(57)【要約】【課題】従来は、受信バッファでパケット到着遅延揺らぎの吸収と共に、バッファの溢れや枯渇による再生音声途切れ防止のため、バッファ蓄積量に応じ、サンプルデータの廃棄や挿入で再生速度を変化させるので、サンプルデータ間の不連続による再生音声の品質劣化が生じる。【解決手段】ゆらぎ吸収バッファに受信音声信号を一時保存し、読み出し制御部で、ゆらぎ吸収バッファの保存量に応じて異なる速度で揺らぎ吸収バッファから音声信号を読み出し、０補間部で読み出された音声信号に振幅が０の音声データサンプルを一定量挿入し、その出力を入力し、読み出し制御部の異なる読み出し速度に対応した特性で通過させる複数の低域通過フィルタの出力を読み出し速度に応じて切り替え手段で切り替え、この切り替えられた低域通過フィルタ出力信号のサンプルを等間隔で間引いて出力する間引き部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した音声信号を一時保存するゆらぎ吸収バッファと、ゆらぎ吸収バッファの音声信号蓄積量に応じて異なる速度で揺らぎ吸収バッファから音声信号を読み出す読み出し制御部と、読み出された音声信号に対して振幅が０の音声データサンプルを所定量挿入する０補間部と、０補間部の出力を入力し、上記読み出し制御部の異なる読み出し速度に対応した特性で低域通過させる複数の低域通過フィルタと、上記複数の低域通過フィルタの出力を上記読み出し制御部の読み出し速度に応じて切り替える切り替え手段と、上記読み出し制御部の読み出し速度に応じて切り替えられた上記低域通過フィルタの出力信号のサンプルを等間隔で間引いて出力する間引き部とを備えたことを特徴とする音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置。
【請求項２】
上記切り替え手段は、上記複数の低域通過フィルタの出力に対して、それぞれ係数を乗算する複数の乗算器を備え、それぞれの係数を段階的に変化させる構成にされたことを特徴とする請求項１に記載の音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置。
【請求項３】
上記読み出し制御部による音声信号の読み出し速度が通常の場合は、上記０補間部、上記複数の低域通過フィルタ、上記切り替え部、上記間引き部を経由せずに、ゆらぎ吸収バッファから読み出した音声信号を読み出し制御部から直接出力する経路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音声信号をパケット化して伝送する場合において、パケットの到着遅延揺らぎを吸収する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークの発展により、電話音声信号やファクシミリ信号をＩＰパケット化して伝送するＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  ＩＰ）技術が注目されている。このようなパケット通信においては、ネットワーク上を伝送されるデータ量によってパケットの伝送遅延が変動する。このため、ＶｏＩＰのような音声のリアルタイム通信を行う装置においては、受信パケットの到着遅延揺らぎを吸収する技術が用いられている。
【０００３】
例えば、特開２００２−３３０１８０号公報に示された従来の装置は、受信部、受信バッファ、再生速度判断部、速度バッファ、再生速度制御部、復号化部、出力バッファ、ＤＡＣ（Ｄｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備える。ネットワークから受信されたパケットは、受信部で分解され受信バッファに格納される。受信バッファに蓄積された圧縮符号化情報は復号化部によりディジタル音声データに伸長される。このディジタル音声データは出力バッファに格納されＤＡＣによりアナログ音声信号に変換されて出力される。
【０００４】
再生速度判断部は、受信バッファ内のデータ蓄積量の変化を監視し、変化に応じた再生速度を決定する。再生速度制御部では、再生速度判断部の決定により再生速度を速くする場合、ディジタル音声データの各サンプルデータの振幅を比較し、現サンプルデータと直前のサンプルデータとの振幅の差が所定のしきい値を超えていなければ、現サンプルデータを廃棄する。この廃棄によって再生速度が速くなる。一方、再生速度判断部の決定により再生速度を遅くする場合は、現サンプルデータと直前のサンプルデータとの間に新たなサンプルデータを挿入する。この挿入するサンプルデータの振幅値は、現サンプルデータと直前のサンプルデータの平均値となるようにする。この挿入によって再生速度が遅くなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３０１８０号公報（段落番号［００２７］、［００４８］から［００５１］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来の音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置は、受信バッファによってパケット到着遅延揺らぎを吸収すると共に、この受信バッファに溢れや枯渇が発生して再生音声の途切れが発生するのを防止するため、受信バッファの蓄積量に応じて再生速度を変化させるように構成されている。
即ち、上述の通り、現サンプルデータと直前のサンプルデータとの振幅値の差が所定のしきい値を超えていなければ現サンプルデータを廃棄することによって再生速度を速くする。また、再生速度を遅くする場合は、その振幅が現サンプルデータと直前のサンプルデータの平均値である新たなサンプルデータを挿入する。従って、再生速度を上げる場合、下げる場合のどちらも、音声波形に不連続な点が生じる。このため、再生速度を変化させると、サンプルデータ間の不連続感を伴う再生音声の品質劣化が生じるという課題がある。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、再生速度を変化させても、サンプルデータ間の不連続感を伴わない音声再生が可能な音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置は、受信した音声信号を一時保存するゆらぎ吸収バッファと、ゆらぎ吸収バッファの音声信号蓄積量に応じて異なる速度で揺らぎ吸収バッファから音声信号を読み出す読み出し制御部と、読み出された音声信号に対して振幅が０の音声データサンプルを所定量挿入する０補間部と、０補間部の出力を入力し、上記読み出し制御部の異なる読み出し速度に対応した特性で低域通過させる複数の低域通過フィルタと、上記複数の低域通過フィルタの出力を上記読み出し制御部の読み出し速度に対応して切り替える切り替え手段と、上記読み出し制御部の読み出し速度に応じて切り替えられた上記低域通過フィルタの出力信号のサンプルを等間隔で間引いて出力する間引き部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ゆらぎ吸収バッファの音声信号蓄積量に応じて異なる速度で揺らぎ吸収バッファから音声信号を読み出す読み出し、この音声データの異なる読み出し速度にそれぞれ応じた複数の低域通過フィルタを備え、振幅０のサンプルデータを挿入した音声データに対して低域通過フィルタを通過させて一時的にサンプリング周波数の高い音声データを生成し、そのサンプリング周波数の高い音声データを読み出し速度に応じた間隔で等間隔で間引く処理を行うため、読み出しの速度が速められてもサンプルデータ間の不連続感を伴わない音声再生が可能な音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を得ることが出来るという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を示す構成図である。この音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置は、ネットワーク側から受信された音声データの到着遅延揺らぎを吸収すると共に、必要に応じて音声再生速度を調整し、ローカル側に出力する。
【００１１】
以下図に従い説明する。図１において、ゆらぎ吸収バッファ１はネットワーク側から受信した音声データを一時蓄積し、その蓄積量を読み出し制御部２及び間引き部７に出力する。読み出し制御部２はゆらぎ吸収バッファ１に蓄積された音声データを読み出して０補間部３に出力する。この音声データの読み出し速度は、ゆらぎ吸収バッファ１の蓄積量が大きい場合には速度を速く、蓄積量が少ない場合には速度を遅く（通常の読み出し）する制御が行われる。具体的には、音声データ１サンプル毎の読み出し間隔を、通常の読み出し間隔、通常の８／９の間隔、及び通常の８／１０の間隔にすることで、読み出し速度を制御する。
【００１２】
本装置は８ｋＨｚでサンプリングされた音声データを扱うものとする。従って、通常の読み出し間隔とは、１サンプル当り１／８k秒、すなわち１２５マイクロ秒である。通常の８／９の間隔は１２５×（８／９）＝約１１１．１マイクロ秒、通常より２割短い８／１０間隔は１２５×（８／１０）＝１００マイクロ秒である。
【００１３】
０補間部３は読み出し制御部２から入力した音声データの各サンプルデータ間に振幅が０のデータサンプルを７個挿入し、音声データ量を８倍にする。そして、データ量を８倍にした音声データを低域通過フィルタ４１、４２、４３に出力する。
【００１４】
低域通過フィルタ４１は、０補間部３から入力した音声データの周波数成分の中の高域部分をカットし、乗算器５１に出力する。乗算器５１は低域通過フィルタ４１が出力した音声データに係数αを乗算し、加算部６に出力する。低域通過フィルタ４２と乗算器５２、及び、低域通過フィルタ４３と乗算器５３も、低域通過フィルタ４１と乗算部５１と同様の動作を行う。但し、低域通過フィルタ４１、低域通過フィルタ４２、低域通過フィルタ４３は、それぞれカットする高域周波数のしきい値、すなわちカットオフ周波数が異なり、低域通過フィルタ４１のカットオフ周波数が最も高く、低域通過フィルタ４３のカットオフ周波数が最も低い。低域通過フィルタ４２のカットオフ周波数はその中間である。
また、乗算器５２で低域通過フィルタ４２の出力に乗算される係数はβ、乗算器５３で低域通過フィルタ４３の出力に乗算される係数はγである。
【００１５】
低域通過フィルタ４１、４２、４３は、読み出し速度、すなわち読み出し制御部２の読み出し間隔によって使い分けられる。すなわち、通常の読み出し間隔である１２５マイクロ秒のときには低域通過フィルタ４１の出力を、読み出し間隔が約１１１．１マイクロ秒のときには低域通過フィルタ４２の出力を、読み出し間隔が１００マイクロ秒のときには低域通過フィルタ４３の出力を選択して、間引き部７に音声データを出力する。このため、各係数α、β、γを読み出し間隔に応じて変更する。具体的には、読み出し間隔が１２５マイクロ秒のときにはα＝１、β＝０、γ＝０とし、読み出し間隔が約１１１．１マイクロ秒のときにはα＝０、β＝１、γ＝０とし、読み出し間隔が１００マイクロ秒のときにはα＝０、β＝０、γ＝１とする。
【００１６】
加算部６は、乗算器５１、５２、５３からの音声データを加算し、間引き部７に出力する。間引き部７は、揺らぎ吸収バッファ１の蓄積量に応じて音声データのサンプルを間引いてローカル側に出力する。この際、ゆらぎ吸収バッファ１の蓄積量に応じて間引き間隔を変更する。具体的には、読み出し制御部２における読み出し間隔と連動し、これが通常の読み出し間隔である場合は間引き間隔を８に、通常より１割短い読み出し間隔である場合は間引き間隔を９に、そして通常より２割短い読み出し間隔である場合は間引き間隔を１０にする。
【００１７】
図２は、図１に示す構成の音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置によって、どのようにして音声再生速度が速められるかを示したものである。この図の（Ａ）に示す通り、揺らぎ吸収バッファ１に格納された信号は８ｋＨｚでサンプリングされた音声信号である。ここで、読み出し速度を速める場合、図の（Ｂ）に示す通り、揺らぎ吸収バッファ１からの読み出し間隔を２割短くし１００マイクロ秒毎に読み出す。そして、図の（Ｃ）に示す通り、０補間部３において各サンプルデータの間に振幅０のサンプルデータが７個挿入される。この信号が低域通過フィルタ４３を通り、高域周波数成分がカットされると、図の（Ｄ）に示すように０補間部３によって挿入された振幅０のサンプルデータがその前後のサンプルテータを滑らかに補間した音声データに変化する。この音声データを間引いて１０個おきに読み出すと、読み出し間隔は図の（Ｅ）のように元々のサンプリング間隔である１２５マイクロ秒となる。
【００１８】
図３は、図２に示した各音声データの周波数特性を示したものである。この図の（Ａ）は揺らぎ吸収バッファ１に格納された音声データの周波数特性であり、８ｋＨｚでサンプリングされた信号である。このことから、−４ｋから４ｋＨｚまでの帯域を持ち、同じ特性が８ｋＨｚ毎に繰り返される。図３（Ｂ）はこの信号を１００マイクロ秒毎に読み出した場合の周波数特性、すなわち図２（Ｂ）に示した音声データの周波数特性を示している。読み出し間隔が短くなったということはサンプリング周波数が高くなったこと（具体的には１０ｋＨｚとなったこと）と等価である。従って−４ｋから４ｋＨｚまでの帯域が−５ｋから５ｋＨｚに広がり、この特性が１０ｋＨｚ毎に繰り返される。なお、０補間部３による振幅０のサンプルデータ挿入は周波数特性を変化させないため、図２（Ｃ）に示した音声データの周波数特性も図３（Ｂ）と同じとなる。但し、サンプリング周波数は１０ｋＨｚから８倍の８０ｋＨｚに高くなっている。
【００１９】
図３の（Ｃ）は低域通過フィルタ４３の特性であり、４ｋＨｚ以上、−４ｋＨｚ以下の周波数成分をカットする特性となる。従って、このフィルタを通過した後の信号、つまり図２の（Ｄ）に示す音声データの周波数特性は図３の（Ｂ）に示した周波数特性から４ｋＨｚ以上、−４ｋＨｚ以下の周波数成分がカットされたものとなる。但し、この図には示されていないが、この音声データは８０ＫＨｚでサンプリングされた信号であるから、同じ特性が８０ｋＨｚ毎に繰り返される。最後に、この信号を間引き間隔１０で間引いた信号は、再び８ｋＨｚサンプリングの信号であるため、図３（Ｄ）の−４ｋ〜４ｋＨｚの成分が８ｋＨｚ毎に繰り返される特性となり、図３（Ｅ）に示すようになる。
【００２０】
図３は、読み出し制御部２における読み出し間隔を通常の８／１０、すなわち１００マイクロ秒にした場合の周波数特性を示したものであるが、読み出し間隔を通常の８／９、すなわち約１１１．１マイクロ秒にした場合は図４に示す通りとなる。図４と図３との違いは、読み出し間隔が異なるために周波数帯域の広がり方が異なっている。図３（Ｂ）では音声信号の帯域が１０／８倍に広がっているが、図４（Ｂ）では９／８倍の広がりになる。更に、０補間部３によるデータ挿入後のサンプリング周波数が、図３（Ｂ）では８０ＫＨｚになっているのに対して、図４（Ｂ）では７２ｋＨｚとなっている。図３（Ｃ）と図４（Ｃ）の低域通過フィルタ特性は、どちらも４ｋＨｚ以上、−４ｋＨｚ以下の周波数をカットする特性であるが、サンプリング周波数が異なっているため、実際には異なる特性である。読み出し制御部２の読み出し間隔、すなわち読み出しの速度に応じて低域通過フィルタを変更しているのは、このためである。
【００２１】
なお、読み出し制御部２における読み出し間隔が通常の１２５マイクロ秒の場合に用いる低域通過フィルタ４１の特性について考えてみる。サンプリング周波数６４ｋＨｚに対して４ｋＨｚ以上、−４ｋＨｚ以下の周波数をカットする特性である。読み出し間隔が１２５マイクロ秒の場合、０補間部３の出力は、音声サンプル数が８倍となるので８ｋＨｚ×８＝６４ｋＨｚサンプリングの信号となる。従って、低域通過フィルタ４１は、サンプリング周波数６４ｋＨｚに対して４ｋＨｚ以上、−４ｋＨｚ以下の周波数をカットする特性を持つ。
【００２２】
以上では、読み出し速度を速くする場合の動作を説明したが、図１に示す構成の音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置は、読み出し速度を遅くすることも可能である。例えば、読み出し制御部２の読み出し間隔を８／７倍、すなわち１２５×（８／７）＝約１４２．９マイクロ秒とし、低域通過フィルタ４１を通過させた後、間引き部７において間引き間隔を７とすることが出来る。この場合、各信号の周波数特性は図５の通りとなる。図５の（Ｃ）に示す低域通過フィルタの特性について考えてみると、読み出し間隔を８／７倍にしたため、０補間部３の出力データのサンプリング周波数は、８ｋＨｚ×（７／８）×８＝５６ｋＨｚである。従って、図５の（Ｃ）の低域通過フィルタは５６ｋＨｚサンプリングの信号に対して３．５ｋＨｚ以上、−３．５ｋＨｚ以下の周波数をカットする特性となる。このカットオフ周波数とサンプリング周波数の比に着目すると、３．５ｋＨｚ／５６ｋＨｚ＝４ｋＨｚ／６４ｋＨｚ＝１／１６である。つまり、図５の（Ｃ）の低域通過フィルタは、サンプリング周波数６４ｋＨｚに対して４ｋＨｚ以上、−４ｋＨｚ以下の周波数をカットする特性と同じであり、読み出し速度を変えない場合に用いる低域通過フィルタ４１と同じで良いことが分かる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態１によれば、音声データの読み出し速度に応じた複数の低域通過フィルタを備え、振幅０のサンプルデータを挿入した音声データに対して低域通過フィルタを通過させて一時的にサンプリング周波数の高い音声データを生成し、そのサンプリング周波数の高い音声データを読み出し速度に応じた間隔で等間隔に間引く処理を行うため、読み出しの速度が速められてもサンプルデータ間の不連続感を伴わない音声再生が可能な音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を得ることが出来るという効果を奏する。
【００２４】
実施の形態２．
なお、乗算器５１、５２、５３で用いる係数α、β、γを読み出し速度の変更と同時に瞬時に変更するのではなく、徐々に変更しても良い。図６は、揺らぎ吸収バッファ１の蓄積量の変化に応じて、係数α、β、γ、及び、読み出し制御部２の読み出し間隔、間引き部７の間引き間隔をどのように変化させるか示したものである。このように係数α、β、γを段階的に徐々に変更し、この係数α、β、γが切り替わった時点で読み出し間隔、間引き間隔を切り替えると、各低域通過フィルタが切り替わった際の不連続感を緩和することが可能で、より自然な再生音声を出力することが出来る。
【００２５】
以上のように、本実施の形態２によれば、音声データの読み出し速度に応じた複数の低域通過フィルタを備え、振幅０のサンプルデータを挿入した音声データに対して低域通過フィルタを通過させて一時的にサンプリング周波数の高い音声データを生成し、そのサンプリング周波数の高い音声データを読み出し速度に応じた間隔で等間隔で間引く処理を行うため、読み出しの速度が速められてもサンプルデータ間の不連続感を伴わない音声再生が可能な音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を得ることが出来る。これに加え、更に、低域通過フィルタの出力信号に乗算する係数を段階的に徐々に変化させることによって、各低域通過フィルタが切り替わった際の不連続感をより緩和することが可能な音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を得ることが出来るという効果を奏する。
【００２６】
実施の形態３．
なお、音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を図７に示すような構成としても良い。この構成は読み出し制御部２によるゆらぎ吸収バッファ１からの音声データの読み出し速度が通常の読み出し速度の場合、読み出し制御部２はゆらぎ吸収バッファ１から読み出した音声データを直接加算部８に出力する。加算部８は間引き部７と読み出し制御部２からの出力を加算して出力する。
上記実施の形態１においては、読み出し速度を変更しない場合に低域通過フィルタ１を用いたが、これを省略し、読み出し制御部２の出力信号を加算部８を介して直接出力する。読み出し速度を遅くする必要がなければ構成を簡単化することが出来る。
【００２７】
実施の形態４．
以上の実施の形態１〜３においては、各読み出し速度１種類に対してその読み出し速度に対応する特性の低域通過フィルタを読み出し速度の数分用意したが、ある低域通過フィルタが複数の読み出し速度に対応するようにしても良い。例えば、読み出し間隔が、通常間隔及びそれ以上の場合には低域通過フィルタ４１を、通常間隔から８／９倍の間隔までは低域通過フィルタ４２を、８／９倍の間隔から８／１０倍の間隔までは低域通過フィルタ４３を用いるというような構成も可能である。
【００２８】
実施の形態５．
なお、以上の実施の形態においては、０補間部で振幅が０の音声サンプルを７サンプル分挿入したが、７という数値に限らず１以上のサンプルを挿入するという形態も可能である。  
【００２９】
実施の形態６．
なお、以上の実施の形態においては、８ｋＨｚでサンプリングされた音声信号を扱う音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を示したが、１６ｋＨｚ、３２ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ、４８ｋＨｚサンプリングなど、他のサンプリング周波数の音声信号を扱うようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明はＶｏＩＰ技術を利用して音声パケットをリアルタイムで伝送する音声伝送方式に関し、音声の途切れなどの通話品質の劣化を防止でき、相手との会話を支障なく行うことができ、例えば昇降機監視システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１による音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を示す構成図である。
【図２】音声再生速度が速められる手順を示す説明図である。
【図３】図２に示す各音声データの周波数特性図である。
【図４】読み出し間隔を通常の８／９倍にしたときの各音声データの周波数特性図である。
【図５】読み出し間隔を通常の８／７倍にしたときの各音声データの周波数特性図である。
【図６】揺らぎ吸収バッファの蓄積量変化に応じた係数、読み出し間隔、間引き間隔の変化を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３による音声パケット到着遅延揺らぎ吸収装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１；ゆらぎ吸収バッファ、２；読み出し制御部、６、８；加算部、７；間引き部、３；０補間部、４１、４２、４３；低域通過フィルタ、５１、５２、５３；乗算器。
【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】
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【図７】
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