(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声パケット損失を補償する方法であって、
損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出するステップと、
前記受信された音声データのうち最後に受信された正常な音声データのフレームの後方位相を計算するステップであって、前記後方位相は、前記正常な音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である、ステップと、
前記損失フレームの前方位相を計算するステップであって、前記前方位相は、前記受信された音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、前記ピッチ周期と前記後方位相との差に等しい、ステップと、
前記損失フレームの前方位相を計算した後、前記受信された音声データの位相変化の値により、前記前方位相を補正するステップと、
前記受信された音声データから、最後のフレームの位相が前記補正された前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込むステップと、
前記受信された音声データの位相変化の値により前記前方位相を補正するステップは、前記前方位相と、前記最後のフレームの前の２つのフレームの前方位相間の差分とを加える、前記前方位相の補正値を求めるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記受信された音声データの位相変化値に従って前記前方位相を補正する前記ステップの後に、
前記補償データの周波数及び振幅を補正するステップ、
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補償データの周波数及び振幅を補正する前記ステップは、
前記最後のフレームの前記前２つのフレームの周波数の差と、現在の周波数とを加え、前記補償データの周波数の補正値を得るステップと、
前記最後のフレームの前記前２つのフレームの振幅の差と、現在の振幅とを加え、前記補償データの振幅の補正値を得るステップと、
を含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記補償データの周波数及び振幅を補正する前記ステップの後に、
補正された補償データを平滑化するステップ、
を含む、
請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
補正された補償データを平滑化する前記ステップは、
前記補償データと前のフレームデータとの間のフレーム遷移部での差分値と、現時点の前記補償データの振幅とに従って、得られた補償データを平滑化するステップ、
を含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
音声パケット損失を補償する装置であって、
損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出するように構成される抽出ユニットと、
前記受信された音声データのうち最後に受信された正常な音声データのフレームの後方位相を計算するように構成される計算ユニットであって、前記後方位相は、前記正常な音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、前記損失フレームの前方位相を計算するようにさらに構成され、前記前方位相は、前記受信された音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、前記ピッチ周期と前記後方位相との差に等しい計算ユニットと、
前記受信された音声データの位相変化の値により前記前方位相を補正するように構成され、補償データの周波数と位相を補正するようにさらに構成された補正ユニットと、
前記受信された音声データから、最後のフレームの位相が前記補正された前方位相と同一であるデータを前記補償データとして取り込むように構成される取込みユニットと、
を備え、
前記計算ユニットは、前記最後のフレームの前２つのフレームの前方位相の差と、前記前方位相とを加え、前記前方位相の補正値を得るようにさらに構成され、
前記計算ユニットは、前記最後のフレームの前記前２つのフレームの周波数の差と、現在の周波数とを加え、前記補償データの前記周波数の補正値を得て、前記最後のフレームの前記前２つのフレームの振幅の差と、現在の振幅とを加え、前記補償データの前記振幅の補正値を得るようにさらに構成される、
装置。
【請求項７】
補正された補償データを平滑化するように構成され、前記補償データと前のフレームデータとの間のフレーム遷移部での差分値と、現時点での前記補償データの振幅とに従って、得られた補償データを平滑化するように構成される処理ユニット、
をさらに備える、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年７月１８日に中国特許庁に出願された「音声パケット損失を補償する方法及び装置（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＲＡＵＳ  ＦＯＲ  ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＮＧ  ＦＯＲ  ＶＯＩＣＥ  ＰＡＣＫＥＴ  ＬＯＳＳ）」という名称の中国特許出願第２０１２１０２４８６８５．２号の優先権を主張し、参照によりその全体を本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、通信技術の分野に関し、詳細には、音声パケット損失を補償する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
インターネット・プロトコル（ＩＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワーク上の伝送プロセスでは、音声パケットは、一般に、リアルタイム・データ伝送を保証するために信頼性の低い伝送モードで伝送される。例えば、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ：Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）伝送モードを使用すると、パケット損失が不可避となる。ネットワーク・パケット損失により生じる音声品質の劣化をどのように低減するかは、ＩＰネットワークを介する音声データ伝送の分野で重要な研究トピックである。
【０００４】
従来技術では、以下の２つの方式が一般に使用される。
【０００５】
解決策１はパケット冗長技術である。すなわち、送信端において同一パケットの複数のコピーが送られる。失われなかったデータのコピーが１つあれば、受信端で元のデータを完全に回復することができる。
【０００６】
解決策２は、前のフレームと次のフレームを合成する技術である。すなわち、失われたパケットの前のフレームと後のフレームに従って、線形予測法を使用して、２つのフレームの予測データが別々に生成される。次いで、これら２つのフレームのデータにより、ハイブリッド加重平滑補間（ｈｙｂｒｉｄ  ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｍｏｏｔｈ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）の過渡処理が行われ、補償データが生成される。
【０００７】
しかし、従来技術の解決策１では、同一のパケットの複数のコピーを送る必要があり、したがってネットワーク帯域幅消費が増し、ネットワーク性能が劣化することがある。さらに、ネットワーク・パケット損失が突然生じ、連続的期間にわたって続くことがあり、送られたデータの複数のコピーがすべて失われることがある。その結果、失われたパケットを受信端で回復することができず、それによって音声品質が低下し、さらにパケット損失による遅延が引き起こされる。従来技術の解決策２では、前のフレームと次のフレームを合成することによって補償パケットが得られるので、次のフレームのデータが受信される場合にしか、補償を実施することができない。連続するパケット損失が生じる場合、補償は効果がなく、したがって比較的長い遅延が引き起こされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、失われた音声パケットを補償するために、音声パケット損失を補償する方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態は、音声パケット損失を補償する方法を提供する。本方法は、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出するステップと、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算するステップであって、当該後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である、ステップと、損失フレームの前方位相を計算するステップであって、当該前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差である、ステップと、受信されたデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込むステップと、を含む。
【００１０】
本発明の一実施形態は、音声パケット損失を補償する装置を提供する。本装置は、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出するように構成される抽出ユニットと、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算するように構成される計算ユニットであって、当該後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、損失フレームの前方位相を計算するようにさらに構成され、当該前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差である、計算ユニットと、受信されたデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込むように構成される取込みユニットと、を有する。
【００１１】
前述の技術的構成から分かるように、本発明の実施形態は以下の利点を有する。フレーム損失が生じると、受信された音声データからピッチ周期が抽出され、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相が計算される。後方位相は、最後の波頂とフレーム・トレーラとの時間差に等しい。また、損失フレームの前方位相が計算される。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。また、受信された正常なデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータが補償データとして取り込まれる。この実施形態から理解することができるように、音声の漸次的に変化するという特徴に基づいて、大まかには、隣接する周期ではピッチ周期の変化傾向が穏やかであると考えられる。これに鑑みて、損失フレームの前方位相が推定され、次いで移相によって補償データが得られることにより、補償データが損失データに近くなり、音声データひずみが低減され、遅延が生じなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による音声波形の略図である。
【図２】本発明の一実施形態による音声パケット損失を補償する方法の略図である。
【図３】本発明の別の実施形態による音声パケット損失を補償する方法の略図である。
【図４】本発明の一実施形態による音声パケット損失を補償する装置の略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による音声パケット損失を補償する装置の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、時間冗長特性を利用して損失音声パケットに関する予測補償を行う、音声パケット損失を補償する方法及び装置を提供する。以下、方法及び装置を別々に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による音声波形の略図である。図に示す前方位相ｔｐは、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期Ｔの波頂との時間間隔であり、後方位相ｔｎは、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期Ｔの波頂との時間間隔である。
【００１５】
話者が発する音声は、周波数及び振幅が継続的に漸次変化する。音声データは、経時的に反復される多量のデータを有し、これは時間冗長特性と呼ばれる。本発明の実施形態における音声パケット損失を補償する方法では、この特徴を利用して損失パケットに関して予測補償が行われる。音声が漸次的に変化するという特徴に基づいて、大まかには、隣接する周期のピッチ周期は同一であるか、又はその変化傾向は穏やかであると考えられる。このことから、損失フレームに最も近い補償データが得られる。
【００１６】
図２を参照すると、本発明の一実施形態による音声パケット損失を補償する方法は以下を含む。
【００１７】
１０１において、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出する。
【００１８】
データ伝送プロセスでは、デバイスが損失フレームを検出したとき、受信された正常な音声データからピッチ周期Ｔを抽出し、音声データ・フレームが失われているかどうかを検出する。パケット損失検出方法は、シーケンス番号の連続性に基づき、従来技術である。本明細書では詳細な説明を省略する。
【００１９】
１０２において、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算する。後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である。
【００２０】
この実施形態では、図１のｔｎが後方位相であり、後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期Ｔの波頂との時間間隔である。したがって、後方位相ｔｎを計算することは、受信された音声データの最後のフレームの正常な音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期Ｔの波頂との時間間隔を計算することである。
【００２１】
１０３において、損失フレームの前方位相を計算する。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。すなわち、ｔｐ＝Ｔ−ｔｎである。
【００２２】
１０４において、受信されたデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込む。
【００２３】
補償データを損失データに近づけるために、損失データに最も近く、そのデータ・フレーム位相が前方位相ｔｐであるデータが、受信されたデータから補償データとして取り込まれる。すなわち、最後のフレームの位相が前方位相ｔｐであるデータが、受信されたデータから補償データとして取り込まれる。
【００２４】
なお、補償データは、正常に受信されたデータとしてデータ・バッファ内に格納される。連続するパケット損失が続いて生じる場合、補償データをベンチマーク・データとして、前述のステップ１０１〜１０４に従って補償データを得ることができる。
【００２５】
本発明のこの実施形態では、フレーム損失が生じると、受信された音声データからピッチ周期が抽出され、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相が計算される。後方位相は、最後の波頂とフレーム・トレーラとの間の時間差に等しい。また、損失フレームの前方位相が計算される。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。また、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータが、受信された正常なデータから補償データとして取り込まれる。この実施形態から理解することができるように、音声が漸次的に変化するという特徴に基づいて、大まかには、隣接する周期のピッチ周期が同一であるか、又はその変化傾向が穏やかであると考えられる。これに鑑みて、損失フレームの前方位相が推定され、次いで補償データが移相によって得られることにより、補償データが損失データに近くなり、音声データひずみが低減され、遅延が生じなくなる。
【００２６】
理解しやすいように、以下では別の実施形態を使用して、本発明の実施形態における音声パケット損失を補償する方法を詳細に説明する。図３を参照すると、本発明の別の実施形態による音声パケット損失を補償する方法は以下を含む。
【００２７】
２０１において、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出する。
【００２８】
２０２において、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算する。後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である。
【００２９】
２０３において、損失フレームの前方位相を計算する。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、前方位相の値は、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。
【００３０】
２０４において、受信された音声データの位相変化値に従って前方位相を補正する。
【００３１】
ｔｐの値は、受信された音声データの位相変化値に従って補正される。位相変化値は位相変化傾向を反映する。算出された前方位相ｔｐは、最も近い２つのフレームの前方位相に従って補正される。
【００３２】
さらに一歩進めて、補正方法は以下の通りであってよい。最後のフレームの前２つのフレームの位相の差を、現在の前方位相に加え、現在の前方位相の補正値を得る。具体的には、前２つのフレームの前方位相がそれぞれｔｐ１、ｔｐ２であると仮定すると、補正後の前方位相の値ｔｐ’は、ｔｐ’＝ｔｐ＋（ｔｐ２−ｔｐ１）である。
【００３３】
２０５において、補償データの周波数及び振幅を補正する。
【００３４】
この実施形態では、補償データの周波数及び振幅を補正する方式は、ステップ２０４で補償データの前方位相を補正する方式と同じである。具体的には、受信されたデータの最後のフレームの前２つのフレームの周波数の差と、現在の周波数とを加え、補償データの周波数の補正値を得る。また、受信されたデータの最後のフレームの前２つのフレームの振幅の差と、現在の振幅とを加え、補償データの振幅の補正値を得る。
【００３５】
２０６において、受信されたデータから、最後のフレームの位相が補正後の前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込む。
【００３６】
補償データを損失データに近づけるために、損失データに最も近く、データ・フレーム位相が前方位相ｔｐ’であるデータが、受信されたデータから補償データとして取り込まれる。すなわち、最後のフレームの位相が前方位相ｔｐ’であるデータが、受信されたデータから補償データとして取り込まれる。
【００３７】
２０７において、補償データを平滑化して、最終的な補償データを得る。
【００３８】
得られた補償データは、補償データと前のフレームデータとの間のフレーム遷移部での差分値と、現時点での振幅とに従って、平滑化される。具体的には、補償データの前のフレームの最終点での振幅がＡ０であり、Ｔがデータ・フレームの長さであり、Ｎが調節可能なパラメータ（１≦Ｎ≦１０）であり、ｔがＴ／Ｎまでの時間差（０≦ｔ≦Ｔ／Ｎ）であり、時点ｔにおける補償データの振幅がＡ（ｔ）である。ステップ２０６で得られる補償データの振幅と、前のフレームデータの振幅とでは、２フレームの間のフレーム遷移部において振幅の差分値ΔＡ＝Ａ０−Ａ（０）が存在し、平滑化後のデータの振幅Ａ’（ｔ）は、Ａ’（ｔ）＝Ａ（ｔ）＋（ΔＡ／（Ｔ／Ｎ）×ｔ）である。
【００３９】
なお、補償データは、正常に受信されたデータとしてデータ・バッファ内に格納される。連続するパケット損失が続いて生じる場合、補償データをベンチマーク・データとして、前述のステップ２０１〜２０５に従って補償データを得ることができる。
【００４０】
以下の表は、この実施形態における音声パケット損失を補償する方法に従って音声パケット損失について行われた実際の補償の効果を示す。表に示されているように、平均オピニオン評点（ＭＯＳ：Ｍｅａｎ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  Ｓｃｏｒｅ）が大きく改善される。
【００４１】
【表１】
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音声データの様々なパケット損失率について、ＭＯＳスコアが平均で０．５３増加する。パケット損失率が高くなるほど、利得はより明白となる。
【００４２】
本発明のこの実施形態では、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期が抽出され、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相ｔｎが計算され、損失フレームの前方位相ｔｐが計算され、受信されたデータの位相変化値に従って前方位相ｔｐが補正され、補償データの周波数及び振幅が補正され、最後のフレームの位相が補正後の前方位相ｔｐ’と同一であるデータが、受信されたデータから補償データとして取り込まれ、補償データが平滑化されて最終的な補償データが得られる。補償データに関して前述の処理を行うことにより、補償データは損失データに近づき、ひずみがさらに低減される。
【００４３】
以下では、本発明の一実施形態における音声パケット損失を補償する装置を説明する。図４を参照すると、本発明のこの実施形態による音声パケット損失を補償する装置は、抽出ユニット３０１、計算ユニット３０２及び取込みユニット３０３を有する。
【００４４】
抽出ユニット３０１は、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出するように構成される。
【００４５】
計算ユニット３０２は、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算するように構成される。後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である。
【００４６】
計算ユニット３０２はさらに、損失フレームの前方位相を計算するように構成される。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。
【００４７】
取込みユニット３０３は、受信されたデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込むように構成される。
【００４８】
本発明のこの実施形態では、音声パケット損失を補償する装置に含まれる各ユニットによって実装されるそれぞれの機能の具体的なプロセスについて、図１及び図２に示される前述の実施形態の各ステップの特定の内容を参照することがある。ここでは詳細の説明を省略する。
【００４９】
本発明のこの実施形態では、損失フレームが検出されたとき、抽出ユニット３０１は、受信された音声データからピッチ周期を抽出し、計算ユニット３０２は、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算する。後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である。計算ユニット３０２は、損失フレームの前方位相を計算する。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。取込みユニット３０３は、受信されたデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込む。このように、損失フレームの前方位相が得られ、次いで補償データが移相によって得られることにより、補償データが損失データに近くなり、音声データひずみが低減され、遅延が生じなくなる。
【００５０】
理解しやすいように、本発明の別の実施形態による音声パケット損失を補償する装置の略図を、以下に詳細に説明する。図５を参照すると、本発明のこの実施形態による音声パケット損失を補償する装置は、抽出ユニット４０１、計算ユニット４０２及び取込みユニット４０３を有する。
【００５１】
抽出ユニット４０１は、損失フレームが検出されたとき、受信された音声データからピッチ周期を抽出するように構成される。
【００５２】
計算ユニット４０２は、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算するように構成される。後方位相は、音声データのフレーム・トレーラと最後のピッチ周期の波頂との時間間隔である。
【００５３】
計算ユニット４０２はさらに、損失フレームの前方位相を計算するように構成される。前方位相は、音声データのフレーム・ヘッダと第１のピッチ周期の波頂との時間間隔であり、ピッチ周期と後方位相との差に等しい。
【００５４】
取込みユニット４０３は、受信されたデータから、最後のフレームの位相が前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込むように構成される。
【００５５】
なお、本発明のこの実施形態における音声パケット損失を補償する装置は、
受信されたデータの位相変化値に従って前方位相を補正するように構成される補正ユニット４０４であって、補償データの周波数及び振幅を補正するようにさらに構成される補正ユニット４０４、
をさらに有することができる。
【００５６】
補正方法は特に以下の通りである。計算ユニット４０２が、最後のフレームの前２つのフレームの前方位相の差を前方位相に加えて、前方位相の補正値を得て、
計算ユニット４０２が、最後のフレームの前２つのフレームの周波数の差を現在の周波数に加えて、補償データの周波数の補正値を得て、最後のフレームの前２つのフレームの振幅の差を現在の振幅に加えて、補償データの振幅の補正値を得る。
【００５７】
本発明のこの実施形態における音声パケット損失を補償する装置は、
補正された補償データを平滑化するように構成され、具体的には、補償データと前のフレームデータとの間のフレーム遷移部での差分値と、現時点での振幅とに従って、得られた補償データを平滑化するように構成される処理ユニット４０５、
をさらに有することができる。
【００５８】
本発明のこの実施形態では、音声パケット損失を補償する装置に含まれる各ユニットによって実装されるそれぞれの機能の特定のプロセスについて、図１、図２及び図３に示される前述の実施形態の各ステップの特定の内容を参照することがある。ここでは詳細の説明を省略する。
【００５９】
損失フレームが検出されたとき、抽出ユニット４０１は、受信された音声データからピッチ周期を抽出する。計算ユニット４０２は、受信された最後のフレームの正常な音声データの後方位相を計算し、また、損失フレームの前方位相を計算する。補正ユニット４０４は、受信されたデータの位相変化値に従って前方位相を補正し、また、補償データの周波数及び振幅を補正する。取込みユニット４０３は、受信されたデータから、最後のフレームの位相が補正後の前方位相と同一であるデータを補償データとして取り込む。処理ユニット４０５は、補償データを平滑化して、最終的な補償データを得る。補償データに関する前述の処理を実行することにより、補償データは損失データに近づき、ひずみがさらに低減される。
【００６０】
当業者には当然であるように、実施形態における方法のステップのすべて又は一部は、関連ハードウェアに命令するプログラムによって実装できる。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に格納することができる。記憶媒体は、リード・オンリー・メモリ、磁気ディスク又は光ディスクを含むことができる。
【００６１】
上記では、本発明による音声パケット損失を補償する方法及び装置を詳細に説明した。実装及び適用の範囲に関して、本発明の概念に従って当業者は変更を行うことができる。したがって、本明細書は、本発明に対する限定と解釈されないものとする。
【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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