(57)【要約】【課題】トラヒックが輻輳などによりパケットが欠落しても品質の劣化が少ない、高能率圧縮した音声に対するパケットでヘッダのオーバヘッドをさせない。【解決手段】端末２１０で音声信号をフレームごとに複数の帯域に分割してブロックとし、各ブロックごとに圧縮符号化し、かつ優先度を決め、複数フレーム区間ごとに同一優先度のブロックの符号化符号と区間内の位置とをまとめて、１つのパケットとしてその優先度を付けて送出し、基幹網１００の入側装置１１０で複数の端末２１０，２２０などから受信したパケットの同一優先度のものの宛先とペイロードを組として複数のパケットを集約し、これに網１００内の伝送用ＩＰヘッダを付けて網１００へ送出する。出側装置１２０でパケットのペイロードを宛先ごとに分けて、それぞれパケットを再生成して、端末２２０，２３０などへ送信する。【選択図】      図１
2004328354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル信号をフレームごとに複数の帯域又は／及び品質のブロックに分割し、各ブロックごとのディジタル信号を符号化すると共に優先度を決定し、
所定フレーム数ごとに、同一優先度のブロックの符号をそのブロックのその所定フレーム数内における位置情報と共にまとめて１つのパケットとして送出することを特徴とするパケット送出方法。
【請求項２】
送信端末において、ディジタル信号をフレームごとに複数の帯域又は／及びブロックに分割し、各ブロックごとにそのディジタル信号を符号化すると共にそのディジタル信号の状態に応じて優先度を決定し、所定フレーム数ごとに同一優先度のブロックの符号化符号とブロックの位置情報を１つのパケットに集約して送信し、
基幹網への入側装置において、複数の送信端末から送信されたパケットを優先度毎に集約して優先度毎に１つの大きな集約パケットを構築して上記基幹網へ伝送させることを特徴とするパケット送出方法。
【請求項３】
受信した互いに優先度の異なる複数のパケットのペイロードを各位置情報に基づき、複数フレームごとの区間内の帯域又は／及び品質分割されたブロック対応の符号を復号化し、
これら復号化信号を合成して上記区間の再生信号を得ることを特徴とするパケット受信再生方法。
【請求項４】
基幹網の出側装置において、到着した集約パケットを、受信端末ごとに分解して、それぞれの１つのパケットとして再構成し、その再構成されたパケットをそれぞれ対応受信端末へ送信し、
各受信端末において、各パケットをブロックごとに分解し、その符号化符号をそのブロック位置情報及び優先度に応じて復号化すると共に同一フレームのディジタル信号として合成した信号を再生することを特徴とするパケット受信再生方法。
【請求項５】
受信したパケットをその優先度ごとに分配する分配部と、
分配された優先度ごとのパケットの複数を、その送信先と受信先情報よりなる個別ヘッダとそのペイロードを組として１つの集約ペイロードに集約すると共にその優先度を含み、かつ基幹網内の伝送に必要な基幹網ヘッダを付けて１つの集約パケットを生成する複数のパケット構築部と、
上記パケット構築部で生成されたパケットを上記基幹網へ送出する送信部と
を具備するパケット伝送基幹網入側装置。
【請求項６】
受信した各集約パケットの集約ペイロードを個別ヘッダとそのペイロードの組ごとに分解するパケット分解部と、
上記分解された個別ヘッダとそのペイロードの組ごとに、その分解前の優先度と、その個別ヘッダの受信先情報が示す受信端末への伝送に必要とするヘッダを生成し、そのヘッダと上記ペイロードよりなるパケットを構成して基幹網からその外へ送信するパケット再構成部と
を具備するパケット伝送基幹網出側装置。
【請求項７】
請求項１に記載したパケット送出方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項３に記載したパケット受信再生方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
請求項５に記載したパケット伝送基幹網入側装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項６に記載したパケット伝送基幹網出側装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インターネットを始めとするパケット通信ネットワーク、特に今後普及するであろう音声動画データ統合ネットワークにおいて、ピーク伝送レートが高くバースト的にトラヒックが発生する一般的な「データ通信」と、遅延時間が品質劣化に直接結びついてしまう「音声通信」や「動画通信」を効率良く混在させることを可能とするパケット送出方法、受信再生方法、これらに用いる装置及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音声動画通信などのリアルタイム（実時間）通信をインターネットで実現する際、一定の間隔でパケットが常に伝送される必要がある。そのようなデータは通常ＲＴＰ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）（例えばＩＥＴＦ−ＲＦＣ１８８９：ＲＴＰ：Ａ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９６．  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｆｉｅｌｄ（ＤＳ  Ｆｉｅｌｄ）ｉｎ  ｔｈｅ  ＩＰｖ４  ａｎｄ  ＩＰｖ６  Ｈｅａｄｅｒｓ，１９９８．参照）というプロトコル（通信手順）を用いて伝送されるが、このプロトコルはＵＤＰ（Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）上に実装されているのでＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットとは異なり再送が行なわれない。ネットワーク上で輻輳などの理由でパケットが破棄された場合（パケットロスが生じた場合）、受信側では音切れや画像の乱れが顕著に知覚されてしまう。
それに対して、ファイル転送やＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ）などの従来からインターネットで使用されているサービスは、データのやりとりの時にのみバースト的にトラヒックが発生するイベント型の通信であり、ＴＣＰパケットとして実装されているため、もしパケット破棄が生じても再送を試みる仕組が備わっている。これはインターネットがベストエフォート型のネットワークであることに起因する。
【０００３】
こうして比較すると、常にデータの伝送されている必要があるリアルタイム通信とイベント型の通信は親和性が低く、お互いに阻害する立場にあることが分る。それを解決するため、与えられたネットワークやシステム資源（音声、映像など）を用いて最大の効果が得られるように、各メディアの品質（アプリケーション品質）を調整することを、インターネットで動的に制御する技術、いわゆるインターネットＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御技術として、ＤｉｆｆＳｅｒｖ（非特許文献１，２参照）が注目されている。この手法は特にネットワークに入るパケットを予め優先度でクラス分けしておき、ネットワーク輻輳時に各ノードで優先度の低いパケットから破棄することによって、優先度の高いパケットの送信先への到達性を向上させるという仕組みである。例えば音声動画通信に優先度を高く設定すれば、ＲＴＰのパケットロスは起きにくくなり、データ通信に低い優先度を設定してＴＣＰの再送する機能を用いて全体的に安定した接続を実現することが可能となる。
【０００４】
優先度はＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットがＤＳドメインと呼ばれる単一の優先制御ポリシーを持つＩＰ伝送網に到着した場合、エッジノードと呼ばれるゲートウェイで優先度のラベリングがなされ、ＤＳドメイン内の各ノードでは、ゲートウェイで付けられた優先度で各パケットに対する輻輳時の処理がなされる。このとき優先度は従来においてはＴＯＳフィールドと呼ばれているヘッダ部分に書き込まれるが、エッジノードは送信元アドレス、送信先アドレス、ＩＰポート番号でそのパケットの重要度を判別する。
従来、この技術はフロー（一連の情報）毎に優先度が割当てられる仕組みとなっており、例えばファイル転送（例ＦＴＰ）やＷＷＷなどのサービスには別々の（ｗｅｌｌ  ｋｎｏｗｎ）ポート番号が割当てられているため、サービスそのものを区別することが可能となっている。
【０００５】
また、従来の符号化技術としては、音声の有無に着目したＶＡＤ（Ｖｏｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）（例えば３ＧＰＰ：ＥＴＳＩ  ＴＳ  １４６  ０３２，“Ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｓｙｓｔｅｍ（Ｐｈａｓｅ  ２＋）；Ｖｏｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＶＡＤ），２００２参照）あるいはボイススイッチと呼ばれる機能があり、これを用いて伝送する必要がある有声部分と無声部分を区別することが可能であるが、条件によっては判別誤りによって品質が劣化することがある。
また、近年では音声信号ブロックを時間方向では２０ｍｓあるいはそれよりも小さい単位で処理を行い、周波数帯域や品質方向に符号化データを積み重ねることによってスケーラブル（あるいはエンベデッド）な、つまり各種周波数帯域又は／及び各種品質の符号を出力することができる音声符号化器が提案されている（例えば非特許文献３、４参照）。
また、各音声ブロックの優先度を演算する方法および装置を用いることによって聴感的な品質を落さずに効率良く音声パケット伝送を可能とする技術が提案されている（例えば非特許文献５参照）。
【０００６】
図１２に示すように広帯域音声信号は入力端子１１からの各サンプルがディジタル値とされた音声ディジタル信号（以下音声信号と記す）ｓ［ｎ］はこの種の一般的な符号化器と同様に５ミリ秒から２０ミリ秒の単位のフレームにフレーム分割部１２で分割され、（ｎは離散的時刻）つまりＮサンプルごと、例えば３２ｋＨｚサンプリングの音声信号であれば、Ｎ＝１６０サンプルからＮ＝６４０サンプルごとに分割される。更に帯域分割部１６で帯域通過フィルタを用いてＦ個の複数帯域に分割されブロックとされる。この帯域の分割方法は、音声信号ｓ［ｎ］が例えば１６ｋＨｚサンプリングであれば上下各４ｋＨｚ帯域（Ｆ＝２）に分割し、３２ｋＨｚサンプリングであればＦ＝３で０〜４ｋＨｚ帯域と、４ｋＨｚ〜８ｋＨｚ帯域と、８ｋＨｚ〜１６ｋＨｚ帯域というようにウェーブレットで分割しても良いし、Ｆ＝４で総て等間隔に各４ｋＨｚ帯域に分割しても良い。各フレームごとに帯域分割された各ブロックの音声信号は個々の符号化器で、固定時間長（フレーム）ごとに符号化される。このときの音声ブロック（パケット）の分割イメージを図１３に示す。図１３の例はＦ＝３でフレームごとに各帯域の信号がそれぞれブロック（パケット）とされ、フレームごとに３つのブロック（パケット）が生成されることになる。
図１２に示す例では音声信号を上、下２帯域に分割し、２つのブロックとした場合で、分離された低域音声信号ｓ１［ｎ］、高域音声信号ｓ２［ｎ］はそれぞれ低域符号化部１３Ｌ  、高域符号化部１３Ｈ  で符号化される。また低域音声信号ｓ１［ｎ］、高域音声信号ｓ２［ｎ］はそれぞれ低域優先度決定部１４Ｌ  、高域優先度決定部１４Ｈ  に入力され、ブロックごとのパケット優先度がそれぞれ決定される。
【０００７】
低域優先度決定部１４Ｌ  の具体例を図１４に示す。そのｉ番目のフレームの低域帯域のブロック（１，ｉ）の音声信号ｓ１［ｎ］の特徴量を、複数の説明変数生成部１４１Ｌ  ，１４２Ｌ  ，１４３Ｌ  でそれぞれ説明変数ｘ１［１，ｉ］，ｘ２［１，ｉ］，ｘ３［１，ｉ］として生成する。ｉ番目の低域帯域の処理ブロック（１，ｉ）の説明変数ｘｊ［１，ｉ］として、そのブロックの音声信号ｓ１［ｎ］を入力して、その絶対電力を説明変数生成部１４１Ｌ  で次式（１）を計算して求める。
2004328354.tif 000003
あるいは、次式（２）に示すように絶対電力の対数表現としてｘ１［１，ｉ］を求める。
2004328354.tif 000004
説明変数生成部１４２Ｌ  では説明変数生成部１４１よりの説明変数ｘ１［１，ｉ］と、前フレーム（ｉ−１）の低域ブロック（１，ｉ−１）の説明変数ｘ１［１，ｉ−１］を入力して現フレームの電力の前フレームの電力に対する比を次式（３）により計算して説明変数ｘ２［１，ｉ］を出力する。
ｘ２［１，ｉ］＝ｘ１［１，ｉ］／（ｘ１［１，ｉ−１］）      （３）
前フレームのそのブロックの説明変数ｘ１［１，ｉ−１］を前フレームバッファ１４２ａに格納しておき、式（３）の計算を計算部１４２ｂで行い、現フレームのブロック（１，ｉ）の説明変数ｘ１［１，ｉ］で前フレームバッファ１４２ａに保持する説明変数を更新する。
【０００８】
更に説明変数生成部１４３Ｌ  では音声信号ｓ１［ｎ］を入力して、その自己相関関数（ρ［ｎ］）の最大値（周期性）を次式（４）により計算して説明変数ｘ３［１，ｉ］とする。
ｘ３［１，ｉ］＝ｍａｘ（ρｉ［ｋ］）                        （４）
ここで正規化された自己相関関数ρ［ｎ］は、次式（５）を用いて計算する。
2004328354.tif 000005
ｋは１，２，…とし、ｋの最大値は音声信号ｓ［ｎ］のピッチ周期相当程度とする。この時、自己相関関数をアップサンプリングして、つまり補間してより正確な値を計算するようにした方が良い結果が得られる。
これら求めた説明変数ｘ１［１，ｉ］，ｘ２［１，ｉ］，ｘ３［１，ｉ］を指標値計算部１４４Ｌ  で線形結合して指標値ｙ［１，ｉ］を求める。つまり例えば次式（６）、（７）を計算する。
2004328354.tif 000006
ｘｊ［１，ｉ］＾は説明変数ｘｊの確率分布の平均を０、分散を１に正規化したもの、つまり次式（７）で求まる。
ｘｊ［１，ｉ］＾＝（ｘｊ［１，ｉ］−ｘｊ′）／γｊ        （７）
ｘｊ′，γｊはそれぞれ説明変数ｘｊの平均値、標準偏差である。
【０００９】
これらの線形結合係数α０〜α３は重回帰分析（例えば奥野忠一他：多変量解析法（改訂版），日科技連，１９８１参照）を用いて事前に最適化した偏回帰係数値を用いる。例えば１つのパケット（ブロック）を消失させたときの受聴者が主観評価したＭＯＳ値をｙ［１，ｉ］′とした時、このｙ［１，ｉ］′と、式（６）により計算された指標値ｙ［１，ｉ］との誤差が最小となるように、最小自乗法を用いて、係数αｊを求める。α０はＭＯＳ値１〜５の平均値である。ここでＭＯＳ値１は「非常に悪い」、ＭＯＳ値５は「非常に良い」と対応する。
係数α０〜α３は、このように決められるから、αｊの絶対値が大きいことはその説明変数（特徴量）がパケット（ブロック）消失時の主観評価品質に大きく影響し、αｊの絶対値が小さければその説明変数（特徴量）はパケット（ブロック）消失時の主観評価品質への影響が比較的小さいことになる。つまり主観評価品質への影響度が大きい程、係数αｊが大きくなるようにαｊが決定されている。また指標値ｙ［１，ｉ］は複数の説明変数（特徴量）ｘ１［１，ｉ］〜ｘ３［１，ｉ］を係数α１〜α３を用いて線形結合させたものであるから、１つの説明変数（特徴量）のみにて、パケット（ブロック）消失の主観評価品質に与える影響の程度よりも、より正しく、影響の程度を示すことになる。主観評価品質に対して大きく影響を与えるブロック、この場合音声であるから聴感的に重要なものは指標値ｙ［１，ｉ］が小さくなり、重要でないものは指標値が大きくなる傾向になる。
【００１０】
図１４中の指標値計算部１４４Ｌ  において、各説明変数ｘ１〜ｘ３はそれぞれ正規化部１４４ａ１〜１４４ａ３で正規化され、正規化説明変数ｘ１＾〜ｘ３＾は乗算部１４４ｂ１〜１４４ｂ３で係数α１〜α３がそれぞれ乗算され、これら乗算結果と定数α０は加算部１４４ｃ１，１４４ｃ２により加算されて指標値ｙ［１，ｉ］が出力される。
こうして求められた指標値ｙ［１，ｉ］は、量子化部１４５Ｌ  でスカラ量子化され、離散的な値、例えば０，１，…，７の何れかの値の優先度ｐ［１，ｉ］が出力される。つまり一般的に指標値の小さいブロック（パケット）は高優先度のものへ、大きいものは低優先度のものへと写像する。写像は以下のような関数で表わすことができる。
ｐ［１，ｉ］＝ｆ（ｙ［１，ｉ］）                            （８）
このとき用いる写像関数ｆ（ｙ）は、パケットを総優先度ステップ数に写像するスカラ量子化を用いればよい。このときの量子化のしきい値は、指標値ｙ［１，ｉ］を等確率で分割する方法や、指標値ｙ［１，ｉ］の範囲を等分割するなどの方法がある。
【００１１】
同様にして高域優先度決定部１４Ｈ  で指標値
2004328354.tif 000007
が計算され、更に優先度ｐ［２，ｉ］＝ｆ２（ｙ［２，ｉ］）が出力される。パケット送出部１５は、低域符号化部１３Ｌ  よりの符号化符号Ｐ［１，ｉ］と優先度ｐ［１，ｉ］が１つのパケットとして、また符号化部１３Ｈ  よりの符号化符号Ｐ［２，ｉ］と優先度ｐ［２，ｉ］が１つのパケットとして送出される。
なお一般にＦ個に帯域分割された場合、ｉ番目フレームｆ番目帯域のブロック（ｆ，ｉ）の指標値ｙ［ｆ，ｉ］は
2004328354.tif 000008
により計算され、優先度ｐ［ｆ，ｉ］はｆｆ（ｙ［ｆ，ｉ］）により求められる。
【００１２】
【非特許文献１】
ＩＥＴＦ−ＲＦＣ２４７４：Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｆｉｅｌｄ（ＤＳ  Ｆｉｅｌｄ）ｉｎ  ｔｈｅ  ＩＰｖ４  ａｎｄ  ＩＰｖ６  Ｈｅａｄｅｒｓ，１９９８．
【非特許文献２】
ＩＥＴＦ−ＲＦＣ２４７５：Ａｎ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，１９９８．
【非特許文献３】
森  岳至  他３名著  「パケット通信向け低遅延広帯域音声符号化法の検討」電子情報通信学会  ２００３年春季全国大会予稿集  第１分冊  ３２７−３２８頁
【非特許文献４】
池戸  丈太朗  他５名著  「等間隔パルス列による雑音励振源符号帳」  電子情報通信学会  ２００３年春季全国大会予稿集  第１７３頁
【非特許文献５】
森永  徹  他２名著  「時間および帯域分割された音声ブロックの聴覚的重要度について」  音響学会２００３年春季全国大会予稿集  第１７８頁
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ＤｉｆｆＳｅｒｖの問題点は、高優先度のトラヒックの割合いが多い状態で輻輳が起きた場合であり、そのような時には高優先度のパケットでも破棄されるという状態が起きてしまう。今後、音声や動画伝送などのリアルタイム性を要求されるトラヒックが増加すればそのような状態になることは容易に類推できる。こうしたとき、音声の場合、従来技術のＶＡＤやボイススイッチを用いると判別誤りが起きる可能性があるため、品質劣化が起きる可能性がある。また無声部分は一切伝送されないため、臨場感のある通信は望めない。
また従来のＶｏＩＰによる音声伝送では、通常２０ｍｓという時間ブロックごとに符号化処理などを行って１つのパケットとしてまとめて伝送する。２０ｍｓという時間は子音の音素をまるごと含むことができるほどの長さであり、そのパケット損失が発生した場合、音素そのものが損失してしまい会話が不明瞭となる。
また、先に述べた非特許文献５に示す技術では優先度が低いパケットを破棄しても聴感的な品質の劣化が少ないが、パケットにはヘッダ情報が付加されるため、１つのブロックを１パケットに対応づけて伝送することになり、効率が悪く、このヘッダのオーバーヘッドによるトラヒックの増加が問題になる。例えばＩＰネットワークはヘッダが非常に大きく、圧縮効率の良い符号化方式を用いると、１ブロックの情報の符号化符号に対して、オーバーヘッドになってしまう。具体的にはＩＰ＋ＵＤＰ＋ＲＴＰによるパケットの場合、ヘッダは合計４０バイト以上になり、一方、符号化符号は８ｋｂｉｔ／ｓのビットレートとすると、２０ｍｓおきに出力される符号は２０バイトであり、ヘッダはペイロードの２０倍となる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明のパケット送出方法の一面によればディジタル信号をフレームごとに複数の帯域又は／及び品質のブロックに分割し、各ブロックごとのディジタル信号を符号化すると共に、優先度を決定し、所定フレーム数ごとに、同一優先度のブロックの符号をそのブロックのその所定フレーム数内における位置情報と共にまとめて１つのパケットとして送出する。
この発明のパケット受信再生方法の一面によれば、受信した互いに優先度の異なる複数のパケットのペイロードを各位置情報に基づき、複数フレームごとの区間内の帯域又は／品質分割されたブロック対応の符号を復号化し、これら復号化信号を合成して上記区間の再生信号を得る。
【００１５】
この発明のパケット送出方法の他面によれば送信端末において、ディジタル信号をフレームごとに複数の帯域又は／及びブロックに分割し、各ブロックごとにそのディジタル信号を符号化すると共にそのディジタル信号の状態に応じて優先度を決定し、所定フレーム数ごとに同一優先度のブロックの符号化符号とブロックの位置情報を１つのパケットに集約して送信し、基幹網への入側装置において、複数の送信端末から送信されたパケットを優先度毎に集約して優先度毎に１つの大きな集約パケットを構築して上記基幹網へ伝送させる。
この発明のパケット受信再生方法の他面によれば基幹網の出側装置において、到着した各集約パケットのペイロードを、受信端末ごとに分解して、それぞれ１つのパケットとして再構成し、その再構成されたパケットをそれぞれ対応受信端末へ送信し、各受信端末において、各パケットをブロックごとに分解し、その符号化符号をそのブロック位置情報及び優先度に応じて復号化すると共に同一フレームのディジタル信号として合成した信号を再生する。
【００１６】
音声や動画が必ずしも聴感および視覚的に重要な情報を常に伝送しているわけではないことに着目した。例えば、音声の無音や高域部分は必ずしも常に伝送していなくとも品質への影響は少ない。また、動画でも画像状態にあまり変化がない場合、間の画像を間引いても視覚的な影響は少ない。つまり、この仕組みを更に効率良く音声動画通信で利用するために、ディジタル信号を品質や周波数帯域で分割したブロックごとに符号化し、つまりスケーラブル符号化し、各ブロックごとの符号化符号に優先度を付与し、その同じ優先度のついたブロックを１つのパケットに集約することによって伝送する。このとき、優先度は従来のようにフロー毎に一意に定まるのではなく、音声や動画像の状態に応じて動的に変化する。
前記優先度としては、ディジタル信号をフレームごとに分割し、その分割されたフレームごとのディジタル信号を符号化し、上記符号化に基づく特徴量又は／及び上記ディジタル信号の特徴量を説明変数として求め、上記説明変数の複数個を線形結合して指標値を求め、その指標値を量子化して優先度とすることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ネットワーク的に遠距離にある端末間のパケット通信は基幹網を経由して行われる。ここでネットワーク的に遠距離とは、物理的な距離と対応されず、伝送される際にパケットが経由するノードの数が多いことである。
図１にこの発明が適用されるシステム構成例を示す。基幹網１００には他の通信網から通信を受信する入側装置（ゲートウェイ）１１０、他の通信網へ通信を送出する出側装置１２０，１３０が設けられている。他の通信網からの通信を受信し、他の通信網への通信を送出する両機能を備える装置（ゲートウェイ）もある。入側装置１１０は複数の端末２１０，２２０，２３０と接続することができ、出側装置１２０は端末２４０，２５０と接続することができ、出側装置１３０は端末２６０と、また他の基幹網１４０と接続することができる。
【００１８】
入側装置１１０では例えば図２に示すように端末２１０，２２０，２３０から受信したパケットは分配部１１１で優先度ごとに分配されて優先度別バッファ１１２１  ，…，１１２４  に格納される。この例では優先度ｐが１〜４の場合である。これら分配された優先度ごとのパケットの複数個が１つのパケットに集約パケットとして、パケット構築部１１３１  ，…，１１３４  で集約構築される。その際に、各集約パケットは、その元のパケットの少なくとも送信元情報と受信先（宛先）情報を含む個別ヘッダＨＰ  とそのパケットのペイロードとが組とされ、１つの集約パケットに、基幹網１００内の伝送に必要とする基幹網ヘッダＨＳ  が付けられる。
【００１９】
例えば図３Ａに示すように、端末２１０から端末２４０への優先度ｐが１〜４のパケットＰＡＤ１  ，…，ＰＡＤ４  、端末２２０から端末２５０への優先度ｐが１〜４のパケットＰＢＥ１  ，…，ＰＢＥ４  、端末２３０から端末２６０への優先度ｐが１〜４のパケットＰＣＦ１  ，…，ＰＣＦ４  を受信したとする。優先度ｐが１のパケットを集約した集約パケットＳＰを構築するパケット構築部１１３１  では、優先度別バッファ１１２１  からパケットＰＡＤ１  、パケットＰＢＥ１  、パケットＰＣＦ１  を取り出し、基幹網１００内の同一の出側装置１２０へ伝送させるものを集め、個別ヘッダ生成部１１３ａで端末２４０への受信先情報を含む個別ヘッダＨＰＤを生成し、この個別ヘッダＨＰＤと、パケットＰＡＤ１  のペイロードとの組を作り、同様に端末２５０への受信先情報を含む個別ヘッダＨＰＥとパケットＰＢＥ１  のペイロードとの組を作り、以下同様に図に示していないが、個別ヘッダとペイロードとの組を作る。
図３Ｂに示すように、これらの個別ヘッダをペイロードの組を集めて１つのペイロード（集約ペイロード）としてこれに対し、基幹網１００内を入側装置１１０から出側装置１２０への伝送に必要な基幹網ヘッダＨＳ１をＩＰヘッダ生成部１１３ｂで生成して付けて１つの集約パケットＳＰ１２，１を構築する。この基幹網ヘッダＨＳ１には優先度ｐが１であることを示す情報も含まれている。
【００２０】
他のパケット構築部１１３２  ，…，１１３４  においても、それぞれ優先度ｐが２，…，４のパケットについて、各個別ヘッダＨＰ  とペイロードの組を集約し、基幹網ヘッダＨＳ１，ＨＳ４をそれぞれ付けた集約パケットＳＰ１２，２，…，ＳＰ１２，４を構築する。
基幹網１００を入側装置１１０から出側装置１３０へ伝送させるパケットＰＣＦ１  ，…，ＰＣＦ４  なども、それぞれ同一優先度のものを集め、その個別ヘッダとペイロードの組を集約ペイロードとし、これに基幹網ヘッダＨＳ  を付けて集約パケットＳＰ１３，１などを構築する。これらの集約パケットＳＰは送信部１１４より基幹網１００内に送信される。個別ヘッダＨｐは受信先情報と送信元情報よりなるため、６４バイト程度でよく、基幹網ヘッダＨｓは前述したように例えば２００バイト以上であり、これと比較して個別ヘッダＨｐの情報量は可成り小さく、ディジタル信号をその各ブロックごとの符号のパケットとして伝送する場合と比較してヘッダのオーバーヘッドによるトラヒックの増加は著しく改善されることになる。
更にこの実施形態では各端末から送信されるパケットＰＡＤ，ＰＢＥ，ＰＣＦなどはそれぞれディジタル信号がスケーラブル符号化され、所定区間ごとに同一優先度の信号ブロック符号をまとめて１つのパケットとしたものである。
【００２１】
例えば図４に示すようにフレーム分割された音声信号を、Ｆ個の帯域に帯域分割部１６で分割し、これら１〜Ｆ番目の帯域信号をそれぞれ符号化部１３１  〜１３Ｆ  で符号化すると共に優先度決定部１４１  〜１４Ｆ  でそれぞれ優先度を決定する。これら符号化符号Ｐ［１，ｉ］〜Ｐ［Ｆ，ｉ］と優先度ｐ［１，ｉ］〜ｐ［Ｆ，ｉ］をパケット集約部１９に供給し、所定フレーム数ごとに、同一優先度の符号をまとめて、１つのパケットとして、送出部１５より送出する。
入力音声信号ｓ［ｎ］を例えばウェーブレット分析を用いた０−４ｋＨｚ，４ｋＨｚ−８ｋＨｚ，８−１６ｋＨｚのＦ＝３帯域に分割し、５ｍｓで時間方向に分割し、時間２０ｍｓごとにパケット送出するものとする。各パケット送出番号ｔにおけるフレーム番号ｉ＝１，…，４とし、フレーム番号ｉの帯域番号ｆの信号ブロックの符号化符号をＰ［ｆ，ｉ］と、優先度をｐ［ｆ，ｉ］とそれぞれ表わす。各第ｔ番目の送出区間における各ブロックの符号Ｐ［ｆ，ｉ］と優先度ｐ［ｆ，ｉ］が図５Ａに示すようになった場合パケット集約部１９では図５Ｂに示すように、同じ優先度をもつブロックをそれぞれ集約してその優先度の情報を含むヘッダを持つ１つのパケットとする。この例では優先度ｐ＝４のブロック（１，２）及び（１，３）の符号Ｐ［１，２］，Ｐ［１，３］をまとめ、かつその各符号Ｐ［１，２］，Ｐ［１，３］の帯域−時間座標上の位置情報、つまり所定複数フレーム内のブロックの位置情報（１，２），（１，３）を優先度ｐ＝４の情報を含むヘッダを付けたパケットに組み込む。優先度ｐ＝３のパケットには符号Ｐ［２，２］，Ｐ［１，４］とその位置情報（２，２），（１，４）を組み込み、優先度３の情報を含むヘッダを付けて１つのパケットとする。以下同様に同一優先度の符号をまとめ、その位置情報と共に１つのパケットとして組み込む。
【００２２】
こうして同一の優先順位をもつ符号が集約されたパケットは、この例では２０ｍｓ毎にネットワークへと送出される。このとき、ネットワークの状況に応じて、優先度が低いパケットは品質への影響が少ないので、送出しなくても良い。また、ネットワークの各ノードにおいてトラフィックの混雑状況に応じて低い優先度のパケットは破棄されても通信品質への影響は最小限に留められる。
基幹網１００内を伝送され、出側装置１２０に受信された集約パケットＳＰは例えば図６に示すように、パケット分解部１２１でそのペイロードは各受信端末ごとに分解され、その分解されたペイロードをペイロードとし、これにヘッダＨを付けて各１つのパケットにパケット再構成部１２２で行って、対応端末へ送信部１２３により送信する。
例えば図３に示した例では、図７Ａに示す集約パケットＳＰ１２，１，…，ＳＰ１２，４が出側装置１２０に受信される。集約パケットＳＰ１２，１はそのペイロードはその各個別ヘッダＨＰＥに基づき、図７Ｂに示すように受信先情報が端末２４０に対する情報、つまり図３Ａ中のパケットＰＡＤ１  のペイロードと、受信先情報が端末２５０に対する情報、つまり図３Ａ中のパケットＰＢＥ１  のペイロードに分解され、端末２２０への情報に、その集約パケットＳＰ１２，１の優先度を含むヘッダを付けてパケットＰＡＤ１  を再構成し、また端末２３０への情報にヘッダを付けてパケットＰＢＥ１  を再構成する。
【００２３】
前述したように、この実施形態では、端末から送出されるパケットは同一優先度のブロック符号がまとめられたものである。従って受信端末において図８に示すようにパケット分解部２１でｔ番目の送出区間の全てのパケット、図５の場合は優先度ｐ＝１〜ｐ＝４の４つのパケットＰ［１，ｔ］〜Ｐ［４，ｔ］を図５に示した組み立てと逆の手順を経て帯域−時間座標上に再構成し、各帯域符号Ｐ［１，ｉ］〜Ｐ［Ｆ，ｉ］を復号化部２２１  〜２２Ｆ  でそれぞれ帯域音声復号に復号する。このとき、受信側に到達しなかった低い優先度の符号がある場合は、基本的にはその符号に対する復号化部の動作を停止する。高優先度の符号が到達しない場合は、フレーム（ブロック）消失対策をブロック消失補償部２３１  〜２３Ｆ  の対応する部分で行い、品質低下を避ける。このようにして復号され、必要に応じて消失補償された各帯域音声信号は帯域合成部２４で合成されて再生音声信号ｓ［ｎ］として出力される。なおパケット分解部２１よりブロック消失情報がブロック消失補償部２３１  〜２３Ｆ  へ供給されている。このブロック消失補償は公知の技術により行えばよい。
【００２４】
変形例
図１２に示したように帯域分割してブロックとする場合、その説明変数として更に、４［１，ｉ］を加えてもよい。即ち図１４中に破線で示すように説明変数生成部１４６Ｌ  でこの帯域の絶対電力ｘ１［ｆ，ｉ］と、他帯域の絶対電力とが入力されてこの帯域の絶対電力の総電力に対する比が次式（９）により計算され、説明変数ｘ４［ｆ，ｉ］として出力される。
2004328354.tif 000009
図１４の例ではＦ＝２であるから、低域のｘ１［１，ｉ］と高域のｘ１［２，ｉ］により
ｘ４［１，ｉ］＝ｘ１［１，ｉ］／（ｘ１［１，ｉ］＋ｘ１［２，ｉ］）
が計算される。
指標値計算部１４４Ｌ  で説明変数ｘ１［１，ｉ］，ｘ２［１，ｉ］，ｘ３［１，ｉ］，ｘ４［１，ｉ］が線形結合され、次式による指標値ｙ［１，ｉ］が計算され、更に量子化されて優先度ｐ［１，ｉ］が出力される。
2004328354.tif 000010
ブロック分割は品質に基づき行ってもよい。この場合の音声ブロック（パケット）の分割イメージは図１３中に括弧書きで品質ｑとフレームとの関係を示すようになる。またＱ＝２段構成の、一般的な固定処理時間単位で音声信号を符号化する場合の機能構成を図９に示す。
【００２５】
音声信号ｓ［ｎ］はフレーム分割部１２でフレーム単位で分割され、１段目符号化部１３１  でフレームごとに符号化されると共に１段目優先度決定部１４１  で優先度ｐ［１，ｉ］が決定される。１段目符号化部１３１  よりの符号化符号Ｐ［１，ｉ］は１段目復号化部１７１  で復号化され、この復号化信号が音声信号から減算部１８１  で差し引かれて、１段目の残差信号（符号化誤差信号）ｅ１［ｎ］が生成される。この残差信号は２段目符号化部１３２  でフレームごとに符号化されると共に２段目優先度決定部１４２  で優先度ｐ２［２，ｉ］が決定される。２段目符号化部１３２  よりの符号化符号Ｐ［２，ｉ］は２段目復号化部１７２  で復号化され、その復号化信号が、１段目の残差信号ｅ１［ｎ］から減算部１８２  で差し引かれて２段目残差信号ｅ２［ｎ］が生成される。
１段目優先度決定部１４１  の具体例を図１０に示す。図１４に示した優先度決定部１４Ｌ  と同様に、絶対電力の説明変数ｘ１［１，ｉ］と前フレーム電力比の説明変数ｘ２［１，ｉ］と、自己相関関数最大値の説明変数ｘ３［１，ｉ］とがそれぞれ説明変数生成部１４１１  と１４２１  と１４３１  で生成される。更に説明変数生成部１４で符号Ｐ［１，ｉ］の品質、例えば信号に対する雑音比が説明変数ｘ５［１，ｉ］として生成される。即ち信号電力計算部１４７ａでＳ＝Σｎ＝１Ｎｓ［Ｎｉ＋ｎ］２  が計算され、また雑音計算部１４７ｂでＥ＝Σｎ＝１Ｎｅ１［Ｎｉ＋ｎ］２が計算され、これらの比の対数ｌｏｇ１０  Ｅ／Ｓが対数割算部１４７ｃで計算され、その結果が説明変数ｘ５［１，ｉ］として出力される。
【００２６】
これら４個の説明変数は指標計算部１４４１  で線形結合されて指標値ｙ［１，ｉ］が計算される。例えば先の場合と同様に正規化部１４４ａｊ（ｊ＝１，…，４）で説明変数ｘｊ［１，ｉ］がそれぞれ正規化され、その正規化値ｘｊ［１，ｉ］＾が線形結合ｙ［１，ｉ］＝α０＋Σｊ＝１４αｊｘｊ［１，ｉ］＾，ｘｊ［１，ｉ］＾＝（ｘｊ［１，ｉ］−ｘｊ［１］′）γｊされる。この指標値ｙ［１，ｉ］は量子化部１４５１  で量子化され、１段目優先度ｐ［１，ｉ］が出力される。
２段目優先度ｐ［２，ｉ］も同様に求められる。この場合は図７中に括弧書きで示しているように、１段目残差信号ｅ１［ｎ］の代りに２段目残差信号ｅ２［ｎ］がそれぞれ入力され、これら信号に対して同様に処理され、２段目優先度ｐ［２，ｉ］が出力される。
【００２７】
パケット送出部１５（図６）では１段目符号Ｐ［１，ｉ］と優先度ｐ［１，ｉ］を１つのパケットとし、２段目符号Ｐ［２，ｉ］と優先度ｐ［２，ｉ］を１つのパケットとして出力する。
この説明変数ｘ５［ｑ，ｉ］（ｑ＝１，２，…，Ｑ）は、符号化に基づく特徴量といえる。これを求める計算式は一般的に示すと以下となる。
ｘ５［ｑ，ｉ］＝ｌｏｇ１０（Σｎ＝１Ｎｅｑ［Ｎｉ＋ｎ］２  ／Σｎ＝１Ｎｓ［Ｎｉ＋ｎ］２）
この場合の線形結合係数α５は−０．１程度が考えられる。ｑが大きいものは高品質の信号の再生には必要であるが、トラヒックが輻輳している状態では品質よりも伝送される情報の意味内容がより重要であるから、ｑが大きいパケットはｘ５［ｑ，ｉ］が小さくなり、かつα５が比較的小さいから優先度にあまり関与しないようになる。
【００２８】
一般的なスケーラブル複数帯域符号化器の場合は、説明変数ｘ１［ｆ，ｉ］，ｘ２［ｆ，ｉ］，ｘ３［ｆ，ｉ］，ｘ４［ｆ，ｉ］，ｘ５［ｑ，ｉ］を用いて指標値ｙ［ｆ，ｑ，ｉ］の演算を行なう。このときの音声ブロック（パケット）の分割イメージを図１１に示す。
つまり各種サンプリング周波数、各種サンプル量子化精度（振幅ビット数）の組合せをもつ各品質の音声信号に符号化する、いわゆるスケーラブル符号化の場合で、図１１はサンプリング周波数は３段階、量子化精度（品質）も３段階とした場合で周波数帯域がｆ＝１，ｆ＝２，ｆ＝３の３帯域に分割され、振幅ビット長がｑ＝１，ｑ＝２，ｑ＝３の３領域に分割され、互いに直交する周波数軸（帯域番号）と品質軸（振幅ビット分割番号）と時間軸（フレーム番号）で表わされていた３次元空間における１つの信号ブロック（パケット）として［ｆ，ｑ，ｉ］で識別される。
この場合の各説明変数はそれぞれ次式で求める。帯域ｆ、品質（ビット分割番号）ｑの音声信号をｓｆｑと表わす。
2004328354.tif 000011
【００２９】
このようにして決定された優先度ｐ［ｆ，ｑ，ｉ］と対応する符号化符号Ｐ［ｆ，ｑ，ｉ］とを１つの組とする。この場合も所定のフレーム数ごとに、同一優先度のブロック符号をその位置情報と共にまとめて１つのパケットとして送出する。
上述ではこの発明を音声信号に適用したが、音楽信号、映像信号にも適用できる。また符号化に基づく特徴量の説明変数としては次のものなども考えられる。例えば、予測符号化を用いた音声符号化器によっては語頭などのパケットが破棄されると、その後の音声品質（ＳＮ比）が著しく劣化する可能性がある。そのような破棄されることによって伝播するＳＮ比の劣化も説明変数ｘｊ（ｍ，ｉ）としてもよい。音声信号の特徴量の説明変数、符号化に基づく特徴量の説明変数の何れも上述した例に限らず、各種のものを使用することができる。
上述した端末、入側装置、出側装置はコンピュータにより機能させることもできる。その場合はその装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスクなどの記録媒体から当該装置のコンピュータにインストールし、あるいは通信回線を介してダウンロードして実行させればよい。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によればパケットに優先度を付けて伝送するため、ネットワークに輻輳が起きていない場合は通常の通信と同じように品質は最高品質で伝送が可能となる。これに対し、ネットワークに輻輳が起きた場合、優先度の低いパケットは破棄が起きるが品質の劣化は最低限に抑えることも可能である。こうすることによって全体的にネットワークの効率的な利用が可能となる。このような仕組には、狭帯域音声通信ではペイロードがヘッダより小さいためヘッダなどのオーバーヘッドをある程度考慮する必要があるが、ネットワーク側で集約や分配をヘッダのオーバヘッドによるトラヒックの増加が抑圧される。また、広帯域楽音通信や動画通信はパケットのペイロードの大きさがヘッダよりも大きくなるので、集約や分配の仕組を使わなくともネットワークを有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明が適用されるネットワークの例を示す図。
【図２】図１中の入側装置１１０の機能構成例を示す図。
【図３】図１中の入側装置１１０における複数の受信パケットと集約した集約パケットの例を示す図。
【図４】端末におけるパケット送出装置の機能構成例を示す図。
【図５】図４中のパケット集約部１９における集約の様子の例を示す図。
【図６】図１中の出側装置１２０の機能構成例を示す図。
【図７】出側装置における集約パケットと分解再生成されたパケットの例を示す図。
【図８】端末におけるパケット受信装置の機能構成例を示す図。
【図９】パケット送出装置の他の機能構成例を示すブロック図。
【図１０】図９中の１段目優先度決定部１４１  の具体的機能構成例を示すブロック図。
【図１１】品質−帯域−時間の３次元座標に信号をブロック分割する例を示す図。
【図１２】従来のパケット送出装置の機能構成例を示すブロック図。
【図１３】帯域−時間の２次元座標に信号をブロック分割する例を示す図。
【図１４】図１２中の低域優先度決定部１４Ｌ  の具体的機能構成例を示すブロック図。
【図１】
2004328354.tif 000012
【図２】
2004328354.tif 000013
【図３】
2004328354.tif 000014
【図４】
2004328354.tif 000015
【図５】
2004328354.tif 000016
【図６】
2004328354.tif 000017
【図７】
2004328354.tif 000018
【図８】
2004328354.tif 000019
【図９】
2004328354.tif 000020
【図１０】
2004328354.tif 000021
【図１１】
2004328354.tif 000022
【図１２】
2004328354.tif 000023
【図１３】
2004328354.tif 000024
【図１４】
2004328354.tif 000025