JP3534625B2 - Ｉｐ端末装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、インターネット・
プロトコル・ネットワーク（以下「ＩＰネットワーク」
という。）上で、パケット化された音声データその他の
情報を、実時間伝送する端末装置（以下「ＩＰ端末装
置」という。）に関する。 【０００２】 【従来の技術】現在、ＩＰネットワークを介した音声デ
ータの実時間伝送サービス、いわゆるインターネット電
話サービスの運用が開始されている。本サービスの接続
形態には、ＩＰネットワークに接続されたパソコン同士
の通信、ＩＰネットワークを経由する電話機同士の通信
など、さまざまな接続形態が考えられる。 【０００３】ところが、かかる通信に使用されるＩＰ端
末装置では、送信側と受信側との間で、各装置に搭載さ
れる水晶発振子その他の部品の精度に起因して伝送クロ
ック速度に誤差が生じる場合がある。 【０００４】しかし、従来装置では、かかる誤差は考慮
されておらず、実際にクロック速度の誤差に起因したデ
ータの余りや不足が生じた場合には、受信側のＩＰ端末
装置が、余り分に相当する音声データを廃棄又は不足分
に相当する代替データを挿入するようになっている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる処理が
実行されると、本来のデータと、廃棄後又は挿入後のデ
ータ（実際に音声として再生される波形）との間で、内
容の同一性が損なわれてしまうため、音声品質が低下す
るおそれがあった。 【０００６】また、かかる処理後のデータをモデムによ
り復調すると、本来の波形とは全く異なったアナログ波
形に復調されるおそれがあり、モデムを介在させる通信
は実現不可能であった。 【０００７】 【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明においては、対向するＩＰ端末装置が、その
伝送クロックに基づいて一定間隔ごとに送信した同期タ
イミングパケットが与えられるＩＰ端末装置に、以下の
手段を備えるようにする。 【０００８】すなわち、（１）伝送クロック発生用のク
ロック生成手段と、（２）その巡回周期が、対向するＩ
Ｐ端末装置が出力する同期タイミングパケットの送出周
期と同周期に定められた巡回型のクロックカウンタと、
（３）対向するＩＰ端末装置との通信開始後、最初に受
信された同期タイミングパケット受信時におけるクロッ
クカウンタのカウント値を期待値Ｘ０に定めると共に、
定めた期待値に応じて減算値の有効範囲を定め、当該期
待値Ｘ０と、その後の同期タイミングパケット受信時に
おけるクロックカウンタのカウント値Ｘ１との減算値Ｘ
１−Ｘ０を求め、この減算値Ｘ１−Ｘ０が減算値の有効
範囲にあり、かつ、減算値Ｘ１−Ｘ０の絶対値が閾値Ｙ
を越える場合に、クロック生成手段で発生される伝送ク
ロックが、対向するＩＰ端末装置で用いられる伝送クロ
ックと非同期と判定し、判定結果に基づいてクロック生
成手段からの伝送クロックの速度を制御する制御手段と
を備えるようにする。 【０００９】例えば、伝送クロックの同期機能に関し、
スレーブ装置として機能するＩＰ端末装置の伝送クロッ
クとマスタ装置として機能するＩＰ端末装置の伝送クロ
ックとが同期している場合、巡回型のクロックカウンタ
が同期タイミングパケット受信時にとるカウント値は常
に同じ値となり、期待値に一致する。 【００１０】これに対し、スレーブ装置として機能する
ＩＰ端末装置の伝送クロックの方が、マスタ装置として
機能するＩＰ端末装置の伝送クロックよりも速度が速い
場合、同期タイミングパケット受信時にクロックカウン
タがとるカウンタ値は、期待値よりも大きくなる方向に
ずれる。 【００１１】また、スレーブ装置として機能するＩＰ端
末装置の伝送クロックの方が、マスタ装置として機能す
るＩＰ端末装置の伝送クロックよりも速度が遅い場合、
同期タイミングパケット受信時にクロックカウンタがと
るカウンタ値は、期待値よりも小さくなる方向にずれ
る。 【００１２】かかる現象を利用し、制御手段は、クロッ
ク生成手段で生成される伝送クロックと、マスタ装置と
して機能するＩＰ端末装置の伝送クロックとが同期する
ように制御を行う。 【００１３】 【発明の実施の形態】（Ａ）第１の実施形態 （Ａ−１）システムの形態 図１に、第１の実施形態に係るネットワークシステムの
基本形態を示す。図１は、ＩＰネットワーク１を介して
接続された２台のＩＰ端末装置２及び３間において伝送
クロック速度の違いを調整する場合のシステム形態につ
いて表したものである。 【００１４】図１は、伝送クロックの同期機能に関し、
マスタとして機能する同期マスタモジュール４をＩＰ端
末装置２に搭載し、スレーブとして機能する同期スレー
ブモジュール５をＩＰ端末装置３に搭載した状態を表し
ている。ここでは、マスタとして動作するＩＰ端末装置
とスレーブとして動作するＩＰ端末装置の関係を固定す
る。 【００１５】勿論、ＩＰ端末装置２及び３の双方に、同
期マスタモジュール４及び同期スレーブモジュール５の
両方を搭載することも可能であるが、ここでは図１に示
す構成について説明する。 【００１６】なお、同期マスタモジュール４及び同期ス
レーブモジュール５の両方を各ＩＰ端末装置に搭載する
場合にいずれがマスタとして動作し、いずれがスレーブ
として動作するかは取り決めによる。例えば、発呼側が
マスタ、着呼側がスレーブとして動作しても良く、発呼
側がスレーブ、着呼側がマスタとして動作しても良い。
その他の取り決めも考えられる。 （Ａ−２）各部の構成 続いて、各モジュールの内部構成を説明する。 【００１７】図２に、同期マスタモジュール４の機能ブ
ロック構成を示す。同期マスタモジュール４は、クロッ
ク生成器４Ａ、割り込み発生器４Ｂ、コントローラ４Ｃ
及びＩＰユニット４Ｄから構成されている。 【００１８】クロック生成器４Ａは、水晶発振子などか
ら構成される基準クロック生成手段である。割り込み発
生器４Ｂは、クロック生成器４Ａの発生した基準クロッ
クをカウントし、一定個数に付き一回の割合で割り込み
信号を発生する。この割り込み信号は、送信先となるＩ
Ｐ端末装置３の動作状態に関係無く、一定間隔Ｔ１ごと
常に生成される。 【００１９】コントローラ４Ｃは、割り込み信号を受け
るたび、同期制御用データを出力する。ＩＰユニット４
Ｄは、ＩＰネットワークを終端する手段であり、一定間
隔Ｔ１ごとに入力される同期制御用データをパケット化
し、同期タイミングパケットとして出力する。なお、当
該ＩＰユニット４Ｄは、他のデータパケットの送受にも
用いられる。 【００２０】図３は、同期スレーブモジュール５の機能
ブロック構成を示す。同期スレーブモジュール５は、Ｉ
Ｐユニット５Ａ、コントローラ５Ｂ、クロックカウンタ
５Ｃ、伝送クロック生成器５Ｄから構成されている。 【００２１】ＩＰユニット５Ａは、マスタ側のＩＰユニ
ット４Ｄと同じくＩＰネットワークを終端する手段であ
る。ＩＰユニット５Ａは、同期タイミングパケットが受
信されると、これを同期制御用データとしてコントロー
ラ５Ｂに出力する。 【００２２】コントローラ５Ｂは、同期制御用データの
受信が確認されるたび、クロックカウンタ５Ｃのカウン
ト値Ｘ１を読み出して期待値Ｘ０と比較し、比較結果に
応じて伝送クロック生成器５Ｄのクロック速度を制御す
る。 【００２３】例えば、Ｘ１−Ｘ０＜０のとき（現カウン
ト値Ｘ１が期待値Ｘ０より小さいとき）、コントローラ
５Ｂは、生成されるクロック速度を上げるよう制御し、
Ｘ１−Ｘ０＜０のとき（現カウント値Ｘ１が期待値Ｘ０
より小さいとき）、生成されるクロック速度を下げるよ
う制御する。 【００２４】ただし、実際には、調整可能な最小幅など
を考慮し、カウント値Ｘ１と期待値Ｘ０との差分の絶対
値が予め定めておいた閾値Ｙを超える場合のみ、上述の
ような制御を行う。 【００２５】なお、カウント値の大小関係の判定には、
所定の補正機能を用いるが、この機能についての詳細は
後述する。 【００２６】また、ここでの期待値Ｘ０には、ＩＰネッ
トワーク１に接続された後最初に同期タイミングパケッ
トが受信された時点におけるカウント値Ｘ１を使用す
る。これは、対をなす同期マスタモジュール４からは、
同期タイミングパケットが一定間隔Ｔ１ごとに送信され
ているため、ＩＰネットワーク１における揺らぎを無視
することができ（一定の遅延はあっても良い）、また、
同期マスタモジュール４及び同期スレーブモジュール５
内で発生される伝送クロックの誤差を無視できる場合、
コントローラ５Ｂに読み込まれるカウント値は常に最初
のカウント値と同じ値（クロックカウンタ５Ｃは巡回的
にカウント動作しているため）になるはずだからであ
る。 【００２７】この値は、同期スレーブモジュール５が動
作している間又はＩＰネットワーク１に接続されている
間保持される。これは、一連の通信動作について、伝送
クロック速度の一致が確保できれば良いからである。 【００２８】クロックカウンタ５Ｃは、伝送クロック生
成器５Ｄが発生する基準クロックを巡回的にカウントす
るカウンタである。ここで、クロックカウンタ５Ｃは、
そのカウント値が、マスタ側が割り込み信号を出力する
一致間隔Ｔ１と同じ一定間隔Ｔ２で一巡するように設定
された巡回型のカウンタである。このため、クロックカ
ウンタ５Ｃは、その巡回周期が一定時間Ｔ２に一致する
ように、０からあるカウント値までカウントアップする
動作を繰り返すよう構成されている。 【００２９】伝送クロック生成器５Ｄは、マスタ側の伝
送クロック生成器４Ａと同様、水晶発振子などから構成
される基準クロック生成手段である。そのクロック速度
の設計値は、マスタ側の伝送クロック生成器４Ａと同じ
になっている。 （Ａ−３）調整動作 続いて、以上のように構成されたモジュールを搭載する
ＩＰ端末装置間で、どのように伝送クロック速度の調整
が行われるか、その原理を含めて説明する。 【００３０】まず、伝送クロックの同期機能に関し、マ
スタ側となるＩＰ端末装置２からは、スレーブ側となる
ＩＰ端末装置３の動作状態とは関係無く、常に、同期タ
イミングパケットが一定間隔Ｔ１ごと送出される。もっ
とも、この同期タイミングパケットは、スレーブ側と通
信が行われている間送出される設定となっていれば、目
的を達すことは可能である。 【００３１】また、ここでの一定間隔Ｔ１は、ＩＰ端末
装置２に搭載された同期マスタモジュール４のクロック
生成器４Ａが出力するクロック速度を基準に定まる間隔
である。 【００３２】一方、伝送クロックの同期機能に関し、ス
レーブ側となるＩＰ端末装置３は、同期スレーブモジュ
ール５のコントローラ５Ｂにより、同期タイミングパケ
ットの到着を常時監視し、同期タイミングパケットの到
着が確認された時点で、当該時点におけるクロックカウ
ンタ５Ｃのカウント値を読み込んで以下の処理を行う。 【００３３】まず、確認した同期タイミングパケットの
到着が、同期スレーブモジュール５が動作状態になっ
て、ＩＰ端末装置３がＩＰネットワーク１に接続された
後の最初のものである場合、コントローラ５Ｂは、クロ
ックカウンタ５Ｃから読み込んだカウント値を期待値Ｘ
０として当該通信の終了まで保持する動作を行う。この
値はレジスタなどに保持される。 【００３４】これに対し、確認した同期タイミングパケ
ットの到着が２回目以降の到着についてのものである場
合、コントローラ５Ｂは、当該同期タイミングパケット
の到着を確認するたび（具体的には、同期制御用データ
の入力を確認するたび）、その時点におけるクロックカ
ウンタ５Ｃのカウント値Ｘ１を読み込むと共に、先に求
めておいた期待値Ｘ０との比較を実行する。 【００３５】ここで、カウント値Ｘ１と期待値Ｘ０と
は、前述したように、マスタ側の伝送クロック速度とス
レーブ側の伝送クロック速度とが一致していれば常に一
致するはずである。 【００３６】しかし、従来技術の課題として説明したよ
うに、実際の回路には水晶発振子の精度誤差などに起因
した位相ずれが存在するため、カウント値Ｘ１は、ＩＰ
ネットワーク１上における伝送揺らぎを無視し得るとし
ても、期待値Ｘ０に対して一定方向にずれを生じてしま
う。 【００３７】例えば、スレーブ側の伝送クロック速度が
マスタ側の伝送速度に対して速い場合、カウント値Ｘ１
は期待値Ｘ０よりも大きくなる方向にずれが生じ、スレ
ーブ側の伝送クロック速度がマスタ側の伝送速度に対し
て遅い場合、カウント値Ｘ１は期待値Ｘ０よりも小さく
なる方向にずれが生じる。 【００３８】そこで、スレーブ側のコントローラ５Ｂ
は、同期タイミングパケットが受信されるたび、その都
度検出されるカウント値Ｘ１のずれ方向又はその平均値
より検出されるカウント値Ｘ１のずれ方向を検出し、そ
のずれ量が予め定めた閾値Ｙを超える場合、ずれ方向に
応じた制御を行う。すなわち、ずれ方向が正（Ｘ１＞Ｘ
０）の場合には、クロック速度を遅くする制御が行わ
れ、ずれ方向が負（Ｘ１＜Ｘ０＞の場合には、クロック
速度を早くする制御が行われる。 【００３９】ただし、このずれ方向の検出を実現するた
めには、具体的には、コントローラ５Ｂに、以下に説明
のような補正機能を必要とする。これは、期待値Ｘ０
が、クロックカウンタ５Ｃの採り得るカウント値のほぼ
中央付近である場合には、ほとんど必要のない補正機能
である。必要となるのは、多くの場合、期待値Ｘ０が、
クロックカウンタ５Ｃが採り得るカウント値の上限付近
又は下限付近に設定された場合である。 【００４０】図４を用い、この補正機能の基本概念を説
明する。なお、図４では、クロックカウンタ５Ｃが採り
得るカウント値の最大値を９９、すなわち１００カウン
ト周期で、クロックカウンタ５Ｃのカウント値が１回転
するものとして表している。ここで、図４（Ａ）は、初
期演算値が負側に超えた場合の補正処理について表して
おり、図４（Ｂ）は、初期演算値が正側に超えた場合の
補正処理について表している。なお、図４（Ａ）では、
期待値Ｘ０がカウント値の９５に設定された場合を、図
４（Ｂ）では、期待値Ｘ０がカウント値の２に設定され
た場合を表している。 【００４１】さて、図４（Ａ）の場合、単純に現カウン
ト値Ｘ１から期待値Ｘ０を減算し、その値からずれ方向
を判断するものとすると（すなわち、何等の補正を行わ
ずに判断するものとすると）、スレーブ側の伝送クロッ
ク速度が速い場合であって、現カウント値が５クロック
以上進んだとき、減算値（＝Ｘ１−Ｘ０）の値が負とな
る事態が生じてしまう。 【００４２】例えば、５クロック進んだ場合、クロック
カウンタ５Ｃは０に戻ってしまうため、現カウント値Ｘ
１から期待値Ｘ０を減算した値は、−９５となってしま
う。これは、コントローラ５Ｂが、スレーブ側の伝送ク
ロック速度が遅いものと誤判定する原因となる。 【００４３】そこで、本実施形態におけるコントローラ
５Ｂでは、減算値の取り得る範囲が正側及び負側のそれ
ぞれにほぼ同じとなる範囲（正側に＋５０、負側に−４
９）に定め（勿論、ここでの範囲は一例であり、非対称
の度合いが大きくなるように、例えば、正側には６０、
負側には−４０となるように設定しても良い。）、その
範囲を超えるとき、補正処理を実行し、補正後の値に基
づいてそのずれ方向を確定する。 【００４４】例えば、前述の例のように、初期演算値が
−９５となる場合（すなわち、減算値の取り得る範囲を
負側に超える場合）、コントローラ５Ｂは、図４（Ａ）
に表したように初期演算値に１００を加算する補正処理
を行い、その補正処理後の値について、ずれ方向とずれ
量を検出する。この場合、補正処理後の値は＋５とな
り、ずれ方向及びずれ量ともに本来の値に一致する。 【００４５】一方、初期演算値が９７となる場合（すな
わち、減算値の取り得る範囲を正側に超える場合）、コ
ントローラ５Ｂは、図４（Ｂ）に表したように初期演算
値から１００を減算する処理を行い、その補正処理後の
値について、ずれ方向とずれ量を検出する。この場合、
補正処理後の値は−３となり、スレーブ側の伝送クロッ
ク速度が遅いために、現カウント値が３クロック分遅れ
ていることが分かる。 【００４６】コントローラ５Ｂでは、かかる補正処理が
必要に応じて実行される。かかる結果、コントローラ５
Ｂは、伝送クロック生成器５Ｄのクロック速度の制御を
的確に実行することができ、通信中におけるスレーブ側
の伝送クロック速度を、マスタ側の伝送クロック速度に
対して一定の範囲内に収めることができる。 【００４７】この結果、データの廃棄やデータの挿入が
生じる自体を有効に回避することができる。 （Ａ−４）効果 以上のように、この第１の実施形態によれば、同期スレ
ーブモジュール５で生成される伝送クロックを、同期マ
スタモジュール４で生成される伝送クロックに常に同期
させることができる。 【００４８】かくして、同期マスタモジュール４の伝送
クロックを使用するＩＰ端末装置（通話機能有り）２
と、同期スレーブモジュール５の伝送クロックを使用す
るＩＰ端末装置（通話機能有り）３との通信では、デー
タの廃棄や代替データの挿入を行うことなく長時間に亘
って（時間制限無く）通信を行うことができるので、モ
デム通信が可能となり、また、回線交換と同等の品質の
通話を可能とできる。 （Ｂ）第２の実施形態 （Ｂ−１）システムの形態 図５に、第２の実施形態に係るネットワークシステムの
基本形態を示す。図５は、ブロードキャストドメインを
構成するＩＰネットワーク１を介して接続された一台の
ＩＰ端末装置２と複数台のＩＰ端末装置３間において伝
送クロック速度の違いを調整する場合のシステム形態に
ついて表したものである。ただし、図５には、図１と対
応する部分に同一符号を付して示している。 【００４９】第２の実施形態と第１の実施形態との違い
は、第１の実施形態が相手先となるスレーブ側のＩＰ端
末装置３を特定して同期タイミングパケットを送信した
のに対し、この第２の実施形態では、当該同期タイミン
グパケットをブロードキャストパケットとしてドメイン
内に存する全てのＩＰ端末装置に同報する点が異なる。 【００５０】すなわち、本実施形態の場合、同期マスタ
モジュール４を搭載するＩＰ端末装置２は、同期スレー
ブモジュール５を搭載する全てのＩＰ端末装置３に対
し、同期タイミングパケットを一定間隔Ｔ１ごとにブロ
ードキャストする点が異なる。 【００５１】なお、同期スレーブモジュール５を搭載す
る各ＩＰ端末装置３における同期確立動作は第１の実施
形態で説明した動作と同じであり、スレーブ側となるＩ
Ｐ端末装置のそれぞれが、自装置の伝送クロック速度を
マスタ側の伝送クロック速度に同期させる動作を実行さ
れることになる。 （Ｂ−２）効果 かくして、第２の実施形態によれば、以下の効果が得ら
れることになる。すなわち、同一ブロードキャストドメ
イン内に位置する全ての同期スレーブモジュール５は、
そのいずれについても、同一ブロードキャストドメイン
内に位置する同期マスタモジュール４との同期が確保さ
れる。従って、各同期スレーブモジュール５相互間につ
いても、同期マスタモジュール４との同期を前提とし
て、伝送クロックの同期が確保されることになる。 【００５２】よって、同期スレーブモジュール５を搭載
するＩＰ端末装置３間における通信においても、データ
の廃棄や代替データの挿入が一切不要となり、長時間に
亘り（時間制限無く）、通信を行うことが可能となる。
すなわち、同一のブロードキャストドメイン内に位置す
る全てのＩＰ端末装置（同期スレーブモジュール５を搭
載するものに限らず、同期マスタモジュール４を搭載す
るものも含む）間で、モデム通信が可能となり、回線交
換と同等の品質の通話を可能とできる。 【００５３】また、このように同一のブロードキャスト
ドメイン内に位置する全てのＩＰ端末装置（同期スレー
ブモジュール５を搭載するものに限らず、同期マスタモ
ジュール４を搭載するものも含む）間において伝送クロ
ック速度の同期が確保されるため、１つの同期マスタモ
ジュール又は同期スレーブモジュールを搭載するだけで
（すなわち、各チャネルごとに各モジュールを搭載しな
くても）、複数チャネルの同時通話を実現できる。 （Ｃ）他の実施形態 上述の実施形態においては、特に実時間性の高い音声デ
ータを伝送する場合を前提に説明したが、伝送される情
報としてはこれに限るものでなく、いわゆるテレビ電話
や放送系の映像データのように実時間性が要求される他
の情報を伝送する場合にも適用し得る。 【００５４】 【発明の効果】上述のように、本発明においては、スレ
ーブ装置として機能するＩＰ端末装置内で生成される伝
送クロックを、マスタ装置として機能するＩＰ端末装置
内で生成される伝送クロックに常に同期させることがで
きることになり、データの廃棄や代替データの挿入を行
うことなく長時間に亘る通信を可能とできる。

【図面の簡単な説明】 【図１】第１の実施形態に係るシステム形態を示す図で
ある。 【図２】同期マスタモジュールの機能ブロック構成を示
す図である。 【図３】同期スレーブモジュールの機能ブロック構成を
示す図である。 【図４】同期スレーブモジュール内のコントローラに搭
載された補正機能の概念説明に供する図である。 【図５】第２の実施形態に係るシステム形態を示す図で
ある。 【符号の説明】 １…ＩＰネットワーク、２、３…ＩＰ端末装置、４…同
期マスタモジュール、５…同期スレーブモジュール、４
Ａ…クロック生成器、４Ｂ…割り込み発生器、４Ｃ、５
Ｂ…コントローラ、４Ｄ、５Ａ…ＩＰユニット、５Ｃ…
クロックカウンタ、５Ｄ…伝送クロック生成器。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 対向するＩＰ端末装置が、その伝送クロ
   ックに基づいて一定間隔ごとに送信した同期タイミング
   パケットが与えられるＩＰ端末装置であって、 伝送クロック発生用のクロック生成手段と、 その巡回周期が、対向する上記ＩＰ端末装置が出力する
   同期タイミングパケットの送出周期と同周期に定められ
   た巡回型のクロックカウンタと、対向する上記 ＩＰ端末装置との通信開始後、最初に受信
   された同期タイミングパケット受信時における上記クロ
   ックカウンタのカウント値を期待値Ｘ０に定めると共
   に、定めた期待値に応じて減算値の有効範囲を定め、当
   該期待値Ｘ０と、その後の同期タイミングパケット受信
   時における上記クロックカウンタのカウント値Ｘ１との
   減算値Ｘ１−Ｘ０を求め、この減算値Ｘ１−Ｘ０が減算
   値の有効範囲にあり、かつ、減算値Ｘ１−Ｘ０の絶対値
   が閾値Ｙを越える場合に、上記クロック生成手段で発生
   される伝送クロックが、対向する上記ＩＰ端末装置で用
   いられる伝送クロックと非同期と判定し、判定結果に基
   づいて上記クロック生成手段からの伝送クロックの速度
   を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＩＰ端
   末装置。