(57)【要約】【課題】パケット伝送遅延の揺らぎが生じる場合においても、安定した周波数のクロックを再生するクロック再生装置を提供する。【解決手段】クロック再生装置は、パケットが送信される周期の整数倍の周期を計算区間として、バッファに蓄積されている蓄積データ量の移動平均を計算する移動平均計算手段と、蓄積データ量の移動平均の平均的な値を計算する手段と、平均的な値に基づきクロック発振器が出力するクロック周波数を制御するクロック周波数制御手段と、移動平均計算手段が新たな蓄積データ量の移動平均を計算したとき、新たな蓄積データ量の移動平均の変動を示す値を計算し、新たな蓄積データ量の移動平均を、平均的な値の計算に使用するか否かを、該変動を示す値に基づき判定する変動判定手段とを備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信したパケットに含まれるデータをバッファに蓄積するデータ取出手段と、
該パケットが送信される周期の整数倍の周期を計算区間として、バッファに蓄積されている蓄積データ量の移動平均を計算する移動平均計算手段と、
蓄積データ量の移動平均の平均的な値を計算する手段と、
平均的な値に基づきクロック発振器が出力するクロック周波数を制御するクロック周波数制御手段と、
クロック発振器が出力するクロック周波数に比例した速度でバッファからデータを読み出すデータ読出手段と、
移動平均計算手段が新たな蓄積データ量の移動平均を計算したとき、新たな蓄積データ量の移動平均の変動を示す値を計算し、新たな蓄積データ量の移動平均を平均的な値の計算に使用するか否かを、該変動を示す値に基づき判定する変動判定手段と、
を備えていることを特徴とするクロック再生装置。
【請求項２】
前記変動を示す値は、新たな蓄積データ量の移動平均と、平均的な値との差であり、
変動判定手段は、該差が閾値以上又は閾値より大きい場合に、新たな蓄積データ量の移動平均を平均的な値の計算に使用しないと判定することを特徴とする請求項１に記載のクロック再生装置。
【請求項３】
平均的な値の計算に使用する蓄積データ量の移動平均に基づき、蓄積データ量の移動平均の散らばり具合を示す値を計算する手段を有し、
前記閾値は、散らばり具合を示す値から決定されることを特徴とする請求項２に記載のクロック再生装置。
【請求項４】
受信したパケットに含まれるデータが蓄積され、クロック発振器が出力するクロック周波数に比例した速度でデータが読み出されるバッファの蓄積データ量に基づき、データ受信装置においてクロックを再生する方法であって、
該パケットが送信される周期の整数倍の周期を計算区間として、バッファに蓄積されている蓄積データ量の移動平均を計算する第１のステップと、
新たな蓄積データ量の移動平均の変動を示す値を計算する第２のステップと、
前記変動を示す値に基づき、新たな蓄積データ量の移動平均を、蓄積データ量の移動平均の平均的な値の計算に使用するか否かを判定する第３のステップと、
使用する場合には、新たな蓄積データ量の移動平均で、平均的な値を更新する第４のステップと、
平均的な値に基づきクロック発振器が出力するクロック周波数を制御する第５のステップと、
を有することを特徴とするクロック再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ送信装置とデータ受信装置とが非同期ネットワークを介して接続している等の理由により、データ送信装置が使用するクロック源をデータ受信装置が利用できない場合において、データ送信装置がパケット化して送信する固定ビットレートの信号の受信パケット数又は受信データ量に基づき、データ受信装置がデータ送信装置の使用クロック源と同一周波数のクロックを再生する適応クロック法に関する。より詳しくは、非同期ネットワークを介して受信するパケットの揺らぎが、適応クロック法に基づき再生するクロック周波数に与える影響を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ受信装置とデータ送信装置がＩＰ網といった非同期ネットワークを介して接続する通信システム等、データ受信装置がデータ送信装置の使用クロック源を利用できない場合に、データ受信装置がデータ送信装置の使用クロックを再生し、同期する方法として適応クロック法が広く知られている。適応クロック法については、例えば、非特許文献１にその原理が記載されている。
【０００３】
非特許文献１によれば、適応クロック法は、データ送信装置が一定のビットレートでデータを送信する場合、データ受信装置とデータ送信装置が非同期ネットワークを介して接続されていても、データ受信装置側で観測される単位時間当たりの受信データ量の平均値が、データ送信装置での送信ビットレートに確率的に一致することをその原理としている。つまり、データ受信装置は、ある期問に受信したデータ量をその期間で除することによりデータ送信装置での送信ビットレートを推定可能である。なお、通常は、ある期問に受信したデータ量をその期間で除するのではなく、バッファ内の蓄積データ量の平衡状態を維持することでクロックの再生を行っている。つまり、データ受信装置は、受信データをバッファに蓄積し、再生したクロックに比例したビットレートで、バッファからデータを取り出すが、バッファ内の蓄積データ量を、ある目標値に一致するようにクロック周波数の制御を行う。理想的には、蓄積データ量が目標値に常に一致し、安定したクロック再生を行うことができる。
【０００４】
ここで、蓄積データ量と目標値との差分と、再生クロック周波数との関係について述べる。再生クロック周波数がデータ送信装置の使用クロックよりも速い場合、バッファからのデータ取り出し速度が、データ送信装置の送信ビットレートよりも速くなり、蓄積データ量は目標値より少なくなる。逆に、再生クロック周波数がデータ送信装置の使用クロックよりも遅い場合、蓄積データ量は目標値より多くなる。したがって、蓄積データ量に基づく再生クロック周波数の制御は、蓄積データ量が目標値よりも大きい場合には再生クロック周波数を増加させ、小さい場合には再生クロック周波数を減少させるというものになる。
【０００５】
伝送対象が固定ビットレートの信号である場合、データ送信装置は、固定周期でパケットを生成するが、パケットの伝送遅延時間が総てのパケットにおいて一定であれば、データ受信装置は、その固定周期でパケットを受信する。よって、データ受信装置のバッファの蓄積データ量は、パケット受信の度に急激に増加し、再生クロック周波数に比例した速度で徐々に減少する。図１は、固定周期にてパケットを受信する場合の、蓄積データ量の変化を示す図である。
【０００６】
図１において、データ受信装置は、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５の固定周期Ｔ毎にパケットを受信し、パケット受信毎に蓄積データ量が増加している。適応クロック法の原理に基づき、蓄積データ量の変化に合わせて再生クロック周波数を変化させると、パケット受信の都度、再生クロック周波数が急激に変動することになる。この変動を抑制するため、移動平均を適応クロック法に適用することが考えられる。図１には、パケット受信周期Ｔを移動平均の計算区間として求めた蓄積データ量の平均値を併せて示している。図１から、蓄積データ量の移動平均の値は全く変動していないことが分かる。したがって、蓄積データ量の移動平均に基づいて適応クロック法によりクロックを再生すれば、クロック周波数の変動を抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、実際の網においてパケットの伝送遅延時間は、総てのパケットにおいて一定ではなく、揺らぎが生じる。この様子を図２に、また、パケット伝送遅延に揺らぎがあり、パケット受信間隔が一定でない場合の蓄積データ量及び蓄積データ量の移動平均の変化を図３に示す。図３においては、時刻ｔ３で受信すべきパケットの遅延が大きく、時刻ｔ３´で実際に受信している。このため、蓄積データ量の移動平均値が変動して再生クロック周波数に影響を与える。
【０００８】
高精度のクロック同期を実現するためには、揺らぎに起因するクロック周波数の変動の排除が必須である。したがって、“蓄積データ量の移動平均”に基づいてクロック周波数制御を行うためには、図３に示す様な“蓄積データ量の移動平均”の値の変動の除去が課題となる。
【０００９】
特許文献１には、蓄積データ量の平均値を再生クロック周波数の制御に用いる方法が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、上述した様に、パケット伝送遅延の揺らぎにより蓄積データ量の平均値も変動し、よって、再生クロック周波数も変動する。
【００１０】
特許文献２には、データ受信装置が独立したクロックを具備し、パケット伝送遅延をその独立したクロックを用いて予想する方法が記載されている。この方法のためには、データ受信装置が具備するクロックは、高精度かつ高安定であることが必要であり、コストを上昇させる。
【００１１】
特許文献３には、クロック発振器への制御値を算出するための計算式における係数を、時間がある程度経過したら小さいものに変更する方法が記載されている。この方法によりパケット伝送遅延の揺らぎに対する耐性が高まるが、伝送遅延時間が平均値より極端に大きいパケットが時々発生するような網の場合、そのパケットによりある程度の変動は再生クロックに生じてしまう。
【００１２】
【特許文献１】特許第３１６９３３５号明細書
【特許文献２】特許第３５５５８８３号明細書
【特許文献３】特許第３６６０５１７号明細書
【非特許文献１】ＩＴＵ−Ｔ  Ｉ．３６３．１、“Ｂ−ＩＳＤＮ  ＡＴＭ  Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ：Ｔｙｐｅ  １  ＡＡＬ”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明は、パケット伝送遅延の揺らぎが生じる場合においても、蓄積データ量の移動平均の変動を除去し、安定した周波数のクロックを再生するクロック再生方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるクロック再生装置によれば、
受信したパケットに含まれるデータをバッファに蓄積するデータ取出手段と、該パケットが送信される周期の整数倍の周期を計算区間として、バッファに蓄積されている蓄積データ量の移動平均を計算する移動平均計算手段と、蓄積データ量の移動平均の平均的な値を計算する手段と、平均的な値に基づきクロック発振器が出力するクロック周波数を制御するクロック周波数制御手段と、クロック発振器が出力するクロック周波数に比例した速度でバッファからデータを読み出すデータ読出手段と、移動平均計算手段が新たな蓄積データ量の移動平均を計算したとき、新たな蓄積データ量の移動平均の変動を示す値を計算し、新たな蓄積データ量の移動平均を平均的な値の計算に使用するか否かを、該変動を示す値に基づき判定する変動判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のクロック再生装置における他の実施形態によれば、
前記変動を示す値は、新たな蓄積データ量の移動平均と、平均的な値との差であり、変動判定手段は、該差が閾値以上又は閾値より大きい場合に、新たな蓄積データ量の移動平均を平均的な値の計算に使用しないと判定することも好ましい。
【００１６】
また、本発明のクロック再生装置における他の実施形態によれば、
平均的な値の計算に使用する蓄積データ量の移動平均に基づき、蓄積データ量の移動平均の散らばり具合を示す値を計算する手段を有し、前記閾値は、散らばり具合を示す値から決定されることも好ましい。
【００１７】
本発明によるクロック再生方法によれば、
受信したパケットに含まれるデータが蓄積され、クロック発振器が出力するクロック周波数に比例した速度でデータが読み出されるバッファの蓄積データ量に基づき、データ受信装置においてクロックを再生する方法であって、該パケットが送信される周期の整数倍の周期を計算区間として、バッファに蓄積されている蓄積データ量の移動平均を計算する第１のステップと、新たな蓄積データ量の移動平均の変動を示す値を計算する第２のステップと、前記変動を示す値に基づき、新たな蓄積データ量の移動平均を、蓄積データ量の移動平均の平均的な値の計算に使用するか否かを判定する第３のステップと、使用する場合には、新たな蓄積データ量の移動平均で、平均的な値を更新する第４のステップと、平均的な値に基づきクロック発振器が出力するクロック周波数を制御する第５のステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
“蓄積データ量の移動平均”の平均的な値を求め、これをクロック再生に使用することで、“蓄積データ量の移動平均”に細かな変動が生じたとしても変動を除去し、安定した周波数でのクロック再生を実現する。
【００１９】
しかしながら、新たな“蓄積データ量の移動平均”に大きな変動が生じた場合には、平均的な値も変動する。したがって、変動判定手段が、“蓄積データ量の移動平均”の変動量を示す指標に基づき、大きな変動であるか否かを判定する。大きな変動であると判定した場合には、その“蓄積データ量の移動平均”を、平均的な値の計算には使用しないように制御することで、更に、安定した周波数でのクロック再生が実現できる。変動量の指標としては、新たな“蓄積データ量の移動平均”と、平均的な値の差を使用し、閾値に基づき大きな変動であるか否かを判定する。また、この閾値は、標準偏差等の、“蓄積データ量の移動平均”の散らばり具合を示す値の所定数倍等、散らばり具合を示す値から決定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図５は、本発明によるクロック再生装置のブロック図である。図５によると、クロック再生装置は、データ取出部１と、バッファ２と、移動平均計算部３と、変動除去部４と、クロック周波数制御部５と、クロック発振器６と、データ読出部７とを備えている。更に、変動除去部４は、標準偏差計算部４１と、平均値計算部４２と、変動判定部４３とを備えている。
【００２１】
データ取出部１は、受信したパケットに含まれるデータを取り出してバッファ２に蓄積し、データ読出部７は、クロック発振器６が出力する再生クロック周波数に比例した速度で、バッファ２に蓄積されたデータを読み出す。
【００２２】
移動平均計算部３は、パケットが送信される周期又はその整数倍の周期を計算区間として、各計算区間における、バッファ２に蓄積されている蓄積データ量の移動平均を求める。
【００２３】
平均値計算部４２は、“蓄積データ量の移動平均”の平均値を計算し、標準偏差計算部４１は、“蓄積データ量の移動平均”の標準偏差を計算する。但し、移動平均計算部３から新たな“蓄積データ量の移動平均”が入力されたときに、変動判定部４３が、その新たな“蓄積データ量の移動平均”を“蓄積データ量の移動平均”の平均値及び標準偏差の計算に使用しないと判定した場合には、平均値計算部４２及び標準偏差計算部４１は、新たな“蓄積データ量の移動平均”を“蓄積データ量の移動平均”の平均値及び標準偏差の計算には使用しない。
【００２４】
変動判定部４３による新たな“蓄積データ量の移動平均”を平均値及び標準偏差の計算に使用するか否かの判定は、その新たな“蓄積データ量の移動平均”の変動量に基づき行われ、具体的には、変動量が所定の閾値未満である場合には、新たな“蓄積データ量の移動平均”で、平均値及び標準偏差を更新すると判定し、閾値以上である場合には、新たな“蓄積データ量の移動平均”で、平均値及び標準偏差を更新しないと判定する。なお、閾値以下で更新し、閾値より大きい場合に更新しないと判定しても良い。
【００２５】
ここで、変動判定部４３は、“蓄積データ量の移動平均”の変動量として、移動平均計算部３からの新たな入力値と、新たな入力値が入力される前の時点において、平均値計算部４２が出力している“蓄積データ量の移動平均”の平均値との差を使用し、閾値として、標準偏差計算部４１が求める“蓄積データ量の移動平均”の標準偏差を基準として求められる値を使用する。より具体的には、閾値を標準偏差の所定数倍、例えば２倍といった、標準偏差から計算により決定される値とし、変動量が閾値以上であれば、“蓄積データ量の移動平均”の平均値及び標準偏差の更新を抑制させる。図４は、図３に示すパケット受信に対する変動除去部４の処理を説明する概略図である。
【００２６】
クロック発振器６は、例えば、電圧制御水晶発振器の様に外部制御信号に基づきクロック周波数を変化させる発振器であり、クロック周波数制御部５は、“蓄積データ量の移動平均”の平均値に基づきクロック発振器６が出力する再生クロック周波数を制御する制御信号を出力する。
【００２７】
以上、本発明によるクロック再生装置においては、平均値計算部４２が“蓄積データ量の移動平均”の平均値を求め、これをクロック再生に使用することで、“蓄積データ量の移動平均”に細かな変動が生じたとしても、変動を除去し、安定した周波数でのクロック再生を実現している。しかしながら、“蓄積データ量の移動平均”に大きな変動が生じた場合には、“蓄積データ量の移動平均”の平均値も変動するため、変動判定部４３を設けて、“蓄積データ量の移動平均”が大きく変動した場合には、その値を、“蓄積データ量の移動平均”の平均値の更新には使用しないように制御する。これにより、更に、安定した周波数でのクロック再生が実現できる。この変動判定部４３による判定の基準には、データの散らばり具合を示す“蓄積データ量の移動平均”の標準偏差を使用する。
【００２８】
図６は、本発明によるクロック再生方法における、蓄積データ量の移動平均の変動除去処理のフロー図である。
（Ｓ６１、Ｓ６２）平均値と標準偏差を過去の“蓄積データ量の移動平均”の値から計算しておく。
（Ｓ６３）新しい“蓄積データ量の移動平均”の値と、現在の“蓄積データ量の移動平均”の平均値との差が、現在の標準偏差の所定数倍未満か否かを判定する。
（Ｓ６４）標準偏差の所定数倍未満である場合には、新しい“蓄積データ量の移動平均”の値に基づき、“蓄積データ量の移動平均”の平均値及び標準偏差を更新する。
【００２９】
図７は、本発明によるクロック再生方法のシミュレーション結果である。シミュレーションモデルは、データ送信装置が８単位時間周期でパケットを送信し、パケット毎にランダムな値の伝送遅延時間を加えるものとし、約１％の割合で、他のパケットに比べて極端に大きな伝送遅延時間が発生するものとした。データ受信装置においては、パケット受信の度に蓄積データ量を１単位増加させ、１単位時間周期で０．１２５単位データを蓄積データ量から減じ、連続する８単位時間の蓄積データ量の平均を、“蓄積データ量の移動平均”とした。
【００３０】
新たなパケットを受信するまで蓄積データ量は減少し続けるので、伝送遅延の大きなパケットが発生する度に蓄積データ量が極端に小さな値となる。図７のグラフで、“蓄積データ量の移動平均”が数箇所で下に突き出ている部分がそれにあたる。本シミュレーションにおいては、６４単位時間間隔で１００個の“蓄積データ量の移動平均”の平均値及び標準偏差を計算し、標準偏差の２倍を閾値、つまり、平均値及び標準偏差の更新を行うか否かの判定に用いた。また、図７には、比較のために、“蓄積データ量の移動平均”の単純平均も示している。
【００３１】
図７から明らかなように、“蓄積データ量の移動平均”は変動が激しく、これをそのままクロック周波数制御に使用すると再生クロック周波数も激しく変動し、安定した周波数のクロックを再生することができない。また、単純平均は、“蓄積データ量の移動平均”と比較するとその変動はかなり抑圧されているが、“蓄積データ量の移動平均”が大きく変動するところでは単純平均の値も変動し、よって、クロック周波数もその分だけ変動することになる。これに比べ、本発明によるクロック再生では、クロック周波数制御に使用する値はほとんど変化しておらず、極めて安定した周波数のクロック生成が可能であることが分かる。
【００３２】
なお、上述した説明において、“蓄積データ量の移動平均”の平均値及び標準偏差を用いたが、平均値に代えてモードや中央値等、データの平均的な値を示す量を、標準偏差に代えて分散や４分位点等、データの散らばり具合を示す量を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】パケット受信間隔が一定の場合の蓄積データ量及び蓄積データ量の移動平均の変化を示す図である。
【図２】パケットの揺らぎを示す図である。
【図３】パケット受信間隔が一定でない場合の蓄積データ量及び蓄積データ量の移動平均の変化を示す図である。
【図４】図３に示すパケット受信に対する変動除去部の処理を説明する図である。
【図５】本発明によるクロック再生装置のブロック図である。
【図６】本発明によるクロック再生方法における、蓄積データ量の移動平均の変動除去処理のフロー図である。
【図７】本発明によるクロック再生方法のシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００３４】
１  データ取出部
２  バッファ
３  移動平均計算部
４  変動除去部
４１  標準偏差計算部
４２  平均値計算部
４３  変動判定部
５  クロック周波数制御部
６  クロック発振器
７  データ読出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008053797.tif 000008
【図７】
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