JPH03114333A - パケット伝送におけるクロック同期方式とパケット送信装置およびパケット受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、テレビジョン信号、音声信号などの時間的
に途切れるとぎれることのない連続的な情報信号をパケ
ット化して伝送するシステムにおいて、送信側クロック
と受信側クロックとの同期をとるためのクロック同期方
式と、このクロック同期方式を適用したパケット送信装
置およびパケット受信装置に関する。

（従来の技術） テレビジョン信号（映像信号）や音声信号の伝送には、
従来より固定速度の伝送路が用いられて来た。ところが
近年では、広帯域ＩＳＤＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　５
ｅｒｖ１ｃｅｓ　ｄｌｇｌｔａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ）の
非同期転送モード（固定長セルを用いたパケット伝送モ
ード、以下ＡＴＭという）の提案に見られるように、伝
送路の有効利用のためテレビジョン信号や音声信号など
の連続的に発生する↑ｈ報もパケット化して伝送しよう
とする機運にある。

テレビジョン信号や音声信号は単に標本化・量子化（Ｐ
ＣＭ符号化）を行なっただけでは固定速度の情報である
が、信号の固有の冗長度および視聴覚上の冗長度を除去
する高能率符号化を行なうと、一般に可変速度の情報と
なる。このような可変速度の情報については、固定速度
の伝送路を用いるより、ＡＴＭのような可変速度の伝送
系を用いた方が効率的であり、かつ符号化品質も高く保
たれるという利点がある。

ところで、パケット伝送においては、送受間のクロック
同期が確立されていることが重要である。クロック同期
が確立されていないと符号化データ量と復号化データ量
が異なってしまい、正常な復号化ができないからである
。ＡＴＭによるテレビジョン信号などの伝送においては
、ＡＴＭ網が有するクロックと情報源のクロックの同期
（ビット同期）についても考慮する必要がある。即ち、
ＡＴＭ伝送系では個々の情報源のビットレート等につい
てビット同期がとれるように考慮されている訳ではない
ので、ＡＴＭ網に接続する個々の端末（テレビジョン信
号の符号化装置・復号化装置など）でそれぞれ対応しな
ければならない。第４図に、ＡＴＭ網を介したテレビジ
ョン信号伝送における送信側および受信側の同期関係を
示す。

第４図において、信号源で端子４１に人力されるテレビ
ジョン映像信号は、例えばスタジオ機器４２によりクロ
ック発生源４３からのクロック（周波数ｆｓ）を標本化
周波数としてディジタル化される。このデ４ジモル化映
１栄信号（以下の説明では全てディジタル化された場合
なので、単に映像信号という。）は符号化系に入力され
、クロック発生源４５からの符号化用クロック（周波数
ｆｃ）で動作する映像符号化回路４４で高能率符号化さ
れた後、第１のインタフェース部４６へ入力される。イ
ンタフェース部４６は符号化系とＡＴＭ伝送（パケット
伝送）系を接続するためのもので、パケット化バッファ
メモリ、パケットヘッダ付加回路などから構成される。

第２のインタフェース部４６でパケット化された映像信
号は、クロック発生源４８からのクロック（周波数ｆ　
ＡＴＭ　）で動作するＡＴＭ網４網金７てインタフェー
ス部４６走逆の処理を行なう第２のインタフェース部４
つへ人力される。第２のインタフェース部４９でパケッ
ト分解された映像信号は、クロック発生源５１からの復
号化用クロック（周波数ｆｄ）で動作する映像復号化回
路５０により復号化され、端子５２より出力される。

この第４図の系では信号源、符号化、ＡＴＭ伝送、復号
化がそれぞれ独立したクロック発生源４３，４５，４８
．５１を用いて動作するため、何らかの方法でクロック
同期をとる必要がある。即ち、回線モードのような同期
伝送系では各部のクロックは全て事前に位相同期されて
いるのに対し、ＡＴＭ伝送系のようなパケット伝送系は
、一般に特定の信号源および端末装置との接続方法を考
慮していないため、固有のクロック周波数（第４図では
ｆ　ＡＴＭ　）で動作している。従って、信号源クロッ
ク（ｆ　ｓ）が外部から供給される場合には、一般に符
号化用クロックとＡＴＭクロックとの間でｆＳ／ｆＡｔ
Ｍ＝ｎ／ｍ（ｎ、ｍは整数）となる周波数比での位相同
期関係を保てない。

さらに、符号化用クロック周波数ｆｃと復号化用クロッ
ク周波数ｆｄは同一周波数でなければならないが、符号
化回路４４と復号化回路５０の間には、固有のクロック
周波数ｆ　ＡＴＭを用いるＡＴＭ伝送系が介在するため
、符号化用クロックと復号化用クロックを位相同期させ
ることは不可能である。

以上の問題に関して、従来では次の二つの対策が考えら
れている。

（１）符号化用クロックとＡＴＭクロックおよび復号化
用クロックを位相同期させ（具体的には、ＡＴＭクロッ
クを基準に、符号化用クロックと復号化用クロックをそ
れぞれ同期させる）信号源クロックは独立のままとする
。このとき信号源と復号化回路が非同期となるので、フ
レームシンクロナイザを用いてこの間のインタフェース
を行う。

（２）信号源クロックと符号化用クロックをまず位相同
期させておき、非同期のＡＴＭクロックの伝送系へその
まま出力する。この時のインタフェースは第４図のイン
タフェース部６て行なう。この場合、当然ＡＴＭ伝送系
出力と復号化用クロックは非同期となるため、復号化回
路では何らかの方法で復号化用クロックを制御して、符
号化用クロックと一致するようにする。

第５図および第６図に、上記（１）、（２）の方法を用
いた場合のブロック図をそれぞれ示す。

第５図では回線モードの同期伝送系と同様に、符号化回
路４４とＡＴＭ網４７および復号化回路５０を事前にＰ
ＬＬ回路５５．５６を用いて位相同期させる。しかし、
前述した通りＡ　Ｔ　Ｍ網で用いるクロック周波数ｆ　
ＡＴＭは、ｆＣおよびｆｄとの整数比の関係を全く考慮
せず決定されているため、一般に信号源クロ・ツクとＡ
ＴＭクロックとの前記ｎ　／　ｍの周波数比は複雑にな
って、かつ位相同期ループにおける比較周波数が極めて
小さくなり、ＰＬＬ回路５５．５６を安定に動作させる
ことが難しいという欠点がある。

さらに、端子５３に外部から入力される信号源クロック
は他のクロックとは独立に作られるため、フレームシン
クロナイザ５４を用いてクロック周波数の変換を行なわ
なければならない。

フレームシンクロナイザ５４は映像フレームメモリを有
し、このメモリに任意クロ・ツクで書込み、かつ任意ク
ロックで読出せるため、非同期の映像処理系を接続する
ことが可能であるが、高価であるばかりでなく、映像フ
レームのスキップ（飛越し、反復処理）を行なうために
画質上問題が生ずる場合があり、また映像と音声の相対
遅延時間が大きく変化するなどの欠点がある。

第６図は、端子５３より入力される信号源クロックと符
号化用クロックをＰＬＬ回路６１により事前に位相同期
させて、復号化回路５０で独自にクロック周波数の同期
を保つ例である。

復号化回路５０では、予めパケット内に多重された映像
水平・垂直同期信号などを検出して、この同期信号が復
号化処理時に定期的に現われるように、クロック発生回
路６５から出力される復号化用クロックの周波数を制御
する。即ち、パケット分解・同期ワード検出回路６２（
ＡＴＶクロックで動作）から出力される同期ワードを映
像符号化データと分離してＡＴＭクロックでバッフ７メ
モリ６３に書込み、復号化用クロックを用いて読出す時
、バッファメモリ６３内に存在する同期ワード数を同期
ワード数検出回路６４で検出して復号化用クロック周波
数を制御する。バッファメモリ６３内の同期ワード数は
、各時点における同期ワードの通過量を意味しており、
これが一定であれば符号化側と復号化側のクロック周波
数が一致したことになる。

上記（２）の方法を用いると、（１）で問題となった符
号化・復号化用クロックとＡＴＭクロックの同期上の困
難さが克服され、またフレームシンクロナイザも不要と
なるが、次の欠点が存在する。即ち、ＡＴＭ網はパケッ
ト伝送系であるため、映像符号化データが一定速度で伝
送される訳ではなく、網の空き状態によって受信側に到
着するパケットには時間的な揺らぎがある。

この揺らぎは長時間の積分においては当然キャンセルさ
れるものであるが、相当低い周波数成分を有することが
考えられ、これが復号化用クロックの周波数制御の安定
度に影響を与える。

従って、復号化用クロックはＡＴＭ網の状態の影響によ
って低周波のジッタを多く含んでしまつ０ （発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来、映像信号などをパケット伝送す
る場合、比較周波数の極めて低い位相同期ループとフレ
ームシンクロナイザを必要とするか、またはＡＴＭ網の
状態の影響を受けやすい復号化用クロックの周波数制御
が必要となるなど、回路的な実現の困難さと、性能上の
問題があった。

本発明は映像信号などのパケット伝送において、回路的
に簡単な構成で、送受間のクロック同期を安定に確立で
きるクロック同期方式と、このクロック同期方式を用い
たパケット送信装置およびパケット受信装置を提供する
ことを目的とする。

Ｃ発明の構成コ （課題を解決するだめの手段） 本発明のクロック同期方式は上記の目的を達成するため
に、送信側からパケット伝送網のタロツクに対する送信
側クロックの相対周波数を示す送信側クロック周波数デ
ータを情報信号とともにパケット伝送し、受信側でパケ
ット伝送網のクロックに対する受信側クロックの相対周
波数を示す受信側クロック周波数データと、受信された
送信側クロック周波数データとを比較し、この比較結果
に基づいて受信側クロックの周波数を制御することによ
り、送信側クロックと受信側クロックとを同期させるこ
とを特徴とする。

また、本発明によるパケット送信装置は、パケット伝送
網から供給されるクロックに対する送信側クロックの相
対周波数を検出して該相対周波数を示す送信側クロック
周波数データを発生する手段と、送信側クロック周波数
データを情報信号データと共にパケット化して送信する
手段とを有する。

さらに、本発明によるパケット送信装置は、パケット伝
送網から送信されるパケット内の情報信号データおよび
送信側クロック周波数データを分解する手段と、分解さ
れた情報信号データおよび送信側クロック周波数データ
を一時記憶する記憶手段と、パケット伝送網から供給さ
れるクロックに対する受信側クロックの相対周波数を検
出して該相対周波数を示す受信側クロック周波数データ
を発生する手段と、記憶された送信側クロック周波数デ
ータと受信側クロック周波数データとを比較する比較手
段と、この比較手段の比較結果に基づいて受信側クロッ
クの周波数を制御する手段とを有する。

（作用） 一般に、発振器から出力されるクロックの周波数を精度
良く検出することは困難であり、また二つの独立な発振
器からのクロックの周波数を検出して、両者の周波数差
を完全になくすように制御することも極めて難しい。

本発明では、送信側および受信側のクロック周波数の検
出において絶対精度を要求せず、パケット伝送網から供
給されるクロックを基準として相対周波数の形で検出を
行ない、送信側クロック周波数のデータを受信側に知ら
せることにより、送信側および受信側間のクロック同期
を確立するものである。即ち、受信側に知らされた送信
側クロック周波数データは、受信側での同様な相対周波
数を示す受信側クロック周波数データと比較され、その
比較結果によってパケソト伝送網のクロックに対する送
信側および受信側クロックのそれぞれの相対周波数が一
致するように、受信側クロックの周波数が制御される。

このように本発明のクロック同期方式は基本的に周波数
制御であり、位相同期を達成するものではないが、一般
にパケット伝送系には必ず一時記憶手段としてのバッフ
ァメモリが含まれており、このバッファメモリによって
送受クロックの位相誤差は吸収される。また、制御ルー
プの過渡応答時の周波数誤差もバッファメモリで吸収さ
れる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のクロック同期方式を適用した映像パケ
ット伝送システムの送信側および受信側の要部のブロッ
ク図である。

まず、送信側において、信号入力端子１１に人力された
映像信号は、映像信号に同期して外部からクロック入力
端子１２に供給された受信側クロック（以下、符号化用
クロックという）とともに、信号処理回路である例えば
映像符号化回路１３に入力され、符号化される。この符
号化回路１３の出力は、インタフェース回路１４へ人力
される。インタフェース回路１４は、パケット伝送のた
めのパケット化回路およびクロック周波数変換用のバッ
ファメモリ回路などから構成されている。また、端子１
２に入力される符号化用クロックは、カウンタ１５のク
ロック入力にも与えられる。

パケット伝送網であるＡ　Ｔ　Ｍ網２０から送信側に供
給されるクロック（以下、ＡＴＭクロックという）は、
インタフェース回路１４に入力されると同時に、分周回
路１６にも入力され、分周回路１６でＡＴＭクロック周
波数の１／Ｎ（Ｎは正の整数）の周波数を有するパルス
が作られる。このパルスはカウンタ回路１５のカウント
・クリア入力に与えられる。このカウンタ回路１５はＡ
ＴＭクロックを基準とした一定期間内での符号化用クロ
・ツクの数をカウントし、カウント結果を出力する。こ
のカウント結果は、ＡＴＭクロックの周波数を基準とし
た符号化用クロックの周波数の相対周波数を示すデータ
ωｊ　（これを送信側クロ・ツク周波数データと０う）
であり、インタフェース回路１４を介して、符号化され
た映像信号とともに伝送（ケ・ント内に多重され、Ａ　
Ｔ　Ｍ網２０へ送出される。

一方、受信側では受信バケ・ソトが）くケ・ソト分解回
路２１で分解され、ＡＴＭクロ・ツクに同期して順次バ
ッファメモリ回路２２に書込まれる。

この場合、バッファメモリ回路２２には、＜ケ・ソト内
に多重化されている映像信号および送信側クロック周波
数データω１が書込まれる。

また、ＡＴＭ網２０から受信側に供給されたＡＴＭクロ
ックは送信側と全く同様に、分周回路２３で１／Ｎの周
波数に分周された後、カウンタ回路２４のカウント・ク
リア入力に与えられる。このカウンタ回路２４はＡＴＭ
クロ・ツクを基準とした一定期間内での受信側クロ・ツ
ク（以下、復号化用クロックという）の数をカウントし
、カウント結果を出力する。このカウント結果は、ＡＴ
Ｍクロックの周波数を基準とした、復号化用クロックの
相対周波数を示すデータω０　（以下、これを受信側ク
ロック周波数データという）である。このカウンタ回路
２４のカウント結果である受信側クロック周波数データ
ω０は、減算回路２５の減算入力端子へ入力される。減
算回路２５の加算入力端子には、バッファメモリ２２か
ら復号化用クロックで読出された送信側クロック周波数
データωｉが入力される。従って、減算回路２５からは
ωＩ−ω０−Δωなる二つの相対周波数の差の信号が出
力される。

減算回路２５の出力は、ループフィルタ２６により積分
された後、復号化用クロックを得るための可変周波数の
クロック発生回路２７の制御入力端子へ入力される。ル
ープフィルタ２６としては、リークのない完全積分形フ
ィルタが好適である。ここで、例えばΔω〉０（ωｉ〉
ω０）の時には復号化用クロックの周波数が高くなり、
Δωく０の時には復号化用クロックの周波数が低くなる
ように帰還制御ループを構成すれば、復号化用クロック
もＡＴＶクロックに同期することになり、結局、符号化
用クロック（送信側クロック）と復号化用クロック（受
信側クロック）との同期を確立することができる。この
場合、ループフィルタ２６の積分作用により、定常的な
周波数誤差も発生しない。

尚、ＡＴＭ網２０でパケットの到着時間に揺らぎが生じ
ても、バッファメモリ回路２２で吸収されることにより
、受信側クロックに対する制御ループは影響を受けず、
極めて安定に保たれる。但しＡＴＭ網２０では、その利
用状況によって確率的にパケットが抜けるという、いわ
ゆるパケット損失が生じる。その場合、もし送信側クロ
ック周波数データωｌが受信側に伝送されないというこ
とになると、結果的に受信側クロックに対する制御がか
からなくなって周波数誤差が発生し、バッファメモリ回
路２２でオーバーフローまたはアンダーフローが起こる
可能性がある。しかし、この送信側クロック周波数デー
タは、データ量が映像信号に比較して極めて少ないから
、パケット損失に対応するために十分な誤り訂正（例え
ば複数回の伝送による）を行なっても伝送効率の低下は
無視しうるちのであり、実用上問題は全くない。

第２図は本発明の一実施例に関する動作原理図である。

送信側発振周波数ω１と受信側発振周波数ω、を一致さ
せるために、双方で利用可能な基準発振周波数ω２　（
前述のＡＴＭクロックに相当する。）に対する相対的な
周波数ωｊ２ωＯを求め、これらを比較して受信側発振
周波数ω。

を制御する。

第２図をさらに簡単に表わすと、第３図に示すようにな
り、−船釣な負帰還制御ループに帰着される。ωｉ、ω
０．Δωの意味は、第２図と同じである。Ｋｄはループ
のゲインに関するパラメータ、Ｐ（ｓ）はループフィル
タ、Ｋｖは受信側発振器の周波数制御感度である。ωＢ
ｔ）、ωｏ（Ｌ）。

Δω（【）をそれぞれラプラス変換したものをωＩ（ｓ
）、ωｏ（ｓ’）、Δω（Ｓ）とすると、Δω（ｓ）−
ω１（ｓ）−ωｏ（ｓ）　　　　　・・・（１）Δω（
Ｓ）・Ｋｄ−Ｆ（ｓ）・Ｋｖ十Δω（ｓ）＝ωｏ（ｓ）
　　　　　　　　　・・・（２）（１）　、　（２）か
ら Ｋｄ−Ｋｖ　・Ｐ（ｓ）＞　１のとき となる。Ｆ（ｓ）を完全積分形のループフィルタとして
例えば Ｆ（ｓ）− ＋ （ａ、ｂキＯは定数） とし、Δω（ｓ）　ｚｃｏｎｓｔ、とすると、１　　ｉ
　ｍ　ωｏ（ｓ）−ωＩ（ｓ）Ｓ＋０ となり、前述したように定常的な周波数誤差は生じない
。

尚、上記のΔω（ｓ）　ｚｃｏｎｓｔ、なる仮定は、各
クロック発生源に水晶精度の発振器を用いれば何ら問題
なく達成されるものであり、そうでない場合でも送信側
クロック周波数データωｉをより短い周期で伝送し、か
つＦ（ｓ）の帯域を広げることで受信側クロック周波数
に対する制御ループを高速化することにより容易に解決
される。

尚、以上の実施例においては映像信号のパケット伝送に
本発明を適用した場合について説明したが、連続的な情
報信号であれば、音声信号その他の情報信号のパケット
伝送にも本発明を同様に適用できることは明らかである
。

［発明の効果］ 本発明によれば、テレビジョン信号や音声信号などをパ
ケット伝送する際に、フレームシンクロナイザなどの高
価で、しかも情報信号の品買上問題のある装置を用いた
り、性能上実現の難しい位相同期ループを用いること無
く、またパケット伝送系で必然的に生じる！＜ケ・ノド
到着時間の揺らぎなどに影響されずに、送受信間のクロ
ック同期を確立できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクロック同期方式を適用したパケット
伝送システムの一実施例の構成を示すブロック図、第２
図は本発明の動作原理を説明するための図、第３図は第
２図の周波数制御ループを示すブロック図、第４図はノ
（ケ・ソト伝送システムにおけるクロック同期の概要を
示すブロック図、第５図および第６図はそれぞれ従来の
パケット伝送におけるクロック同期方式を説明するため
のブロック図である。 １３・・・映像符号化回路、１４・・・インタフェース
回路、１５・・・送信側クロ・ツクの相対周波数検出用
カウンタ回路、１６・・・送信側クロックの相対周波数
検出用分周回路、２０・・・Ａ　Ｔ　Ｍ網（パケット伝
送網）　　　２１・・・パケット分解回路、２２・・・
バッファメモリ回路（記憶手段）　２３・・・受信側ク
ロックの相対周波数検出用分周回路、２４・・・受信側
クロックの相対周波数検出用カウンタ回路、２５・・・
減算回路（比較手段）　２６・・・ループフィルタ（周
波数制御手段）　２７・・・可変周波数クロック発生回
路、２８・・・映像復号化回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定周波数のクロックで動作するパケット伝送網
   を介して情報信号を伝送するシステムにおいて、 送信側から前記パケット伝送網のクロックに対する送信
   側クロックの相対周波数を示す送信側クロック周波数デ
   ータを情報信号データとともにパケット化して送信し、
   受信側で前記パケット伝送網のクロックに対する受信側
   クロックの相対周波数を示す受信側クロック周波数デー
   タと、受信された前記送信側クロック周波数データとを
   比較し、この比較結果に基づいて前記受信側クロックの
   周波数を制御することにより、送信側クロックと受信側
   クロックとを同期させることを特徴とするパケット伝送
   におけるクロック同期方式。
2. （２）パケット伝送網のクロックに対する送信側クロッ
   クの相対周波数を検出して該相対周波数を示す送信側ク
   ロック周波数データを発生する手段と、 前記送信側クロック周波数データを情報信号データと共
   にパケット化して送信する手段とを有することを特徴と
   するパケット送信装置。
3. （３）パケット伝送網から送信されるパケット内の情報
   信号データおよび送信側クロック周波数データを分解す
   る手段と、 分解された情報信号データおよび送信側クロック周波数
   データを一時記憶する記憶手段と、パケット伝送網のク
   ロックに対する受信側クロックの相対周波数を検出して
   該相対周波数を示す受信側クロック周波数データを発生
   する手段と、 前記記憶手段に記憶された送信側クロック周波数データ
   と前記受信側クロック周波数データとを比較する比較手
   段と、 この比較手段の比較結果に基づいて前記受信側クロック
   の周波数を制御する手段と を有することを特徴とするパケット受信装置。