JP6501589B2 - 通信装置、通信装置の制御方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信装置の制御方法、及びプログラムに関するものである。

インターネットやイントラネット等の普及からＩＰ電話が普及してきている。ＩＰ電話はＳＩＰ（Session Initiation Protocol）等の呼制御プロトコルを利用し、リアルタイム通信のためのセッションの生成・変更・切断を制御する。また、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）技術を利用して音声を各種符号化・圧縮し、ＩＰパケットに変換してＩＰ網上をリアルタイムで伝送することにより通話処理を行っている。

最近では、Ｇ３ファクシミリ装置もＶｏＩＰ機能を有するターミナルアダプタ（ＴＡ）やゲートウェイ（ＧＷ）を介してＩＰ網と接続するようになり、ＩＰ網を介したＶｏＩＰによるファクシミリ通信が増えてきている。また、ＩＰ網と直接接続してファクシミリ装置自体がＶｏＩＰ機能を持って音声符号化・復号化及びＩＰパケット化を行うみなし音声方式のファクシミリ装置も提案されている。

ＩＰ網上では通信速度が一定に保たれているわけではなく、分割され個々に送信される音声データパケットは、必ずしも送信したタイミングそのままに受信側まで到達するわけでなく到達間隔は一定間隔ではない。ＩＰ電話やみなし音声通信方式のファクシミリ装置では、このような不規則なパケットのゆらぎを吸収して補正し送信側と同様な音声を再生する。このため、出力が途切れないようにある程度ため込んでから先読みしておいた音声データパケットを音声コーデックへ出力するジッタバッファを設けている（図５）。
ジッタバッファは大きいほうが、ため込むパケット数が多くなるのでゆらぎには強くなるが、ため込むパケットに相当する時間分だけ出力に遅延が発生する。このため、通話／通信品質の観点から余りおおきなジッタバッファをもって多くの音声データパケットを先読みするのは好ましくない。

ジッタバッファは、新しい音声データパケットを受信しながら、音声コーデックのサンプリング周期と同期したタイミングでジッタバッファ内の古い音声データパケットを出力するＦＩＦＯ（First-In First-Out）形式のバッファである。ジッタバッファからの出力は、送受間で決められた音声符号化方式のサンプリング周期と同期して出力され、音声コーデックで再生される。再生された音声は、電話機又はファクシミリ制御部のモデムへと入力され、音声通話やファクシミリ通信が行われる。同様に送信側でもこの送受間で決められた音声符号化方式のサンプリング周期と同期して音声データパケットを送出している。

音声コーデックに入力してサンプリング周期をつくる水晶振動子の発信周波数に送信側と受信側の間で偏差があると、送信側の音声データ符号化量と、受信側の音声データ復号化量に差異が発生する。
この状態で長い時間ファクシミリ通信を行うとジッタバッファ内のデータ量はオーバーフロー又はアンダーフローが発生し、ファクシミリ通信では通信エラーとなる場合がある。

一般的なクロック精度を±100ppm、パケットサイズを20ms相当とすると１パケット分の差異が発生するまでの時間Tは、以下のように算出される。送信側と受信側がそれぞれ反対側に最大限ずれる場合で、Ｔ=（20/1000）/（（100+100）/1000000）= 100秒となる。ここでジッタバッファのサイズを20パケット=400ms相当とし、最初に10パケット=200msのデータを取り込んでから出力を開始するものとすると、通信開始時点で200msの遅延が発生する。さらに、そこから正負いずれの方向でも10パケットの差異が発生すると、オーバーフロー／アンダーフローが発生するので、最もエラーが多い場合で100×10=1000秒でエラーが発生する。

よって、普通サイズのジッタバッファで長時間のファクシミリ通信をおこなうと通信エラーが発生する。ジッタバファサイズを大きくすると遅延が増えるので、ファクシミリのように応答タイミングが規定されているものは、あまりサイズを大きくできない。

従って、みなし音声方式のファクシミリ用ジッタバッファでは、遅延の少ない普通サイズのバッファサイズにして、必要に応じてジッタバッファ内のオーバーフロー・アンダーフローが発生しない制御を行う必要がある。

Ｇ３ファクシミリのファクシミリ手順にはモデムの変調方式では、自機が信号送出しているときには、相手機から信号が送られてこない半二重の通信シーケンスとなるＶ．１７以下の通信手順（図６）がある。さらに、モデムの変調方式では、画像データ通信を除く部分が全二重の通信シーケンス（図７）となるＶ．３４のファクシミリ手順に分けられる。

Ｖ．１７以下のファクシミリ手順では、ファクシミリ手順信号送出中には相手機より有効な音声信号を受け取ることはなく、基本的に音声データパケットの中身は無音である。
よって、この間にジッタバッファの音声データパケットを操作してもファクシミリ通信に影響を与えることはなく、画像データ受信直前のファクシミリ手順信号送出時に、ジッタバッファを操作することは可能である。
そこで、特許文献１では、Ｇ３ファクシミリとＩＰ網を接続するターミナルアダプタがファクシミリ手順信号の送出に同期してジッタバッファを初期状態に補正する技術が述べられている。

特開２０１０−１６６１８８号公報

この先行技術の制御例では、接続されたＧ３ファクシミリからの信号送出タイミングと同期してジッタバッファ内のデータが枯渇方向に推移していた場合には無音データを挿入しジッタバッファ内の最終データ位置を所定値に戻す。一方、飽和方向に推移していた場合には、最終データ位置が所定値になるようにデータを破棄する。
しかしながら、上記従来技術では、Ｖ．３４ファクシミリ手順では以下の理由から効果が得られない。
Ｖ．３４のファクシミリ手順は、図７に示すような画像データを高速で通信するプライマリチャネルと、手順信号交換を低速で行うコントロールチャネルによって通信を行っている。
画像受信を行うプライマリチャネルは、半二重通信であるが受信機側は有意の画像データを受信しているので、画像受信中のジッタバッファ調整は画像エラーを引き起こすので実行できない。また、ファクシミリ手順を行うコントロールチャネルでは、受信機側からの信号送出と同時に相手機側からの有意の信号を受信する全二重通信を行っているので実行できない。

また、コントロールチャネルは位相変調を行っているので、ジッタバッファ内のデータ量の調整により、パケットの挿入や削除を行うと、位相がずれてモデム間の同期がずれ受信側が復調できなくなってしまう場合がある。
よって、Ｖ．３４ファクシミリ手順では自機が信号送出している場合には、常に有意の信号を受信しているので、ジッタバッファ内のデータの破棄・補完を伴うジッタバッファの調整は難しい。

また、Ｖ．３４ファクシミリ手順には、通信状況が良くない状態で送信側と受信側のモデム間の同期が外れそうな場合に、コントロールチャネル・リトレイン（図８）によってモデム間の再同期を図る手順がある。
図８では受信側から信号ＡＣを送出して、コントロールチャネル・リトレインを開始している。信号ＡＣは、位相を１８０回転した信号を交互に送信する信号で、コントロールチャネル通信中ならいつ送信されてきても応答しなければならなく、送信側・受信側共に常に監視している信号である。
そのため、回線状況が良くない状態でも他の信号に比べて検出しやすくコントロールチャネル・リトレインを実行できる。信号ＡＣによりコントロールチャネル・リトレインを開始すると、受信側と送信側で再同期手順（図４の斜線部分の信号PPh/ALT/MPh/MPh/Eの交換）が行われモデムは再び同期を回復する。

コントロールチャネル・リトレインは、パケット消失等によるモデムの同期消失・発散による通信エラーを回避のための有効な手段である。しかし、その原因となったジッタバッファ内のアンダーフロー・オーバーフローによる通信障害を回避できないという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、全二重通信のコントロールチャネルでも適切なジッタバッファ制御とモデム間の再同期を実施して通信品質を向上できる仕組みを提供することである。

上記目的を達成する本発明の通信装置は以下に示す構成を備える。
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４に従ってＩＰ網を使用して、第１のチャネルで画像データを音声データとしてパケット通信を行い、第２のチャネルで手順信号の交換を行う通信装置であって、送受信されるパケットを送受側で同期させるために一時的に保持するバッファと、前記バッファに保持されるパケットの数を取得する取得手段と、取得したパケットの数が第１の閾値を超える場合、前記バッファに保持されるパケットを破棄し、第２の閾値を超えない場合、前記バッファに無音声のパケットを挿入するパケット処理手段と、前記パケット処理手段によるパケット処理が終了することに応じて、パケット数が調整された前記バッファに保持されるパケットに従い手順信号の交換を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、全二重通信のコントロールチャネルでも適切なジッタバッファ制御とモデム間の再同期を実施して通信品質を向上させることができる。

通信装置の構成を説明するブロック図である。 通信装置の動作を説明するタイミングチャートである。 通信装置の制御方法を説明するフローチャートである。 通信装置の制御方法を説明するフローチャートである。 従来の通信装置の動作を説明する図である。 従来の通信装置の動作を説明する図である。 従来の通信装置の動作を説明する図である。 従来の通信装置の動作を説明する図である。

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
＜システム構成の説明＞
〔第１実施形態〕

図１は、本実施形態を示す通信装置の構成を説明するブロック図である。本実施形態では、みなし音声方式のインターネットファクシミリがＶ．３４受信処理においてジッタバッファ制御した、後にコントロールチャネル・リトレインを実施し、通信を継続させる処理を説明する。また、本実施形態に示す通信装置は、みなし音声通信方式のファクシミリ装置で構成し、かつ、ＩＰ公衆網（ＮＧＮ網:Next Generation Network）に接続する例である。ＩＰ公衆網はＩＰ網とも呼ぶ。以下、所定の規約（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４）に従いＩＰ公衆網を使用して、第１のチャネルで画像データを音声データとしてパケット通信を行い、第２のチャネルで手順信号の交換を行う通信装置の構成を説明する。

図１において、１００，１５０：１０１から１１９で構成されるみなし音声通信方式のファクシミリ装置（以下、ＩＰＦＡＸ１及びＩＰＦＡＸ２と記述する）のである。
１０１はＣＰＵで、システム制御部であり、装置全体を制御する。１０２は時計部で、時間を計時するアプリケーションに利用され水晶振動子等で構成される。

１０３はＲＡＭで、ＳＲＡＭ等で構成され、装置の設定情報や画像データの管理情報等のバックアップが必要なデータを蓄積する為のものである。１０４はジッタバッファで、ＲＡＭ等で構成され、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ１１２で、受信した不規則な音声データパケットの並びを補正するものである。ここで、ジッタバッファ１０４は、送受信されるパケットを送受側で同期させるために一時的に保持するバッファとして機能する。

１０５はＲＯＭで、ＣＰＵの制御プログラムを格納するものである。１０６は画像メモリで、ＤＲＡＭ等で構成され、画像データを蓄積する為のものである。１０７は解像度変換処理部で、ラスタデータのミリ−インチ解像度変換等の解像度変換制御を行うものである。１０８は読取・記録用符号化復号化処理部（読取・記録用コーデック）で、通信装置で扱う画像データの符号化復号化処理を行う。

１０９はデジタルモデムで、装置からの手順信号や画像データを変調し、内蔵するG.711等の音声CODECにより音声符号化処理を行う。そして、アナログモデムで行うデジタル-アナログ変換処理を行わずにデジタルデータとしてＩＰネットワークに送出するものである。

１１０はＳＬＩＣ(Subscriber Line Interface Circuit)で、G.711等の音声CODECによるアナログ-デジタル変換処理や電話回線エミュレーションを行う。ＳＬＩＣにより電話回線を経由することなくアナログ電話機をＩＰネットワークに接続することができ、電話回線（交換機）の呼出し信号や各種トーン信号生成といった電話回線をエミュレートする機能を提供できる。１１１は通話に使用するハンドセットや留守番電話等のアナログ電話機である。
１１２はネットワークを制御するためのＬＡＮ Ｉ／Ｆである。１１３は画像処理部で、スキャナによって読み込まれた画像データに補正処理を施して高精細な画像データを出力するものである。

１１４、１１５はシートスキャナ、ブックスキャナで、ＣＳイメージセンサ、原稿搬送機構などで構成され、原稿を光学的に読み取って電気的な画像データに変換するものである。両面原稿の読み取りを行う。１１６は操作部で、キーボード、表示部等で構成され、オペレータが各種入力操作を行うためのものである。１１７はラインバッファで、画像データの転送制御を行う場合に使用する。

１１８はプリントバッファで、印字用文字コードを格納する為の１ページ分のバッファメモリである。１１９はプリンタで、受信画像やファイルデータを普通紙に記録するＬＢＰ等のプリンタであり、両面記録を行うことができる。２００はＬＡＮで、企業内のイントラネットや宅内のＩＰネットワークを示す。
２０１はＩＰ電話で、ホームゲートウェイＨＧＷ１（３０１）によって内線電話機として利用できるように制御されるＩＰネットワーク上で利用できる電話機である。３００はＮＧＮで、公衆ＩＰネットワークを示す。３０１、３０２はＨＧＷで、公衆ＩＰネットワークであるＮＧＮとＬＡＮを接続するゲートウェイ装置であり、ＬＡＮに接続されたＩＰ電話装置及びＩＰＦＡＸの呼制御サーバとして機能する。

図２は、図１に示した通信装置の動作を説明するタイミングチャートである。本例は、みなし音声通信方式のファクシミリ装置が、ジッタバッファ制御後にコントロールチャネル・リトレインを実施するタイミング例である。
図２において、コントロールチャネルへの遷移時に、ジッタバッファ１０４内のデータ量を確認する。そして、ジッタバッファ１０４のアンダーフロー又はオーバーフローを起こしそうな場合に、ジッタバッファ補正を行い、直後にコントロールチャネル・リトレインを実行する様子を示している。
ジッタバッファ１０４内のデータ量を補正を行ってからコントロールチャネル・リトレインを行っている。そのため、再同期手順（斜線部分の信号PPh/ALT/MPh/MPh/E）の信号交換もアンダーフローやオーバーフローによる信号欠損も無く正常に行われている。ジッタバッファ制御がジッタバッファ１０４内のデータ量が補正処理だけだと、手順信号の欠損によるエラーや位相ずれによる同期消失でモデムの発散が発生してしまう。

図３は、本実施形態を示す通信装置の制御方法を説明するフローチャートである。以下、みなし音声通信方式のファクシミリ装置が、Ｖ．３４ファクシミリ受信を行う場合のモデム制御例を説明する。なお、各ステップは、デジタルモデム１０９が図示しないＣＰＵで記憶された制御プログラムを実行することで実現される。

図３において、Ｖ．３４ファクシミリ通信は、Ｖ．８手順から開始する（Ｓ１）。なお、Ｖ．８手順は、Ｖ．３４手順のフェーズ１として規定されており、送受間で最良なＶシリーズモデムを自動的に決定するための手順である。
Ｖ．８手順に続いて、デジタルモデム１０９は、Ｖ．３４手順フェーズ２として、プライマリチャネルでの通信速度を決めるための回線プロービングが行われる（Ｓ２）。続く、Ｖ．３４手順フェーズ３で、デジタルモデム１０９は、等価器とエコーキャンセラのトレーニング処理が行われる（Ｓ３）。
Ｓ４にて、デジタルモデム１０９のパラメータ交換を行うＶ．３４手順フェーズ４が実行され、Ｖ．３４手順のスタートアップが終了し、コントロールチャネル（ＣＣ）が開始される。

Ｓ５にて、デジタルモデム１０９は、ファクシミリ通信を行うためのＴ．３０に準拠したファクシミリ前手順が実行される。ファクシミリ前手順が終了すると、デジタルモデム１０９は、プライマリチャネルへ移行するためのプライマリチャネル再同期手順を行う（Ｓ６）。Ｓ７にて、デジタルモデム１０９は、プライマリチャネル受信を行い画像データを高速受信する。プライマリチャネル受信が終了すると、デジタルモデム１０９は、ファクシミリ後手順のためにコントロールチャネルの再同期手順を行い、コントロールチャネルへ移行する（Ｓ８）。

コントロールチャネルが開始されると、デジタルモデム１０９は、Ｓ９にてジッタバッファ制御が行われる。ジッタバッファ１０４は、図５に示すようなＦＩＦＯ（First-In First-Out）形式のバッファで、ジッタバッファ１０４内のデータ量がアンダーフローやオーバーフローを起こさないように、データ量を一定範囲内に収まるように制御している。なお、Ｓ９の詳細については後述する。
本実施形態では、一定範囲内の中間位置を中央値とし、中央値から枯渇方向への一定範囲をアンダーフロー閾値とし、中央値から飽和方向への一定範囲をオーバーフロー閾値とする。

Ｓ１０にて、デジタルモデム１０９は、Ｔ．３０に準拠したファクシミリ後手順を実行し、次ページ又は次ブロックの送信データがあるか否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、次ページ又は次ブロックがあるとデジタルモデム１０が判断した場合には、さらに、デジタルモデム１０９は、速度変更・解像度変更等のモードチェンジがあるか否かを判断する（Ｓ１２）。
ここで、モードチェンジがあるとデジタルモデム１０９が判断した場合には、Ｓ５に戻り、Ｔ．３０に準拠したファクシミリ前手順行う。
一方、モードチェンジが無いとデジタルモデム１０９が判断した場合には、Ｓ６に戻りプライマリチャネルの再同期手順を実行する。
また、Ｓ１１で、次ページ又は次ブロックが無く通信終了とデジタルモデム１０９が判断した場合には、Ｖ．３４手順コントロールチャネルでの接続終了処理（Ｓ１３）を行って、Ｖ．３４ファクシミリ受信を終了する。

図４は、本実施形態を示す通信装置の制御方法を説明するフローチャートである。本例は、図３に示したＳ９のジッタバッファ処理の詳細手順に対応する。なお、各ステップは、デジタルモデム１０９が図示しないＣＰＵで記憶された制御プログラムを実行することで実現される。以下、取得したパケットの数が第１の閾値を超える場合、前記バッファに保持されるパケットを破棄し、第２の閾値を超えない場合、前記バッファに無音声のパケットを挿入するパケット処理について詳述する。
デジタルモデム１０９は、ジッタバッファ１０４内の音声データパケット数を取得し（Ｓ１０１）、音声データパケット数がアンダーフロー閾値を超えているか確認する（Ｓ１０２）。

ここで、音声データパケット数がアンダーフロー閾値を超えているとデジタルモデム１０９が判断した場合、音声データパケット数が中央値になるように無音データパケットを挿入し（Ｓ１０３）、ジッタバッファ１０４のデータ量の調整を行う。ジッタバッファ１０４のデータ量の調整を実行した後、コントロールチャネル・リトレインを開始するために、デジタルモデム１０９は、信号ＡＣを自機から相手機へ送信する（Ｓ１０４）。

そして、上記信号ＡＣ送出後は、図４に示すコントロールチャネルの再同期手順が送受間で実行され、コントロールチャネル・リトレインが終了（Ｓ１０５）すると、図４に示す処理を終了する。そして、ジッタバッファ１０４内のデータ量が中央値に戻った状態で、デジタルモデム１０９は、コントロールチャネルが再開される。

一方、Ｓ１０２で、音声データパケット数がアンダーフロー閾値を超えていないとデジタルモデム１０９が判断した場合、音声データパケット数がオーバーフロー閾値を超えていないか確認する（Ｓ１０６）。ここで、音声データパケット数がオーバーフロー閾値を超えているとデジタルモデム１０９が判断した場合、音声データパケット数が中央値になるように音声データパケットを破棄し（Ｓ１０７）、ジッタバッファ１０４の調整を行う。ジッタバッファ１０４の調整を実行した後、デジタルモデム１０９は、コントロールチャネル・リトレインを開始するために信号ＡＣを自機から相手機へ送信する（Ｓ１０４）。

そして、上記信号ＡＣ送出後は、図８に示すコントロールチャネルの再同期手順が送受間で実行される。そして、コントロールチャネル・リトレインが終了すると（Ｓ１０５）、ジッタバッファ１０４内のデータ量が中央値に戻った状態でコントロールチャネルが再開される。
Ｓ１０６で、デジタルモデム１０９は、音声データパケット数がオーバーフロー閾値も超えていないと判断した場合、何もせずに、ジッタバッファ制御を終了する。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給する。そして、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えばＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０９ デジタルモデム

Claims (9)

1. ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４に従ってＩＰ網を使用して、第１のチャネルで画像データを音声データとしてパケット通信を行い、第２のチャネルで手順信号の交換を行う通信装置であって、
   送受信されるパケットを送受側で同期させるために一時的に保持するバッファと、
   前記バッファに保持されるパケットの数を取得する取得手段と、
   取得したパケットの数が第１の閾値を超える場合、前記バッファに保持されるパケットを破棄し、第２の閾値を超えない場合、前記バッファに無音声のパケットを挿入するパケット処理手段と、
   前記パケット処理手段によるパケット処理が終了することに応じて、パケット数が調整された前記バッファに保持されるパケットに従い手順信号の交換を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記第１の閾値は、前記バッファに保持されるパケットがオーバーフローする際に参照する閾値であることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記第２の閾値は、前記バッファに保持されるパケットがアンダーフローする際に参照する閾値であることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
4. 前記パケット処理手段は、第１のチャネルと、第２のチャネルとを実行する毎に、パケット処理を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
5. 前記第１のチャネルは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４に準拠するプライマリチャネルであることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
6. 前記第２のチャネルは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４に準拠するコントロールチャネルであることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
7. 前記制御手段は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４に準拠するコントロールチャネル・リトレインであることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
8. ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｖ．３４に従ってＩＰ網を使用して、第１のチャネルで画像データを音声データとしてパケット通信を行い、第２のチャネルで手順信号の交換を行う通信装置の制御方法であって、
   送受信されるパケットを送受側で同期させるために一時的に保持するバッファに保持されるパケットの数を取得する取得工程と、
   取得したパケットの数が第１の閾値を超える場合、前記バッファに保持されるパケットを破棄し、第２の閾値を超えない場合、前記バッファに無音声のパケットを挿入するパケット処理工程と、
   前記パケット処理工程によるパケット処理が終了することに応じて、パケット数が調整された前記バッファに保持されるパケットに従い手順信号の交換を行う制御工程と、
   を備えることを特徴とする通信装置の制御方法。
9. 請求項８に記載の通信装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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