には上記のような圧縮法に起因して、場合によっては、デジタル化されたトーンの所定の特徴が、望ましくない変化をしてしまうことがある。相手方における上記のような問題ないしはトーン識別を回避するため、ファックス／モデルのシグナルトーンの伝送に対して、RFC 2833による標準化された方法を使用することが可能である。ここでこの方法は、トーン信号の伝送用に構成されており、これらのトーン信号は、Voice over IP端末間で通信関係を確立するためにシングリングの枠内で使用される。

例えば、2100Hzでファックス／モデムトーン信号を伝送する際には、RFC 2833にしたがい、送信側において、到着するファックス／モデムトーン信号（ないしはデジタル化されたトーン信号またはアナログのトーン信号）が識別されて抑圧される。同時に上記のような識別されるファックス／モデムトーン信号の代わりにトーン情報が形成され、Voice over IP伝送の際にはこのトーン情報が、専用のＲＴＰ（Real Time Protocol）データパケットに挿入され、引き続いてこれらのＲＴＰパケットがインターネットまたはインターネットプロトコルを備えたネットワークを介して伝送される。RFC 2833によれば、上記のトーン情報には、ファックス／モデムトーン信号のトーンの種類、レベルおよび持続時間についての情報が含まれている。受信側ではトーン発生器を用い、伝送された上記のトーン情報にしたがってファックス／モデルトーン信号を再度形成して、ＲＴＰデータパケットから復号化した信号にこれを挿入するのである。

伝送すべきファックス／モデムトーン信号を識別するためには時間（ふつうは20〜30ms）が必要なため、それまでに伝送されるファックス／モデムトーン信号の部分ないしはビットパターンは、付加的で不所望の遅延なしに抑圧することができず、また引き続いて伝送される。受信側では、トーン発生器において形成して再度挿入するファックス／モデムトーン信号と、ファックス／モデム信号の抑圧されていないビットパターンとの間の移行部によってつぎのような信号経過が発生し得る。すなわち、後続のトーン検出器により、位相反転ないしは位相跳躍として、または振幅変調として誤って解釈され得る信号経過が発生し得るのである。この誤った解釈は、例えば、つぎのようなシナリオにおいて発生し得る。すなわち、ファックス／モデム信号が、インターネットプロトコルにしたがう複数のネットワークを介して伝送されるか、ないしはRFC 2833にしたがってファックス／モデムトーン信号の複数の伝送が行われるシナリオにおいて発生し得るのである。上記の誤った解釈は、しばしばデータパケットないしはＲＴＰデータパケットによるファックス／モデムトーン信号伝送の完全な失敗ないしは大きな障害に結び付いてしまう。

本発明の基礎にある課題は、オーディオ情報、殊にRFC標準2833によるトーン信号の伝送を改善することである。この課題は、請求項１の特徴部分に記載した特徴的構成によって解決される。

本発明による方法の重要な側面は、つぎのような点にある。
ａ） 送信側で上記のトーン信号をデータパケットに挿入する、
ｂ） 送信側で付加的にこのトーン信号を特定するトーン情報により、固有のデータパケットにおいてこのトーン信号を伝送する、
ｃ） 受信側で上記の伝送されたトーン情報にしたがい、トーン発生器によってトーン信号を生成する、
ｄ） 上記の生成したトーンをデータパケットに挿入しはじめる前に上記の伝送されたトーン信号と、生成したトーン信号との間の位相差を求めて、この位相差と、あらかじめ定めた位相差とを比較する、
ｅ） 上記のあらかじめ定めた位相差を上記の求めた位相差が上回った場合、上記のトーン発生器を用いて、生成したトーンの位相をあらかじめ定めた位相値だけ変化させる、
ｆ） 上記の求めた位相差が、あらかじめ定めた位相差を下回るまでステップｄ）およびｅ）を繰り返し、これに引き続き、上記の伝送したトーン信号の代わりに、上記の生成したトーン信号をデータパケットに挿入する。

本発明の重要な利点は、上記のトーン発生器において形成したトーン信号の位相を同期化するために、位相検出器がつねにアクティブである必要がなく、トーン信号ないしはトーン情報を受信して上記のようなトーン信号の挿入が直後に迫っている場合だけこの同期化を行えばよいことにある。

本発明の１実施形態によれば、それぞれ
ｇ） 上記の伝送されたトーン信号の最後に伝えられた２つのビットパターンを記憶し、ここでこれらのビットパターンは、上記の生成したトーン信号をデータパケットに挿入するあらかじめ定めた時点の前に形成されたビットパターンであり、
ｈ） 上記の最後に記憶したビットパターンと、生成したトーン信号の実際に形成したビットパターンとの第１の位相差を求め、
ｉ） 上記の前もって記憶したビットパターンと、生成したトーン信号の実際に形成したビットパターンとの第２の位相差を求め、
ｊ） 上記の求めた第１の位相差および第２の位相差と、あらかじめ定めた位相差とを比較し、
ｋ） 上記の求めた第１の位相差および第２の位相差が、あらかじめ定めた位相差を上回っている場合、上記のトーン発生器を用いて、生成したトーンの位相を、あらかじめ定めた位相値だけ変化させ、
ｌ） 上記の求めた第１の位相差または第２の位相差が、あらかじめ定めた位相差を下回るまでステップｇ）〜ｋ）を繰り返す。

この実施形態の１つの利点は、複数のビットパターンではなくわずかに２つずつのビットパターンないしはサンプルパターン（この技術分野ではサンプルとしても知られている）だけを記憶すればよいことであり、これによって同期化過程に対して短い処理時間が得られる。
本発明の１実施形態では、上記の求めた第２の位相差と、あらかじめ定めた位相差との比較を優先する。
本発明の１実施形態では、RFC標準3511にしたがうRTPプロトコル（RTP）によって前記のデータパケット（dp）を形成して伝送する。

本発明による方法の別の有利な発展形態および本発明による分析ユニットの実施形態は、別の請求項に記載されている。

以下では本発明およびその発展形態を２つの図に基づいて詳しく説明する。

本発明による方法を使用した通信装置のブロック回路図である。 図１に示した受信ユニットにおいて、本発明による方法を実施する装置を別のブロック回路図である。

図１には送信ユニットＳＥおよび受信ユニットＥＥが示されており、これらは、インターネットＩＮを介して通信関係を確立することが可能である。送信ユニットＳＥおよび受信ユニットＥＥは、例えば、ゲートウェイによって実現されており、これらのユニットを用いてインターネットＩＮを介し上記の枠内で、この実施例ではVoice over IP接続、音声情報およびシグナリング情報である通信関係が伝送される。

この実施例に対して仮定するのは、データパケットdpが、Voice over IPデータパケットdpによって構成されており、このデータパケットが送信ユニットＳＥからインターネットＩＮ（択一的にはインターネットプロトコルによるローカルネットワーク）を介して受信ユニットＥＥに伝送されることである。さらにこの実施例に対して仮定するのは、データパケットdpがＲＴＰ（Real Time Protokoll）プロトコルにしたがって伝送されることである。このＲＴＰプロトコルは、RFC標準1889ないしは3550に定義されており、またリアルタイムデータ、例えば、オーディオビジュアルないしはマルチメディアデータをＩＰベースのネットワークを介して連続的に伝送するためのプロトコルである。

データパケットdpにおいて伝送される有効情報（例えば、Voice over IPデータパケットでは音声情報）の他に、送信ユニットＳＥに近づけたトーン信号ts、例えば、ＭＦＶトーン信号またはファックス／モデムトーン信号も伝送する。上記の圧縮に対して使用される方法は、殊に音声信号の圧縮に調整される。トーン信号tsを圧縮する際には、すべてのトーンの特徴が変化されずに伝送されるわけではない。このような欠点を回避するため、ないしは受信ユニットにおけるトーンの識別を容易にするため、RFC標準2822に準拠する方法が使用される。以下では、ファックス／モデムトーン信号modの伝送に基づいて本発明による方法を説明する。ここでモデムトーン信号は、例えば、2100Hzのトーン信号で表されており、このトーン信号を用いることにより、音声伝送に対して設けられているエコーキャンセラを遮断して、伝送チャネルをデータ伝送モードに制御する。

上記の標準によれば、送信側において、トーン信号、すなわちファックス／モデムトーン信号modが、伝送すべき信号にあるか否かが調べられ、識別した後、このファックス／モデムトーン信号modの伝送が抑圧される。このことが意味するのは、ファックス／モデム信号が識別されたデータパケットdpはもはや送出されないことである。このファックス／モデム信号を識別することにより、周波数、レベルおよびトーンの種類についてこの信号の特性も識別され、これらがトーン信号tiにまとめられる。上記の識別したファックス／モデム信号の代わりに別個のデータパケットdp'が伝送され、このデータパケットに上記のトーン信号tiが挿入される。上記の標準RFC2833によれば、受信側では、上記のトーン情報tiを受信した後、トーン発生器ＴＧ（図２を参照されたい）を用い、トーン情報ti（周波数、レベル、トーンの種類）にしたがってファックス／モデム信号modを再度構成して、データパケットdpにおいて挿入／読み出しユニットＥＬＥ（図２を参照されたい）を用いてこれをデータパケット流に挿入する。

上記の標準にしたがったやり方では、トーン信号tsないしはファックス／モデム信号modを識別するために（ふつう20〜30msの）時間が必要である。この時間内に送信側において、上記のファクス／モデム信号の抑圧が有効になる前に、ファックス／モデム信号modをデータパケットdpに挿入する。付加的にはトーン情報tiも別のデータパケットdpによって伝送する。さて受信側では、トーン発生器ＴＧを用いて形成した信号を挿入する際、適時に抑圧できなかったファックス／モデム信号modに対して位相跳躍または位相反転が発生することがある。このような位相跳躍は、後続のトーン検出器において大きな障害に結び付き得る。このような障害を回避するため、極めて経済的に実現される本発明による方法を使用する。

本発明では、送信側においてトーン信号tsないしはファックス／モデム信号modを識別した後、もはやこれを抑圧させずに、これを引き続いて伝送する（図１ではdp（mod）と記した矢印によって示している）。引き続いて標準RFC2833にしたがい、識別したファックス／モデム信号modからそのパラメタ、すなわち、トーンの種類、レベルおよび周波数を導き出し、トーン情報tiにまとめて、別のデータパケットdp'に挿入する（図１では、dp'(mod)と記した矢印によって示されている）。

図２には、受信ユニットＥＥにおいて本発明による方法を実行する装置の例が示されている。送信ユニットＳＥからデータパケットdpが伝送されてくる挿入／読み出しユニットＥＬＥにより、上記の別のデータパケットdp'からトーン情報tiが読み出されてトーン発生器ＴＧに転送される。ここでは、ファックス／モデム信号mod'の形成が行われる。ファックス／モデム信号mod'は、個々のビットパターンsないしはサンプルパターン（この技術分野ではサンプルとしても知られている）によって形成され、このビットパターンsを、伝送されるファックス／モデム信号modの代わりに、あらかじめ定めた時点t_eにデータパケットdpのビットパターンストリームに挿入する。

クロック発生器ＴＧによって形成されるビットパターンsの挿入は、位相跳躍なしにまたはわずかな位相跳躍で行わなければならないため、伝送されるファックス／モデム信号modの、時点t_eの前に伝送されるビットパターンsの位相位置を求める。これは、時点t_xの前に伝送される第１のビットパターンs1および第２のビットパターンs2を挿入／読み出しユニットＥＬＥによって読み出して記憶装置ＳＰに記憶することによって行われる。記憶装置ＳＰから、位相検出器ＰＤによって２つのビットパターンs1，s2が読み出され、その位相位置が、トーン発生器ＴＧによって形成されかつ時点t_xからデータパケットdpに挿入しようとする２つのビットパターンs1'，s2'と比較される。位相検出器ＰＤではそれぞれ第１ビットパターンs1，s1'および第２ビットパターンs2，s2'の位相差分Δφが求められ、引き続いてあらかじめ定めた位相差φｖと比較される。上記のあらかじめ定めた位相差φｖは、最大の位相差を表し、ここでこの最大の位相差は、後続のトーン検出器における障害を回避するために、上記の伝送したファックス／モデム信号modと、トーン発生器ＴＧにおいて形成したファックス／モデム信号mod'とが有し得る最大の位相差ないしはなお許容し得る最大の位相差である。

この実施例に対して仮定するのは、上記の位相差Δφが、あらかじめ定めた位相差φｖよりも大きいことであり、ひいては大きな位相跳躍を回避するために、トーン発生器ＴＧによって形成される２つのビットパターンs1'，s2'ならびに後続のビットパターンを時点te_xにデータパケットdpに挿入できないことである。

本発明では、トーン発生器ＴＧによって形成されるビットパターンs'ないしはファックス／モデム信号mod'の位相を、あらかじめ定めた位相φだけ変化させるかないしはシフトする。上記のあらかじめ定めた位相φを選択して、クロック発生器ＴＧによって形成されるビットパターンs'をあらかじめ定めた位相φだけ段階的に変化させる際、新たな位相反転を生じることなしに、あらかじめ定めた位相差Δφを下回ることができるようにする。

引き続いて別の挿入時点t_eを求めて、この挿入時点t_eの前に伝送した最近の２つのビットパターンsを挿入／読み出しユニットＥＬＥによって読み出して、（図に示していない）記憶装置ＳＰに記憶する。記憶されたビットパターンsとの位相比較のため、別の挿入時点t_eの前にトーン発生器ＴＧによって形成した２つのビットパターンs'を使用する。上記の求めた位相差が、あらかじめ定めた位相差Δφよりもはるかに大きい場合、トーン発生器ＴＧによって形成したビットパターンs'をあらかじめ定めた位相φによってそれぞれ変化させることを含め、位相差Δφが、あらかじめ定めた位相差φｖよりも小さくなるまで、上で説明した方法ステップを繰り返す。ここでこの繰り返しの過程は、図には示していない。

上記の位相検出器によって、位相差Δφが、あらかじめ定めた位相差φｖよりも小さいことが確認される場合、挿入時点t_eから、伝送されたファックス／モデム信号modのビットパターンs1，s2の代わりに、ビットパターンs1'，s2'も、またクロック発生器ＴＧにおいて形成したファックス／モデム信号mod'の別のビットパターンs'も挿入／読み出しユニットＥＬＥによってデータパケットdpに挿入される。図では分かり易くするため、１回の比較の後、位相差Δφが、あらかじめ定めた位相差φｖよりも小さく、このため、クロック発生器ＴＧにおいて形成したビットパターンs1'，s2'…が、挿入時点t_eから直ちにデータパケットdpに挿入できる変形実施形態だけを示している。

インターネットプロトコルによる部分がさらに続いていない場合、ビットパターンs1，s2…ないしはファックス／モデム信号mod'を別のプロトコルにおいて伝送することができ、またはアナログのファックス／モデム信号mod'に変換することもできる。

本発明による方法は、上記の実施例には限定されず、トーン信号がRFC標準2833または類似の方法にしたがって伝送されるすべての送信および受信ユニットに使用可能である。

Claims (9)

1. データパケット（dp）にて伝送されるトーン信号（ts(mod)）を同期化する方法において、
   ａ） 前記の伝送されるデータパケット（dp）にトーン信号（ts）を挿入し、
   ｂ） 当該のトーン信号（ts）を特定するトーン情報（ti）により、専用のデータパケット（dp'）にてトーン信号（ts）を伝送し、
   ｃ） 前記の伝送されたトーン情報（ti）にしたがい、トーン発生器（ＴＧ）によってトーン信号（ts'）を生成し、
   ｄ） 前記の伝送されたトーン信号（ts）と、生成したトーン信号（ts'）との間の位相差（Δφ）を、生成したトーン信号（ts'）をデータパケット（dp）に挿入しはじめる前に求めて、当該の位相差と、あらかじめ定めた位相差（φｖ）とを比較し、
   ｅ） 前記の求めた位相差（Δφ）があらかじめ定めた位相差（φｖ）を上回った場合、トーン発生器（ＴＧ）を用いて、生成したトーン信号（ts'）の位相を、あらかじめ定めた位相（φ）だけ変化させ、
   ｆ） 前記の求めた位相差（Δφ）が、あらかじめ定めた位相差（φｖ）よりも小さくなるまでステップｄ）およびｅ）を繰り返し、これに引き続き、前記の伝送したトーン信号（ts）の代わりに前記の生成したトーン信号（ts）をデータパケット（dp）に挿入することを特徴とする、
   データパケット（dp）にて伝送されるトーン信号（ts(mod)）を同期化する方法。
2. ｇ） 前記の伝送されたトーン信号（ts）の最後に伝送された２つのビットパターン（s1, s2）をそれぞれ記憶し、ここで当該のビットパターンは、前記の生成したトーン信号（ts'）をデータパケット（dp）に挿入するために設けた挿入時点（t_e）の前に形成されたビットパターンであり、
   ｈ） 前記の最後に記憶したビットパターン（s2）と、前記の生成したトーン信号（ts'）の、前記の挿入時点（t_e）の前に最後に形成したビットパターン（s2'）との第１の位相差（Δφ）を求め、
   ｉ） 前記の先に記憶したビットパターン（s1）と、前記の生成したトーンの、前記の挿入時点（t_e）の前に形成した先のビットパターン（s1）との第２の位相差（Δφ）を求め、
   ｊ） 前記の求めた第１の位相差および第２の位相差（Δφ）と、あらかじめ定めた位相差（φｖ）とを比較し、
   ｋ） 前記の求めた第１の位相差および第２の位相差が、前記のあらかじめ定めた位相差（φｖ）を上回った場合、トーン発生器（ＴＧ）を用いて、生成したトーン信号（ts'）の位相を、あらかじめ定めた位相値（φ）だけシフトさせ、
   ｌ） 前記の求めた第１の位相差または第２の位相差が、あらかじめ定めた位相差（Δφ）を下回るまでステップｇ）〜ｋ）を繰り返す、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記の求めた第２の位相差（Δφ）と、あらかじめ定めた位相差（φｖ）との比較を優先する、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記のトーン情報（ti）の形成および伝送をRFC標準2833にしたがって行う、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. RFC標準3511にしたがうＲＴＰプロトコル（ＲＴＰ）によって前記のデータパケット（dp）を形成して伝送する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記のトーン信号（ts，ts'）をファックス／モデムトーン信号（mod）によって表す、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. データパケット（dp）にて伝送されるトーン信号（ts(mod)）を同期化する受信装置において、
   該受信装置は、
   ａ） データパケット（dp）に挿入されたトーン信号（ts）を受信するため、ならびに
   ｂ） 当該のトーン信号（ts）を特定しかつ専用のデータパケット（dp'）にて伝送されるトーン情報（ti）を受信するための受信ユニット（ＥＥ）と、
   ｃ） 前記の伝送されたトーン情報（ti）にしたがって形成されるトーン信号（ts'）を生成するトーン発生器（ＴＧ）と、
   ｄ） 前記の生成したトーン信号（ts'）をデータパケット（dp）に挿入しはじめる前に、伝送されるトーン信号（ts）と、生成したトーン信号（ts'）との間の位相差（Δφ）を求めて、当該の位相差と、あらかじめ定めた位相差（φｖ）とを比較する位相検出器（ＰＤ）とを有しており、
   ｅ） 前記のトーン発生器（ＴＧ）を構成して、当該のトーン発生器により、前記の求めた位相差（Δφ）が、あらかじめ定めた位相差（φｖ）を上回る場合、生成したトーン信号（ts'）の位相（φ）が、あらかじめ定めた位相（φｖ）だけ変化させられるようにし、
   ｆ） 前記の受信装置を構成して、当該の受信装置により、前記の求めた位相差（Δφ）が、あらかじめ定めた位相差（φｖ）よりも小さくなるまでステップｄ）およびｅ）が繰り返され、また前記の伝送されたトーン信号（ts）の代わりに前記の生成したトーン信号（ts）がデータパケット（dp）に挿入されるようにしたことを特徴とする、
   データパケット（dp）にて伝送されるトーン信号（ts(mod)）を同期化する受信装置。
8. ｇ） 前記の生成したトーン信号（ts'）をデータパケット（dp）に挿入するために設けた挿入時点（t_e）の前に形成される、伝送されるトーン信号（ts）の最後に伝送される２つずつのビットパターン（s1，s2）を記憶するための挿入／読み出しユニット（ＥＬＥ）と、記憶装置（ＳＰ）と、
   ｈ） 前記の最後に記憶したビットパターン（s2）と、前記のトーン信号（ts'）の、前記の挿入時点（t_e）の前に最後に形成したビットパターン（s2'）との第１の位相差（Δφ）を求め、また
   ｉ） 前に記憶したビットパターン（s1）と、前記の生成したトーンの、前記の挿入時点（t_e）の前に形成した先のビットパターン（s1）との第２の位相差（Δφ）を求め、ならびに
   ｊ） 前記の求めた第１の位相差および第２の位相差（Δφ）と、あらかじめ定めた位相差（φｖ）とを比較する位相検出器（ＰＤ）とを有しており、
   ｋ） 前記のトーン発生器（ＴＧ）を構成して、当該のトーン発生器により、前記の求めた第１の位相差および第２の位相差が、あらかじめ定めた位相差（φｖ）を上回る場合、前記の生成したトーン信号（ts'）の位相が、あらかじめ定めた位相値（φ）だけシフトされるようにし、
   ｌ） 前記の挿入／読み出しユニット（ＥＬＥ）、記憶装置（ＳＰ）、位相検出器（ＰＤ）およびトーン発生器（ＴＧ）を構成して、これらにより、前記の求めた第１の位相差または第２の位相差が、あらかじめ定めた位相差（Δφ）を下回るまでステップｇ）〜ｋ）が繰り返されるようにした、
   請求項７に記載の受信装置。
9. RFC標準2833にしたがって形成されたトーン情報（ti）を受信できるように構成した、
   請求項７または８に記載の受信装置。

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