(57)【要約】【課題】  安価で低リソースなマイクロプロセッサやメモリにより構成された小型無線端末において、高音質の音声通話機能を実現する。【解決手段】  入力されるデータから再生データ列と再生データ列それぞれの再生タイミングを規定する識別情報とを抽出し、識別情報に基づいて再生データ列それぞれをＤＡコンバータに出力するタイミングを制御する。また、入力されるデータをＡＤ変換したサンプリングデータ列をレジスタに格納し、サンプリングデータの値の差に基づいてサンプリングデータを廃棄するか決定し、廃棄されずにレジスタに格納されたサンプリングデータ列を記録し、記録されたサンプリングデータ列の再生タイミングを規定する識別情報及び再生データを生成し、出力する。【選択図】  図６
2008003338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される第１のデータから第１の再生データ列及び上記第１の再生データ列を構成する第１の再生データの再生タイミングを規定する第１の識別情報を抽出する処理部と、
上記第１の再生データ列及び上記第１の識別情報を記録する記録部と、
上記記録された第１の再生データ列を出力する制御部と、
上記出力された第１の再生データ列をＤＡ変換するＤＡコンバータと、
上記ＤＡ変換された第１の再生データ列を再生する再生部と、を有し、
上記制御部は、上記第１の識別情報に基づいて上記第１の再生データを上記ＤＡコンバータに出力するタイミングを制御することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ処理装置であって、
上記第１の識別情報は、上記第１の再生データの再生時間間隔をビットの間隔に基づいて規定するビット情報であって、
上記制御部は、上記ビット情報から決定される再生時刻に、上記第１の再生データを出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のデータ処理装置であって、
上記第１の識別情報は、時系列に連続する上記第１の再生データの再生時間間隔を示す情報であって、
上記制御部は、１の上記第１の再生データを上記ＤＡコンバータに出力後、上記再生時間間隔に基づいて、上記１の第１の再生データに連続する第１の再生データを出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のデータ処理装置であって、
上記第１の識別情報は、上記再生時間間隔で連続して再生されるデータ数を示す情報をさらに含み、
上記制御部は、上記１の第１の再生データを出力後、上記データ数の第１の再生データを上記再生時間間隔で出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のデータ処理装置であって、
上記制御部は、上記記録部の空き容量が所定の値以下の場合、上記記録部に記録された第１の再生データ列から上記第１の再生データを選択し、上記選択された第１の再生データ及び対応する第１の識別情報を廃棄することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載のデータ処理装置であって、
入力される第２のデータに対してＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、通信部とをさらに有し、
上記記録部は、上記ＡＤ変換された第２のデータを記録し、
上記制御部は、所定の規則に基づいて上記記録された第２のデータを廃棄するデータ廃棄率を決定し、上記データ廃棄率に基づいて上記記録された第２のデータを間引くことにより第２の再生データ列を生成し、
上記通信部は、上記第２の再生データ列と上記第２の再生データ列を構成する第２の再生データの再生タイミングを規定する第２の識別情報とを出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れかに記載のデータ処理装置であって、
入力される第２のデータを所定のサンプリング周期でＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、通信部とをさらに有し、
上記サンプリング周期は、上記ＡＤコンバータが上記ＡＤ変換を行うごとに、所定の規則に基づいて上記制御部によって変更され、
上記記録部は、上記ＡＤ変換された第２のデータを記録し、
上記制御部は、上記記録された第２のデータから第２の再生データ列を生成し、
上記通信部は、上記第２の再生データ列と上記第２の再生データ列を構成する第２の再生データの再生タイミングを規定する第２の識別情報とを出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至５の何れかに記載のデータ処理装置であって、
入力される第２のデータに対してＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、上記ＡＤ変換された第２のデータを格納するレジスタと、通信部とをさらに有し、
上記制御部は、上記レジスタに時系列に連続して格納される上記第２のデータ間の値の差を比較し、所定の値を超える場合は上記レジスタに格納される時間が後となる第２のデータを廃棄し、
上記記録部は、上記廃棄されずに上記レジスタに格納された第２のデータを記録し、
上記制御部は、上記記録された第２のデータから第２の再生データ列を生成し、
上記通信部は、上記第２の再生データ列と上記第２の再生データ列を構成する第２の再生データの再生タイミングを規定する第２の識別情報とを出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項９】
入力されるデータをサンプリングデータ列にＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、
上記サンプリングデータ列を格納するレジスタと、
上記レジスタに連続して格納されるサンプリングデータ間の値の差に基づいて、上記サンプリングデータを廃棄するかを決定する制御部と、
上記廃棄されずに上記レジスタに格納されたサンプリングデータ列を記録する記録部と、
通信部と、を有し、
上記制御部は、上記記録されたサンプリングデータ列を構成するサンプリングデータの再生タイミングを規定する識別情報、及び上記記録されたサンプリングデータ列から再生データ列を生成し、
上記通信部は、上記識別情報及び上記再生データ列を出力することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のデータ処理装置であって、
上記制御部は、連続して廃棄するサンプリングデータの数が所定の値を超える場合には、上記廃棄を行わないことを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１１】
データ処理装置にデータ処理方法を実行させるデータ処理プログラムであって、
入力される第１のデータから第１の再生データ列及び上記第１の再生データ列を構成する第１の再生データの再生タイミングを規定する第１の識別情報を抽出し、
上記第１の再生データ列及び上記第１の識別情報を記録し、
上記記録された第１の識別情報に基づいて制御される出力タイミングで、上記第１の再生データ列をＤＡコンバータに出力し、
上記出力された第１の再生データ列をＤＡ変換し再生することを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のデータ処理プログラムであって、
上記第１の識別情報は、ビットの値に基づいて所定の時刻に上記第１の再生データを再生するかを規定するビット情報であって、
上記データ再生方法は、上記ビット情報から決定される再生時刻に、上記第１の再生データを出力することを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のデータ処理プログラムであって、
上記第１の識別情報は、時系列に連続する上記第１の再生データの再生時間間隔を示す情報であって、
上記データ再生方法は、１の第１の再生データを上記ＤＡコンバータに出力後、上記再生時間間隔で上記１の第１の再生データに連続する第１の再生データを出力することを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のデータ処理プログラムであって、
上記再生時間間隔を示す情報には、上記再生時間間隔で連続して再生されるデータ数を示す情報が対応づけられており、
上記データ再生方法は、上記１の第１の再生データを出力後、上記データ数の第１の再生データを上記再生時間間隔で出力することを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項１５】
データ処理装置にデータ処理方法を実行させるデータ処理プログラムであって、
入力されるデータをサンプリングデータ列にＡＤ変換し、
上記サンプリングデータ列をレジスタに格納し、
上記レジスタに連続して格納されるサンプリングデータ間の値の差に基づいて、上記サンプリングデータの廃棄を行うか決定し、
上記廃棄の結果、上記レジスタに格納されているサンプリングデータ列を記録部に記録し、
上記記録されたサンプリングデータ列を構成するサンプリングデータの再生タイミングを規定する識別情報と上記記録されたサンプリングデータ列から再生データ列とを生成し、出力することを特徴とするデータ処理プログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のデータ処理プログラムであって、
上記データ送信方法は、連続して廃棄するサンプリングデータの数が所定の値を超える場合には、上記廃棄を行わないことを特徴とするデータ処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低リソースな小型無線端末上で音声を伝送、再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間や場所を選ばず、所望の情報へアクセスし、所望の相手とコミュニケーションを行うユビキタス社会の実現への期待が高まっている。
【０００３】
現在の情報化社会の発展を担ってきた技術に、インターネットと携帯電話が挙げられる。インターネットの発展、およびブロードバンド常時アクセスの普及により、ネットワーク上に多様なコンテンツが流通し、時間を選ばず所望の情報へアクセスできる環境が整ってきた。さらに携帯電話の普及、発展により、場所を選ばず所望の情報へアクセスできる環境、および、時間や場所を選ばず所望の相手とコミュニケーションを行える環境が整ってきた。
【０００４】
携帯電話における音声通話機能では、音声波形のデジタル符号化方式としてPCM（Pulse Code Modulation）と呼ばれる方式を基本としている。PCM符号化方式とは、音声波形を基準周波数、基準量子化サイズでサンプリングすることにより再生データ列を生成する方式である。携帯電話の場合は、PCM符号化データに対してさらに時系列的な予測やコードブックの参照等による二次的な符号化を実施しデータの圧縮を図ることで、低速な通信路であっても比較的高音質な音声データを伝送することを可能としている（非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】ITU-T国際標準規格G.729
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の音声圧縮方式（非特許文献１参照）は、圧縮したデータを復元・補間することを前提としており、圧縮・復元処理に多大な演算処理を必要とする。そのため、汎用のプロセッサを用いる場合には、浮動小数点演算を高速に実行可能な高性能、高価格なプロセッサを用いる必要がある。例えば、ASICのような専用の信号処理プロセッサを用いる場合、固定パラメータの圧縮・復元処理にしか対応できなかった。また、データが欠落すると音声が途切れてしまうため、基準周波数の波形を常に符号化・復号化できるだけのプロセッサ性能、メモリ容量が必要であった。
【０００７】
このため、携帯電話をはじめとする音声通話技術においては、前提条件となるハードウェア要件として、一定水準以上のものが必要とされる。これは、ハードウェアリソースを可能な限り低減し、小型で安価な音声通話端末を実現しようとしても自ずと限界があることを意味する。例えば、家電製品の簡単な制御に用いられるような低速、低価格マイコンを利用して音声通話機能を実現することは困難である。また、腕時計のように、常時身に付けることに違和感のないサイズの小型端末に音声通話機能を搭載しようとすると、小型・高性能のプロセッサやメモリを使用せざるを得ず、結果として製造原価が非常に高価になってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、安価で低リソースなマイクロプロセッサやメモリにより構成された小型無線端末において、高音質の音声通話機能を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。本発明の再生装置は、入力されるデータから再生データ列と再生データ列それぞれの再生タイミングを規定する識別情報とを抽出し、識別情報に基づいて再生データ列それぞれをＤＡコンバータに出力するタイミングを制御する。また、本発明の送信装置は、入力されるデータをＡＤ変換したサンプリングデータ列をレジスタに格納し、サンプリングデータの値の差に基づいてサンプリングデータを廃棄するか決定し、廃棄されずにレジスタに格納されたサンプリングデータ列を記録し、記録されたサンプリングデータ列の再生タイミングを規定する識別情報及び再生データを生成し、出力する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、圧倒的に低リソースの無線端末で音声通話を実現することができる。そのため、音声通話機能を有する無線端末の小型化が実現できる。音声機能の搭載のために必要なハードウェア要件が格段に下がることにより、例えば腕時計のような音声通話機能を組み込むことが困難だった小型端末においても安価に音声機能を搭載することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、再生装置に入力されるデータが、固定のサンプリング周期で符号化されたデータではなく、時系列的に任意のサンプリング周期で符号化されたデータであることを前提としている。
【００１２】
また、本発明は、再生装置のマイクロプロセッサが、再生する音声データ列をDAコンバータへ出力するタイミングを制御することにより、低演算量かつ低メモリ量で、リアルタイム性を損なうことなく任意のサンプリング周期の音声データに対応できることを特徴とする。さらに、端末のリソースに応じた音声品質調整機能、及び高品質の音声圧縮機能を提供できることを特徴とする。
【００１３】
本発明は特に、マイクとスピーカの片方または両方を備えることによって、音声のサンプリング機能と再生機能の片方または両方を有する携帯型の小型無線端末への適用が好適である。
【００１４】
本発明のデータ処理方法が適用可能なデータとは、時系列的な入力と出力の片方または両方が必要とされるデータである。特に好適なのは音声データであるが、類似のデータとして映像データが挙げられる。
【００１５】
また、ファクトリ・オートメーション、ロボットの知覚系、センサネット等の分野で行われるような、人、物、環境等の時間的な状態変化を測定し、時系列的な解析や制御を行う際のデータ処理方法としても有用である。このようなデータの種類として、血流量、脈拍、加速度、振動、ひずみ、圧力、電気抵抗等のデータが挙げられる。さらには、人間によるハンドル等の操作を遠隔地のロボットアームに伝達するような遠隔操作機器の制御方法としても用いることができる。
【００１６】
本発明の適用分野としては、時系列データの再生装置や生成装置におけるマイコン性能やメモリ容量に強い制約があり、リッチコンテンツの伝送には向かない低速、低品質の伝送路を用いてデータを送受するような分野において強い効果を発揮する。その意味で、小型化、低電力化が強く要求されるウェアラブル端末の分野や、近距離、低電力、低速の無線通信を活用するセンサネットや情報家電のような分野における適用は非常に好適である。しかしながら、本発明の適用範囲はこれにとどまらず、より多様な応用が考えられる。
【００１７】
例えば、映像や音声といったコンテンツを蓄積し、ユーザの視聴要求に応じてオンデマンドに配信するサーバ装置の場合、通常は非常に処理能力の高いプロセッサや大容量のメモリとハードディスク、さらに非常に高速、高品質な有線通信インタフェース（ギガビットイーサネット等）を備えている。
【００１８】
しかしながら、ユビキタス社会の発展に伴い、このようなサーバ側の性能向上を凌駕する勢いでユーザからのコンテンツへのアクセスが増大してきている。このような状況のサーバ装置において本発明を適用すれば、一つ一つのコンテンツを配信するために必要なリソース量（演算量、メモリ量、通信帯域）を低減することができ、増大するアクセス増大に対応できるようになる。また、仮にサーバ側の性能向上によりユーザからのアクセス増大に対応できたとしても、コンテンツ配信の品質を大きく損なうことなく安価で性能のそれほど高くないサーバ装置を用いることが可能であるならば、コスト競争の激しいハードウェア事業やコンテンツ事業にとって大きなメリットとなる。
【００１９】
このように、本発明の効果は、時系列データを入力、伝送、出力する際に、出力品質を保ちながら、入力装置や伝送装置において必要な演算量や記憶領域量を低減することにより、従来と比較して安価で低リソースな装置で実施することが可能となる。また、多数のデータを効率良く処理することが可能となる。適用範囲としては、有線／無線の別や、リアルタイム／非リアルタイムの別を問うこともなく、広範な分野に適応可能である。例えば、携帯電話より格段に小型かつ低リソースなウェアラブル無線端末を用いて携帯電話と同等のリアルタイム音声通話を実現することができる。また、コンテンツ配信のように、データ入力自体は準備作業として事前に行っておき、それらをファイル等の形式で大容量ハードディスク等に保存しておき、多数のユーザへ必要に応じて配信するオンデマンド伝送系（ストリーム型伝送、またはバルク型伝送）への適用が可能である。
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
＜図１＞システム構成例
図１は、本発明をウェアラブル型の小型無線端末に適用した場合の、無線端末から基地局、サーバまでを含むシステム全体の構成例である。
【００２２】
ユーザUS1は、音声通話機能を備えた腕時計型の無線端末SN1を装着している。また、ユーザUS2は、音声通話機能を備えた名札型、あるいは胸章型の無線端末SN2を装着している。同様に、他のユーザUS3〜US6、も音声通話機能を備えた同様の無線端末SN3〜SN6を装着している。
【００２３】
無線端末SN1〜SN6は、腕時計型、名札型、胸章型等のような、身に付けて邪魔にならないような小型ウェアラブル端末である。小型軽量化、コスト低減、バッテリによる長時間駆動等の理由から、従来の携帯電話やPDA等と比較するとマイコンの処理性能やメモリ容量は圧倒的に低スペックとすることが好適である。無線通信に関しても、小型化、低電力化、コスト低減が容易な通信規格を用いることが好ましい。このことにより、従来の携帯電話等と比較すれば必然的に通信距離は短くなり、通信速度は低速となる。このような通信方式として、例えばZigBee規格およびIEEE802.15.4規格を用いることができる。
【００２４】
無線端末SN1〜SN6は、マイクとスピーカの片方または両方を備え、ユーザUS1〜US6の間のリアルタイム通話または非リアルタイム通話を実現する。なお、無線端末としては、人間が携帯するタイプのものにとどまらず、机や壁、天井等に固定的に設置するタイプのものがあっても良い。
【００２５】
無線中継局RN1は、数10メートル程度以上離れているか、別々の部屋に位置している等、直接的に通信できない無線端末同士の通信を無線レベルで中継する装置である。同様に、無線端末SN1〜SN6と基地局BS1〜BS3との通信を無線レベルで中継することもできる。
【００２６】
基地局BS1〜BS3は、より遠距離等の理由で無線環境が更に断絶された無線端末同士の通信を、WANを介して中継する装置である。また、無線端末と、WANに接続されたサーバとの通信を中継する装置でもある。
【００２７】
サーバSRVは、基地局BS1〜BS3やWAN内中継局RN2を介して無線端末と通信する外部記憶を備えた装置であり、無線端末SN1〜SN6が送信した音声データを一時的または永続的に保持し、前記音声データまたは事前に用意された音声メッセージ等をオンデマンドに無線端末SN1〜SN6へ配信する機能を有する。
【００２８】
WAN内中継局RN2は、基地局BS1〜BS3、およびサーバSRVの間の通信を中継する装置である。無線端末や基地局の数が数百台以上といった大規模なシステムにおいて、通信の宛先解決や優先制御といった機能を提供する。ただし、図１に示すような構成装置数が十台程度のシステムにおいては、RN2のようなWAN内中継局を使用しなくてもシステム全体の運用に特に支障は発生しないであろう。
【００２９】
本実施例は、事務的業務または作業的業務において、複数人が短い会話を交わしながら連携的業務を実行する際のハンズフリーのコミュニケーションシステムとしての利用が好適である。ユーザ同士の所在場所が異なる場合や、互いに数十メートル程度以上離れているために肉声での会話が困難な環境において、携帯電話や各種の業務用無線よりも安価で快適な通話環境を実現することができる。
【００３０】
図１中、鉤形の破線は、無線端末SN1〜SN6、無線中継局RN1、および基地局BS1〜BS3の間の、無線で直接通信可能な装置間のトポロジの一例を示している。例えば、SN1が直接通信可能な装置は、SN2、RN1、BS1の３つであるが、SN6が直接通信可能な装置はBS3のみである。ただし、このような無線トポロジは、ユーザUS1〜US6が移動するに従って動的に変更される。また、物理的な移動以外にも、電波環境の変化によっても無線トポロジが変更されることがある。このような無線トポロジの変更は、前記のZigBee規格およびIEEE802.15.4規格を用いた場合には、該規格に従いユーザの操作なしに自動的に制御される。
【００３１】
＜図２＞通信経路の例
図２は、図１に示した無線トポロジにおいて、無線端末SN1が他の装置（無線端末SN2〜SN6、およびサーバSRV）と通信する際に使用される通信経路の例を示した図である。図中、破線は無線端末と同様の規格を用いた無線通信区間を示しており、実線はWAN内の有線または無線の通信区間を示している。
【００３２】
無線端末SN1と無線端末SN2は直接的に通信することが可能な位置関係にあるので、図２(A)に示すように、両者は中継装置なしに直接的な通信が可能である。
【００３３】
無線端末SN3は、無線端末SN1と直接的には通信できない位置関係にあるので、図２(B)に示すように、両者の間の通信には、各々と直接的な通信が可能な位置関係にある無線中継局RN1を経由することによって実現することができる。同様に、無線端末SN1と無線端末SN4との通信は、図２(C)に示すように、基地局BS1を経由することによって実現することができる。より一般的には、経由する無線中継局または基地局は必ずしも1台に限定する必要はなく、複数台の無線中継局または基地局が数珠繋ぎに中継することによって、直接的な通信のできない位置関係にある無線端末間の通信を可能とすることができる。このような通信はマルチホップ無線通信と呼ばれており、モバイル端末やセンサネットワークにおける通信方式に適用されている。
【００３４】
無線端末SN1と無線端末SN5との通信は、無線通信区間における中継のみでは到達できないが、無線端末SN1と無線通信が可能な基地局BS1と、無線端末SN2と無線通信が可能な基地局BS2とがWANを介して通信可能であることから、図２(D)に示すように、基地局BS1と基地局BS2を経由することによって無線端末SN1と無線端末SN5との通信を実現することができる。無線端末SN1と無線端末SN6との通信も同様に、基地局BS1と基地局BS3を経由することにより実現することができるが、さらに図２(E)に示すように、WAN内の通信を制御するWAN内中継局RN2を経由することによって実現することも可能である。
【００３５】
無線端末SN1とサーバSRVとの通信は、図２(F)に示すように、無線端末SN1と通信可能な位置にあり、さらにWANと接続された装置である基地局BS1を経由することによって実現することができる。このとき、図２(E)の場合と同様に、基地局BS1とサーバSRVとの間でさらにWAN内中継局RN2を経由しても良い。
【００３６】
＜図３＞腕時計型無線端末（外観）
図３は、本発明を腕時計型の無線端末SN1に適用した例を示す正面図(A)および底面図(B)である。本図は、無線端末ＳＮ１を左腕（ＷＲＩＳＴ１）に装着した状態を示している。
【００３７】
図３(A)において、四辺を有する方形のケースＣＡＳＥ１の中央には、メッセージなどを表示する表示装置ＬＣＤ１が配置される。なお、表示装置ＬＣＤ１としては液晶表示装置などを採用することができる。そして、本図におけるケースＣＡＳＥ１上端部である第１辺、およびケースＣＡＳＥ１下端部である第１辺と対向する第２辺には、無線端末ＳＮ１を腕に固定するためのバンドＢＡＮＤ１が取り付けられる。
【００３８】
ケースＣＡＳＥ１の下端のバンドＢＡＮＤ１と表示装置ＬＣＤ１の間には、操作スイッチＳＷ１とＳＷ２が、ケースＣＡＳＥ１の内部の基板ＢＯ１に配置され、ケースＣＡＳＥ１の表面に露出しており、装着者により操作可能となっている。なお、スイッチＳＷ１は、例えば、発話、受話等の選択メニューを表示装置ＬＣＤ１に表示、選択するために操作し、スイッチＳＷ２は、前記によって選択したメニューを決定、実行するために操作するものである。これらのスイッチとしては、典型的には押しボタンタイプのスイッチが使用可能であるが、その他のタイプのスイッチも使用可能である。
【００３９】
ケースＣＡＳＥ１の上端のバンドＢＡＮＤ１と表示装置ＬＣＤ１の間には、ケースＣＡＳＥ１の内部の基板ＢＯ１上にアンテナＡＮＴ１が配置される。このアンテナＡＮＴ１は、例えば、いわゆる高誘電体を使用したチップ型誘電体アンテナである。
【００４０】
アンテナＡＮＴ１の右側には２つの開口部が設けられ、ケースＣＡＳＥ１の内部の基板ＢＯ１上の対応する位置には、マイクＭＩＣ１とスピーカＳＰＫ１が配置される。
【００４１】
無線端末ＳＮ１は、脈拍を測定する脈拍センサ、体温または周囲温度を測定する温度センサ、装着者（生体）の動きを検出するセンサ、典型的には加速度センサで構成することができる。なお、加速度センサに限らずに、動きを検出可能なセンサならば他のタイプのセンサも使用可能である。
【００４２】
ケースＣＡＳＥ１の底面には、図３(B)のように脈拍センサが配置される。本実施例における脈拍センサは赤外線発光ダイオードと受光素子としてのフォトトランジスタで構成される。なお、受光素子としては、フォトトランジスタ以外にもフォトダイオードも使用可能である。ケースＣＡＳＥ１の底面に設けた３つの開口部Ｈ１〜Ｈ３に、一対の赤外線発光ダイオード（発光素子）ＬＥＤ１、ＬＥＤ２とフォトトランジスタ（受光素子）ＰＴ１を設け、各素子が皮膚と対向するように配置され、脈拍センサを構成する。
【００４３】
この脈拍センサは、赤外線発光ダイオードＬＥＤ１、２で発生させた赤外光を皮下の血管に照射し、血流変動による血管からの散乱光の強度変化をフォトトランジスタＰＴ１にて検知し、その強度変化の周期から脈拍を推定することを可能とするものである。
【００４４】
本発明をこのような腕時計型の無線端末に適用することは、携帯電話のように端末を手に持つことなく、ハンズフリーの音声通話を実現する上で非常に好適である。携帯電話の場合には、文字通り身に着けて携帯する場合であっても、ほとんどの時間は衣服のポケットに収納した状態になっており、必要になった時点でポケットから取り出し、顔と正対するように持ち直し、その上で必要な操作を行う、というような一連の動作が発生する。対して腕時計型の端末であれば、ポケットから取り出して持ち直すといった動作が不要であり、必要になった時点で即時のワンタッチ操作が可能である。
【００４５】
また、本発明の腕時計型無線端末への適用は、従来技術と比較して有用であることが期待される。日常的に身に付ける腕時計という端末形態においては、携帯型端末装置の中でも特別に小型化・軽量化への要求が強い。このような小型端末に高性能な音声通話機能を搭載しようとすると、非常に高性能、高価格のマイクロプロセッサやメモリを使用せざるを得ない。そのため、製造原価が非常に高価になってしまい、市場に広く流通するような廉価な商品として提供することは困難である。本発明では、携帯電話への組み込みが十分に可能な程度の、安価かつ低性能の汎用のマイクロプロセッサやメモリを用いて実用的な品質の音声通話機能を提供することができる。
【００４６】
＜図４＞名札型無線端末（外観）
図４は、本発明を名札型の無線端末SN2に適用した例を示す表面図(A)および裏面図(B)である。
【００４７】
名札型の無線端末SN2は、表面に氏名等が記載されることによって、通常の名札として機能させることができる。装着方法としては、紐を用いて首からぶら下げたり、衣服にクリップ等で取り付けたりすることができる。
【００４８】
図４(A)に示すように、無線端末SN２の表面には、以下のものが設置されている。
【００４９】
太陽電池SBTは、可視光のエネルギーを電気エネルギーへ変換することで発電する自己給電装置である。なお無線端末SN2は、太陽電池SBTの代わりに、振動発電、温度差発電等のような他の方法で発電する発電装置を備えていても良い。
【００５０】
ＬＥＤ３、ＬＥＤ４は発光ダイオードであり、所定の条件を満たすと発光させることができる。例えばＬＥＤ３を、無線端末SN2が他の無線端末SN1、SN3〜SN6またはサーバSRVから音声データの存在を通知された際に発光させることによって、メッセージの有無をユーザに示すことができる。また、ＬＥＤ４を電源電圧が低下した際に発光させることによって、バッテリ切れをユーザに通知することができる。
【００５１】
ＲＦ基板BO2は、無線通信のための回路を搭載し、アンテナANT2を介して他の無線端末SN1や基地局BS1との間で無線通信を行う。なお、太陽電池SBTや表示装置ＬＣＤ２が無線通信の障害とならないよう、アンテナANT2はこれらのモジュールから離して配置するのが好適である。
【００５２】
図４(B)に示すように、無線端末SN2の裏面には、以下のものが設置されている。
【００５３】
表示装置ＬＣＤ２は、各種情報を表示する液晶ディスプレイである。ＬＣＤ２の代わりに他のディスプレイ装置を備えていてもよい。
【００５４】
ユーザは、操作スイッチSW3を操作することによって無線端末SN2に各種情報を入力することができる。また、ユーザは、操作スイッチSW4を操作することによって、ＬＣＤ２の表示又は非表示を切り替えることができるので、ＬＣＤ２の消費電力を低減できることができる。
【００５５】
ユーザがリセットスイッチRESETを操作すると、無線端末SN2はリセットされる。
【００５６】
無線端末SN2の裏面の中央付近には２つの開口部が設けられ、内部の基板ＢＯ４上の対応する位置には、マイクＭＩＣ２とスピーカＳＰＫ２が配置される。
【００５７】
電源スイッチSW5は、無線端末SN2の電源のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。
【００５８】
二次電池BTは、無線端末SN2に電力を供給する。二次電池BTには、充電時の電流および電圧、放電時の電流および放電時の電圧に定格がある。二次電池BTの材料としては、単位体積あたりの容量が大きく、充電時のメモリ効果もない、リチウムイオン電池等が好適である。
【００５９】
充電端子TMは、外部の電源に接続されると、二次電池BTを充電する。
【００６０】
電源基板BO3は、ダイオードLED、過充電防止回路、過放電防止回路、レギュレータ、分圧回路等によって構成され、二次電池BTの過充電や過放電を防止したり、ＲＦ基板BO2、マイコンMC、センサSS、マイクMIC2、スピーカSPK2等へ供給する電圧を一定にしたりする。
【００６１】
マイコンMCは、無線端末SN2の全体を制御する。例えば、マイコンMCは、二次電池BTの電圧を測定し、該二次電池BTの充電時期を推定する。また、太陽電池SBTの電圧を測定し、該電圧が低い場合には無線端末SN2を低消費電力モードとなるように制御しても良い。また、マイコンMCは、所定の周期で起動し、それ以外のときにはスリープ状態であっても良い。これによって、マイコンMCの消費電力を低減することができる。
【００６２】
無線端末SN2は、表示装置ＬＣＤ２および操作スイッチSW3、SW4、マイクMIC2、スピーカSPK2等を裏面に配置することによって、表面は通常の名札としての機能を持たせながら、裏面において情報表示用の端末、音声通話用のコミュニケーション端末として活用することができる。特に、紐を用いて首からぶら下げる形態においては、ぶら下げた状態のまま手に取った場合に、ユーザに正対するのが無線端末SN2の裏面となることにより、極めて自然な形態で情報表示用、コミュニケーション用の端末として活用することが可能となる。また、これらのモジュールを裏面に配置することによって、無線端末SN2の表面には面積の大きい太陽電池SBTを備えることができる。これによって、太陽電池SBTの発電電力量を大きくできる。太陽電池SBTを表面に大きく配置する場合には、太陽電池SBTの前面に所属や氏名を記載した透明フィルムを配置することによって、無線端末SN2を本来の名札としての役割を果たさせながらも、同時に太陽電池SBTの発電電力量の確保が可能となる。
【００６３】
本発明をこのような名札型の無線端末に適用する場合においても、腕時計型の無線端末に適用する場合と同様に、ハンズフリーの音声通話を実現する上で非常に好適である。また、小型化・軽量化、かつ安価に提供することに対する要求が強いため、本発明が従来技術と比較して有用であることが期待される。さらに、名札あるいは胸章は、ビジネスシーンにおいては着用が必須とされる場合が多いため、このような従来品にさらに情報通信機能、特に音声通話機能を持たせることによって、ビジネスシーンにおいて違和感なく活用することができ、さらに携帯電話のようにポケットから取り出して持ち直すといった動作が不要であることから、ストレスを感じることのない即時のワンタッチ操作が可能となる。
【００６４】
＜図５＞無線端末機能構成（共通）
図３と図４では、無線端末の異なる実装方法を示したが、これらの実装の基本部分に関しては、共通の機能構成により実現することが可能である。図５は、図３と図４に共通に適用可能な機能構成の一例を示すブロック図である。以後、この共通の機能構成を参照する際の無線端末を「SN」の表記によって参照する。
【００６５】
無線端末SNは、端末全体を制御するマイクロプロセッサを有する。後述する音声パケット受信時、音声再生時、及び無線パケット送信時の処理は、マイクロプロセッサが制御プログラムを実行することにより実現される。マイクロプロセッサは、これらの演算機能に加え、指定した時間を計測するためのタイマ機能、タイマの満了や外部イベントの発生を待ち受ける割り込み機能、一時記憶用のレジスタ等を備えたLSIであり、電子機器への組み込み用として用いられている動作周波数メガヘルツ程度の低スペックな汎用品が使用可能である。
【００６６】
ROMは、マイクロプロセッサが実行する制御プログラムや動作時に参照するパラメータ類を格納する不揮発性メモリであり、フラッシュメモリやEEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）を用いることができる。RAMは、マイクロプロセッサが一時記憶として利用する読み書き可能なメモリであり、ランタイム変数、パケット、音声データ等を保持するのに用いる。SRAMやDRAMを用いることができる。なお、ROMやRAMは、マイクロプロセッサの中に内蔵される場合も多い。
【００６７】
無線端末SNは、無線通信機能を実現するために、無線アンテナおよび無線処理部RFを有する。無線アンテナは、無線電波を電気信号へ変換し、逆に電気信号を無線電波へ変換する。無線処理部RFは、無線アンテナからのアナログ電気信号をデジタルデータで構成された無線パケットへ変換（復号化）し、逆にデジタルデータである無線パケットをアナログ電気信号へ変換（符号化）する。
【００６８】
音声を再生するためのハードウェアは、スピーカ、出力フィルタ、DAコンバータDACにより構成される。また、音声を入力およびサンプリングするためのハードウェアは、マイク、入力フィルタ、ADコンバータADCにより構成される。これらのハードウェアや制御方法の詳細は本発明の根幹を成すものであり、後に詳細に述べる。
【００６９】
ここで、本図に示した各ブロックと、図３および図４との対応関係について述べる。前提として、図３と図４は無線端末の特定の実装の外観を示しているのに対し、本図は無線端末の内部の機能構成を示すものであるので、図３や図４のような外観図には現れないブロックを含んでいる。以下では、図３や図４に対応するブロックの記載がある場合にはその対応関係を、ない場合にはその旨を示す。
【００７０】
本図におけるマイクロプロセッサは、図３では対応するブロックの記載はなく、図４ではマイコンMCとして示している。本図におけるROMおよびRAMは、図３や図４では対応するブロックの記載はない。本図における無線アンテナは、図３ではANT1、図４ではANT2として示されている。本図における無線処理部RFは、図３では対応するブロックの記載はなく、図４ではRF基板BO2として示されている。本図におけるスピーカは、図３ではSPK1、図４ではSPK2として示されている。本図におけるマイクは、図３ではMIC1、図４ではMIC2として示されている。本図における出力フィルタ、DAコンバータDAC、入力フィルタ、ADコンバータADCは、図３と図４では対応するブロックの記載はない。
【００７１】
また、本図におけるバッテリは、図３では対応するブロックの記載はなく、図４では太陽電池SBT、二次電池BTとして示されている。また、本図において他の入力デバイスと示したブロックは、図３や図４における操作ボタン、脈拍センサ等であり、他の出力デバイスと示したブロックは、同じくLEDやLCD等である。またバッテリは、同じく太陽電池やボタン電池、充電池等である。
【００７２】
＜図６＞パケット受信・音声再生データフロー
図６は、無線端末SNが、音声データを格納した無線パケットを受信し、スピーカから音声を再生する際のデータフローの一例である。
【００７３】
無線電波は、無線アンテナにより受信され（P1）、電気信号へ変換され無線処理部RFへ入力される（P2）。無線処理部RFは電気信号をデジタル復号化し、パケットデータを生成する。また、必要に応じて、PHY、MAC、NWKレイヤのプロトコル処理が行われる。パケットのペイロードデータはマイクプロセッサへ転送され（P3）、さらにRAMへ格納される（P4）。
【００７４】
後述するように、ペイロードデータは、識別情報と再生すべき音声データの系列とが格納されている。本明細書では、音声データ系列の再生タイミングを規定する情報を識別情報と定義する。
【００７５】
マイクロプロセッサは識別情報を解析し、音声データの再生タイミングを決定する。前記再生タイミングに基づき、音声データの系列をマイクロプロセッサがRAMから順次読み出し（P5）、DAコンバータDACへ出力する（P6）。DAコンバータDACは、入力されたデジタル値を対応するアナログ電圧へ変換する。前記アナログ電圧は出力フィルタへ入力され（P7）、高周波成分の除去や電圧レベルの変換が施された後にスピーカへ出力される（P8）。スピーカは、入力電圧の時系列変化に応じた振動、すなわち音声を発生し、空気中へ伝播させる（P9）。
【００７６】
＜図７＞音声パケット受信時の処理フロー
図７は、無線端末SNが音声データを格納した無線パケットを受信する際の、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例である。
【００７７】
音声データパケットの受信フローの骨格は、図中7A〜7Hの手順および状態によって示される。
【００７８】
ユーザの操作等によりデータ受信モードが開始される（7A）と、データ受信のための初期化処理が実行される（7B）。具体的には、無線処理部RFの起動、データ格納のためのRAM領域の確保等の、ハードウェアおよびソフトウェアのリソース確保である。その後、受信待機設定として割り込みの設定を行う（7C）。具体的には、無線処理部RFが無線電波を受信しパケットデータを生成した際にマイクロプロセッサへ割り込み信号を発生させるための設定と、マイクロプロセッサが該割り込み信号を受信した際に、パケット受信のための割り込み処理を起動するための設定である。その後、マイクロプロセッサはスタンバイ状態となる（7D）。スタンバイ状態は、手順7Cにおいて設定した受信割り込みの発生を待ち受けている状態であり、マイクロプロセッサは他のタスクを実行したり、割り込み待ち状態のままスリープしたりすることができる。スタンバイ状態7Dにおいて実行し得る他のタスクの例として、図中ではデータ再生処理（7I）を示している。データ再生処理の詳細は図８において示す。図７に示した以外のタスクとしては、図３に示した腕時計型端末SN1における脈拍センシング処理や、ユーザによるメニュー操作等が挙げられる。
【００７９】
スタンバイ状態7Dにおいては、他のタスクの実行中であってもスリープ中であっても、パケットが到着した時点で、手順7Cにおいて設定した受信割り込みが発生し、受信処理が起動される（7E）。そして、無線処理部RFからパケットを受信し、パケットのペイロード、すなわち音声データをRAMへ格納する（7G）。以上の受信処理が完了すると、マイクロプロセッサは再びスタンバイ状態7Dへと遷移し、次のパケットの受信待ち状態となる（7H）。
【００８０】
以上のように、パケットの受信処理の骨格は、スタンバイ状態7Dにおいて受信割り込みを待ち受けておき、パケットの到着が知らされた時点で実際の受信処理を起動するという手順から成る。一般的に、音声パケットを次々に受信している状態であっても個々のパケットは時間的に完全に連続して送信されてくるわけではなく、数十ミリ秒程度の時間間隔が発生する。
【００８１】
一方、マイクロプロセッサは数メガヘルツ程度の動作周波数を有するため、マイクロプロセッサから見ればその数十ミリ秒程度の空き時間は他のタスクを処理するのに十分な時間である。加えて手順7E〜7Gに要する演算量は軽微であるので、数ミリ秒程度の処理時間で完了する。すなわち、7D〜7Hのサイクルにおいて、マイクロプロセッサは大半の時間はスタンバイ状態7Dにあることとなる。スタンバイ状態7Dにおいては、単にスリープすることで電力消費を低減させることも勿論可能であるが、本実施例では、スタンバイ状態7Dにおいて他のタスクを実行可能としていることにより、オペレーティングシステムにおけるマルチタスクと同様の効果を生むことができる。具体的には、図３に示した腕時計型端末SN1の場合であれば、定期的な脈拍センシング処理を中断することなくパケット受信処理を実行し、同時にLCD1には脈拍センシング処理の結果としての脈拍値の履歴グラフを表示することもできる。また、図４に示した名札型端末SN2の場合であれば、同じくパケット受信処理を実行しながら、同時にユーザがSW3やSW4を操作することによってLCD2にテキストベースのブラウザ型メニューを表示させ、さらに通信帯域が許せばサーバSRVへアクセスしスケジュール情報等へアクセスすることもできる。
【００８２】
また、図中7J〜7Mは、音声データの受信を停止する際の処理を示している。スタンバイ状態7Dにおいて、ユーザ操作等によりデータ受信の停止を指示されると、マイクロプロセッサには受信停止指示に対応する割り込みが発生する（7J）。割り込みを受信したマイクロプロセッサは、対応する処理として、手順7Cにおいて設定した受信待機の割り込み設定の解除（7K）、および手順7Bにおいて確保したリソースの解放（7L）を行う。そのようにして、マイクロプロセッサはデータ受信を停止した状態へと遷移する（7M）。
【００８３】
ここで、音声データの受信開始（7A）や受信停止の指示（7J）は、ユーザ操作により明示的に起動されても良いし、他の処理と連動することによって間接的に起動されても良い。例えば、音声のサンプリングおよび音声データの送信をユーザ操作によって行った後、相手からの返答を待つために自動的に受信開始（7A）が起動されても良い。また、無線処理部RFはデバイスの特性上、無線端末SNの消費電力の大部分を占める場合が多く、受信待ち受け状態で起動し続けるとバッテリの消費が激しくなるので、タイマ設定により受信開始（7A）と受信停止を自動的に交互に起動させる等、実用性を損なわない範囲で消費電力を抑制する制御を行っても良い。また、例えば名札型の無線端末SN2をビジネス用途に用いるような場合には、太陽電池による自己給電能力が期待でき、また業務時間終了時には充電器に接続して帰宅する等、毎日必ず充電することが期待できるため、消費電力の低減をそれほど強く意識する必要はない。そのため、無線端末SN2に本処理フローを適用する場合には、音声データの受信開始（7A）は起動時に自動的に実施されることとし、動作中は特にユーザ操作がなくてもスタンバイ状態7Dで音声データの受信待ち受けをしていても構わない。
【００８４】
＜図８＞音声再生時の処理フロー
図８は、無線端末SNが音声データを再生する際の、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例である。
【００８５】
データ再生処理が開始される（8A）と、マイクロプロセッサはデータ再生のための初期化処理を実行する（8B）。具体的には、スピーカへの給電開始、DAコンバータDACの初期化、RAM領域の確保等の、ハードウェアおよびソフトウェアのリソース確保である。そして、再生すべきデータがRAM内の所定の領域に存在していることを確認（8C）の後、該データの再生タイミングを規定する識別情報を解析し、再生時間を決定する（8D）。そしてこの情報を元に、タイマ割り込み時間を設定する（8E）。識別情報のデータ構造の詳細については後述する。なお、人間の肉声を再生する場合を想定すれば、前記タイマ割り込み時間は数百マイクロ秒のオーダである。その後、マイクロプロセッサは一旦スタンバイ状態へと遷移する（8F）。スタンバイ状態8Fでは、スタンバイ状態7Dにおけるのと同様に、前記タイマ割り込みを待ち受けつつ、他のタスクを実行し、スリープすることができる。タイマの設定時間が経過し、8Eにおいて設定したタイマ割り込みが発生すると（8G）、マイクロプロセッサは再生データをRAMから読み込み、DAコンバータDACへ出力する（8H）。その後、前記再生データをRAMから削除し（8I）、再び再生データの有無の確認へ戻る（8J、8C）。このようにして、再生データがある限り、8D〜8Iのデータ再生処理を繰り返す。再生データの有無確認8Cにおいて、再生データがなくなった場合には、再生終了処理として手順8Bにおいて確保したリソースの解放を行い（8K）、再生処理を終了した状態へと遷移する（8L）。
【００８６】
なお、手順8Iにおける「RAMから削除する」とは、必ずしも「対応するRAM領域の値をゼロクリアする」ことを意味するわけではなく、実装によっては「対応するRAM領域を解放する」という処理であっても構わない。以後、「RAMから削除する」と表現した場合は全て同様の意味を指すものとする。
【００８７】
ここで、再生と同時に他のタスクを実行しているような状況においては、音声再生処理に割り当て可能なハードウェアリソースが不足するような状況が予想される。このような場合、マイクロプロセッサは、必ずしもパケットとして受信した再生データの全てを再生しなくても構わなく、再生品質を極端に低下させない範囲内で再生すべきデータを取捨選択しても良い。
【００８８】
本図では、手順8M〜8Oにおいて、RAMの空き容量が不足した場合の処理を例として示している。マイクロプロセッサがスタンバイ状態8Fにあるとき、データ再生処理とは別のタスクとして、定期的にRAM空き容量のチェックが行われる（8M）。RAM空き容量が所定の閾値THを上回っている限りは特別な処理は行わないが（8N）、閾値TH以下になった場合には、未再生データの選択的な廃棄を行うことにより（8O）、最低限必要なRAM領域を確保し続けることができる。
【００８９】
このような処理を行うことができるのは、本発明が、データの再生タイミングを図１０等に示した識別情報に基づいて制御しているからであって、たとえ再生データを選択的に廃棄したとしても、その再生タイミングが識別情報を元に決定できる限りは、手順8A〜8Jにおいて示した基本的な再生動作を実行するにあたって何ら支障は発生しない。そして、手順8Oにおける再生データの廃棄を適切な規則に基づいて実施することにより、実際の再生に使用するデータ量を削減しつつも、再生される音声の品質に対しては実用的な最低品質を保証することが可能となる。なお、手順8Oの具体的なデータ廃棄規則の例は、後述する送信側端末の実施形態１におけるのと同等である。
【００９０】
再生すべき音声データの全体は、一般的には多数の無線パケットに分割されて送受されると想定される。このような状況の下で、データ再生処理の開始（8A）のタイミングはいくつか考えられる。例えば、他の無線端末またはサーバSRVから、再生すべき音声データ全体を受信し切った後に、ユーザ操作により再生を開始することが考えられる。あるいは、無線伝送レートがリアルタイムの音声ストリーム伝送が可能な程度に高速である場合には、最初の数パケットを受信した後に、後続のパケットの受信処理と同時並行的にデータの再生処理を開始しても良い。図７における手順7Iは、そのような場合の処理の関係を簡潔に示したものである。より詳細に言えば、図７におけるスタンバイ状態7Dと、図８におけるスタンバイ状態8Fとが結合され、パケット受信の割り込みと再生タイマの割り込みの両方を待機する制御となる。
【００９１】
前記に関連して、音声データのサイズと無線パケットのサイズの関係について述べておく。本発明が主な適用先として想定している無線通信分野においては、一般的に、無線パケットのペイロードサイズは数十バイトから数百バイトと想定される。一方、PCM符号化を用いて電話と同等の品質の音声符号化を行う場合、量子化サイズを8ビット、標本化周波数を8キロヘルツと想定することができるので、1秒分の音声データのサイズは8000バイトとなる。本発明では、サンプリングおよびデータ送信を行う機能の実施例として、音声圧縮効果の非常に高い実施例を含んでいる。詳細は後述するが、音声圧縮効果の高い実施例においては、単純なPCM符号化と比較すれば音声データのサイズを数十分の一にまで低減可能である。会話の肉声を伝送する場合を想定すれば、ひとまとまりの音声データは数秒から十数秒程度の時間により構成される。この場合、単純なPCM符号化を行った場合には数百個から数千個のパケットに分割して送受信することとなる。一方、本発明の音声圧縮効果の高い実施例においては、数十個から数百個のパケットに分割して送受信することとなる。
【００９２】
＜図９＞音声データと再生タイミングの例
図９は、無線端末が音声データを再生する際の、音声データとその再生タイミングの一例である。図中、時刻T0〜T11は、固定サンプリング周期で符号化された音声データを再生する場合の時刻の列であり、各々の時刻の間隔は一定値ΔTであるとする。時刻T0〜T11のうち、実際に音声データを再生する時刻を、T0、T1、T2、T4、T6、T9、T11とする。前述したように、本実施例では時系列に任意のサンプリング周期で符号化されたデータが入力されることを前提としているため、実際に音声が再生される時刻を、例えばT0、T1、T2、T4、T6、T9、T11としている。
【００９３】
そして、時刻T0に再生すべき音声データは、8ビットに符号化されたデータ0x38である。他の時刻に再生すべき音声データのデジタル値についても同様の形式で示している。図中の黒点は、各時刻において音声データを再生した際にスピーカが出力するべき音声振幅の理想値である。またこれらの黒点を滑らかに繋いだ曲線が、スピーカが出力すべき音声の理想波形である。
【００９４】
＜図１０＞パケットのペイロード構造の例
図１０は、無線端末SNが受信する、音声データが格納された無線パケットのペイロード構造の一例である。ここでは、図９に対応する音声データの値と再生時刻の列とがどのようなペイロード構造として表現されるかを示している。なお、下記ペイロード構造をもつデータは後述する送信側端末で生成することができる。また、本発明は、無線端末SNが受信する音声データに限らず、本実施例と同様のペイロード構造をもつデータが記録された記録媒体を読み込むことによって得られるデータを対象とすることは言うまでもない。
【００９５】
図１０（A）は、音声データごとに識別情報が付与された例を示している。ペイロードの第0バイトには再生時刻T0に対応する識別情報0x00が格納され、ペイロードの第1バイトには前記再生時刻T0において再生すべき音声データ値0x38が格納される。以後同様に、2バイトを単位として、再生時刻に対応する識別情報と該再生時刻において再生すべき音声データ値とが順番に格納される。
【００９６】
また、識別情報0x01, 0x02, 0x04…が示す再生時刻T1,T2,T4…は、再生開始時刻T0を基準とした相対時刻T0+ΔT,T0+2ΔT, T0+4ΔT…である。
【００９７】
ここで、図８の音声再生処理フローに基づき、本ペイロード構造がどのように処理されるかについて述べる。まず手順8Cによりペイロードデータの存在が確認されると、手順8Dによりペイロードの第0バイトの識別情報0x00が取得される。このとき、識別情報0x00に対応する再生開始時刻T0は、送信側端末においてサンプリングを実行した際の時刻とは無関係に、送信側端末で指定することもできるが、受信側端末自身が任意に決定してよい。また、受信側端末で予め定められた時間を設定することもできる。例えば、識別情報0x00に対応するタイマ割り込み時間設定8Eにおいて、再生データのバッファリング時間を設定することにより、再生データがある程度バッファリングされるまでの時間を数秒程度見込んだ上で再生を開始することができ、入力されるデータが数秒程度途切れる状況にも対応することができる。また、識別情報0x00に対応するタイマ割り込み時間設定8Eにおいて、設定可能な最短の時間を設定することにより、図８の再生処理が起動してから速やかに再生を開始することができる。なお、できるだけ早く再生を開始するために、手順8D〜8Gをスキップし、速やかにDAコンバータDACへの出力（8H）を行っても良い。
【００９８】
このようにして再生開始時刻T0を決定した後、手順8Hにおいて、対応する再生データであるペイロードの第1バイト、すなわち0x38がDAコンバータDACへ出力される。以後、次の再生サイクル（8J）に入ると、再び手順8Dによりペイロードの第２バイトの識別情報0x01が取得され、今度はペイロードの第３バイトの再生データ0x6Dを相対時刻T0+ΔTに再生するために、タイマ割り込み時間設定8Eにおいて再生時間間隔ΔTが設定される。以降のペイロードデータに対しても繰り返し前記の処理手順が適用される。
【００９９】
このような音声データごとに識別情報を付与する本ペイロード構造によって、マイクロプロセッサは、固定サイズを単位としてペイロードデータをシーケンシャルに読み込むという単純な処理に基づいて図８に示した音声再生処理フローを実行可能になる。
【０１００】
図１０（B）は、ビットの間隔に基づいて音声データの再生時刻間隔を規定するビット情報を識別情報として格納する領域と、出力すべき音声データを時系列に格納する領域とをもつペイロード構造の例を示している。具体的には、ペイロードの先頭32ビットまでの領域に、後続する音声データの系列に対して時系列的な再配置を行うためのビットマップ情報が付与され、第nビットが1である場合には時刻Tnにおける再生データが存在することを示している。
【０１０１】
図９に示したように、音声データを再生する時刻の列T0、T1、T2、T4、T6、T9、T11に対応して、第0ビット、第1ビット、第2ビット、第4ビット、第6ビット、第9ビット、第11ビットの値が1となっている。そして、ペイロードの第4バイト目以降に実際の再生データ（0x38, 0x6D, 0x94・・・）が再生する順番に格納されている。再生データの各々は、先頭から順番に、ビットマップ情報の1となっているビットに対応する時刻に対応しているので、無線端末SNはこのペイロードデータから再生時刻の列T0、T1、T2、T4、T6、T9、T11に沿って再生データを順番に再生することができる。
【０１０２】
具体的には、図８の音声再生処理フローの手順8Dにおいて、まずペイロードの先頭32ビット分の識別情報領域がまとめて取得される。その後、該識別情報のビットマップを先頭からスキャンしながら、1であるビット同士の距離に対応してタイマ割り込み時間を決定する。例えば、再生データ0x94に対応する識別情報はビットマップ中の第2ビットであるが、その次の再生データ0x76に対応する識別情報はビットマップ中の第4ビットであり、互いの識別情報間のビット距離は２である。従って、再生データ0x94を再生した直後の再生サイクル（8J）では、次の再生データ0x76を再生するためのタイマ割り込み時間設定8Eにおいて再生時間間隔2ΔTが設定される。
【０１０３】
このような、ビットマップ情報を識別情報とする本ペイロード構造には、識別情報に要するデータサイズを低減し、限られた無線通信帯域の中で音声データそのものを効率良く伝送することができるという効果がある。
【０１０４】
図１０(C)は、音声データ列を再生する時間間隔を示す情報が付与された例を示している。本例では、ペイロードの先頭64ビットまでの領域が4ビットずつに区切られ、再生時間間隔を示す情報が順番に格納されている。これらの情報は、後続する音声データの系列に対して再生時間間隔を順番に示すものである。なお、本例では、基準となる再生時間間隔ΔTを、4ビット値0x3と定義している。
【０１０５】
本ペイロード構造に対する具体的な処理としては、図８の音声再生処理フローの手順8Dにおいて、まずペイロードの先頭64ビット分の識別情報領域がまとめて取得される。その後、該識別情報を先頭から4ビットずつ区切りながら、各サイクルにおけるタイマ割り込み時間を決定する。例えば、最初の再生データ0x38に対応する識別情報はペイロード先頭4ビット（第0ビットから第3ビット）であるので、その値0x0に基づき、タイマ割り込み時間設定8Eにおいて再生時間間隔としてゼロを設定するか、あるいは手順8D〜8Gをスキップし、速やかにDAコンバータDACへの出力（8H）を行う。次のサイクルにおいて出力するべき再生データ0x6Dに対応する識別情報は、次の4ビット、すなわち第4ビットから第7ビットであるので、その値0x3に基づき、タイマ割り込み時間設定8Eにおいて再生時間間隔ΔTが設定される。以降のサイクルについても同様である。
【０１０６】
本例に示したペイロード構造では、再生時間間隔を4ビット長で表しているので、本構造により表現可能な再生時間間隔は、ゼロを除くと0x1から0xFまでの15通りである。具体的には、再生時間間隔ΔTを4ビット値0x3と定義しているので、各4ビット値が実際の再生時間間隔値と比例するように定義した場合、表現可能な再生時間間隔値は、1/3・ΔTから5ΔTまでの範囲で、1/3・ΔTの単位できめ細かく表現することが可能となる。必要に応じて、4ビット値と実際の再生時間間隔値との対応は比例関係以外でも構わないので、本ペイロード構造を用いることにより、サンプリング周波数が非常に柔軟に変化する再生データを表現することが可能である。また、図９に示した例の範囲であれば、再生時間間隔はΔT、2ΔT、3ΔTの3種類の値しか取らないので、これを表現するためには2ビット長で十分であり、識別情報に必要なペイロード領域のサイズは図１０(C)に示したのよりも半分にすることもできる。
【０１０７】
なお、本図では再生時間間隔の情報はペイロードの先頭部分にまとめて配置した例を示しているが、図１０(A)の場合と同様に、再生時間間隔と対応する音声データとの組を順番にペイロードに格納するようにしても良い。
【０１０８】
図１０(D)は、音声データ間の再生時間間隔と、該再生時間間隔で再生すべきデータが時系列に連続する個数とを示す情報が付与された例を示している。本例では、ペイロードの先頭64ビットまでの領域が8ビットずつに区切られ、各々の8ビットにおいて、上位4ビット分が再生時間間隔を表し、下位4ビット分が該再生時間間隔で再生すべきデータが連続する個数を表している。これらの情報は、後続する音声データの系列に対して再生時間間隔を順番に示すものである。なお、本例でも、図１０(C)と同様に、基準となる再生時間間隔ΔTを4ビット値0x3と定義している。
【０１０９】
本ペイロード構造に対する具体的な処理としては、図８の音声再生処理フローの手順8Dにおいて、まずペイロードの先頭64ビット分の識別情報領域がまとめて取得される。その後、該識別情報を先頭から8ビットずつに区切りながら、各サイクルにおけるタイマ割り込み時間と、該割り込み時間を設定するサイクル数とを決定する。例えば、ペイロードの第0バイトの識別情報からは、上位4ビット値0x3により再生時間間隔がΔTであり、下位4ビット値0x3により該再生時間間隔が3サイクル分だけ有効であることが分かる。従って、最初の3つの再生データ、すなわち0x38、0x6D、0x94の再生サイクルにおいては、タイマ割り込み時間設定8Eにおいて再生時間間隔ΔTが設定される。同様に、ペイロードの第1バイトの識別情報に基づき、次の2つの再生データ、すなわち0x76、0x68の再生サイクルにおいては、タイマ割り込み時間設定8Eにおいて再生時間間隔2ΔTが設定される。
【０１１０】
本例は、共通の再生時刻間隔を有する時系列的な小区間の集合により構成されるような再生データを表現するのに非常に好適である。図９に示した例では、再生時刻間隔ΔTの小区間、2ΔTの小区間、3ΔTの小区間が、区間長が数個の単位で現れる場合の例であるが、本ペイロード構造では小区間長が大きければ大きいほど、識別情報に要するサイズを低減することができる。特に、小区間長が比較的大きく、一つ一つの小区間が数十個程度の音声データによって構成されるような音声データであればさらに好適である。このような場合、１つのパケットには1つの小区間しか格納しないという規則を設けることによって、識別情報として再生データの個数の情報を不要とし、１つのパケットにつき例えば1バイト分の時刻間隔情報を付与するだけで再生時刻の制御が可能とすることができる。
【０１１１】
このように、実際のペイロード構造としては様々な形態が考えられるが、いずれの形態であったとしても、再生すべき音声データの系列と、各々の音声データが再生されるべきタイミングを規定する識別情報とが格納されることは共通している。
【０１１２】
本発明を小型無線端末へ適用する場合、無線通信のデータ伝送速度は数十Kbps程度と低速であることが想定される。より一般的に言えば、無線通信は有線通信と異なり、空間的な多重化が不可能であることから、周波数帯、ひいては通信帯域そのものが非常に貴重なリソースであるとみなされている。そのため、伝送すべき音声データの総量に対して識別情報のサイズはできるだけ小さく抑えられることが好ましい。しかしながらどのようなペイロード構造が最適となるかは一意に特定できるわけではないので、実際に伝送しようとする音声データの特性によって採用すべきペイロード構造は自ずと異なってくることとなる。
【０１１３】
例えば、後述する送信側端末の第１の実施形態、および第２の実施形態において、間引きあるいはサンプリング低減を実施する区間の全体に占める割合が比較的小さい場合には、再生データ列は共通の再生時刻間隔を有する時系列的な小区間の集合により構成されるため、図１０（C）または図１０（D）に示した例を用いるのが適切である。また、間引きあるいはサンプリング低減を実施する区間の割合が相当程度大きい場合には、再生データ列の再生時刻間隔が時系列的に任意変動するため、図１０(B)に示した例を用いるのが適切であろう。同様に、後述する送信側端末の第３の実施形態においても、使用する閾値の値にもよるが、図１０(B)に示した例か、または前記図１０（C）または図１０（D）を用いるのが適切であろう。
【０１１４】
＜図１１＞DACの入出力特性
DAコンバータは、様々な原理、特性のものが考案されているが、本実施例に用いるDAコンバータは、例えば最も一般的に使用されているラダー抵抗形と呼ばれるものを用いることができる。本実施例では、一例としてラダー抵抗形のDAコンバータを用いた場合について説明する。
図５および図６において、DAコンバータDACは、入力が８ビットのデジタル値であり、出力が0〜3ボルトのアナログ電圧である。図１１は、DAコンバータDACの入出力特性のグラフの一例である。また、数１は、有効桁３桁で表現した入出力特性式である。
（数１）  出力電圧（ボルト）＝ 3.00 × 入力値（10進数換算）/256.00
図１１および数1は、DAコンバータDACが入力値に対応した線形出力特性を有していることを示している。すなわち、0x00（10進数換算で0.00）を入力すれば0.00ボルトが出力され、0xFF（10進数換算で256.00）が入力されれば3.00ボルトが出力される。また、入力値が0x01大きくなれば、出力値は約0.012ボルト大きくなる。
【０１１５】
＜図１２＞DACの時間応答特性
DAコンバータDACの時間応答特性について説明する。図１２は、時刻T0、T1、T2に、デジタル値0x38、0xBC、0x76を入力した場合の時間応答特性の一例を示している。時刻T0以前は、出力が0.0ボルトの初期状態であるとする。時刻T0にデジタル値0x38を入力すれば、出力のアナログ電圧は、0.0ボルトから入力値0x38に対応する0.66ボルトへと速やかに変化する。その後、次の入力を行う時刻T1までの間、出力は0.66ボルトのまま変化しない。時刻T1にデジタル値0xBCを入力すれば、出力のアナログ電圧は、0.66ボルトから入力値0xBCに対応する2.20ボルトへと速やかに変化し、次の入力を行う時刻T2までの間、出力は2.20ボルトのままである。同様に、時刻T2にデジタル値0x76を入力すれば、出力のアナログ電圧は、2.20ボルトから入力値0x76に対応する1.38ボルトへと速やかに変化し、次の入力を行うまでの出力を保持し続ける。
【０１１６】
DAコンバータDACにデジタル値が入力されたとき、DAコンバータDACの内部では、スイッチング機構により回路接続の切り替えが行われる。DAコンバータDACの理想的な時間応答特性は、図１２中の黒点で示した点を通るような階段形の出力が得られることであるが、実際には、スイッチングの瞬間から設計上の出力値に安定するまでには微小時間の過渡応答期間が発生する。通常のDAコンバータの場合、この過渡応答期間は数10ナノ秒程度である。本実施例のように音声を再生する場合、DAコンバータDACへの入力サイクルは高々数10キロヘルツであり、次の値を入力するまでには少なくとも数10マイクロ秒の時間経過がある。従って、過渡応答期間のデューティ比は0.1パーセント程度と、実用上は全く無視して構わないレベルとなる。
【０１１７】
図１２で示したように、一般的なDAコンバータは、駆動用の電力が供給される限り、次回の入力があるまで前回の入力に対する出力レベルを保持する。本実施例ではDAコンバータへの入力間隔を可変とするが、音声のような高々数10キロヘルツ程度の再生周波数に対応する程度であれば、過渡応答を考慮した駆動周波数の上限を気にする必要もなく、入力間隔を基準間隔の数倍あるいは数分の１の範囲で可変にすることは可能である。また、入力間隔を制御するマイクロプロセッサの性能としても、組み込み機器向けの安価なマイクロプロセッサであっても数メガヘルツ程度の動作周波数を有しているので、DAコンバータDACへのデータの入力間隔をマイクロ秒のオーダで制御することは可能である。
【０１１８】
＜図１３＞DACからのアナログ出力系列
図１３は、図９に示したのと同一の再生データを、同一の時刻タイミングでDAコンバータDACに入力した際の、出力電圧の時間特性の一例である。厳密に言えば、図１２に示したのと同様の過渡応答が発生するが、前述のように過渡応答のタイムスケールは実効上無視して構わないので、本図では理想的な階段型の出力波形とみなした場合を示している。
＜図１４＞出力フィルタ透過後のアナログ波形
図１３の出力電圧は、出力フィルタを透過した結果、図１４の実線によって示すような滑らかなアナログ波形へと変換され、スピーカへの入力となる。出力フィルタは、DAコンバータDACが出力した階段型の出力波形を平滑化し、高周波ノイズを除去する役割を果たす。出力フィルタの構成技術としては、コンデンサを用いた簡単な積分回路であっても良いし、応答特性の向上のために例えばサンプルホールド回路を用いることができる。一般的に、出力フィルタが出力する平滑化波形は、点線によって示す理想波形と完全に一致することはなく、平滑化の係数に対応して時間的に若干遅延した出力波形が得られることとなる。しかしながら、この遅延は高々基準周波数のオーダであって、通常の応用において再生品質の劣化として認識されることはない。
【０１１９】
なお、図中には特に示してはいないが、出力フィルタは、スピーカの出力特性に適合するように出力電圧を増幅したりレベル変換を行ったりするアンプ機能を備えても良いし、出力フィルタの回路とアンプの回路を別々に実装しても構わない。
【０１２０】
以上、無線パケットを受信し、音声データを再生する機能に関する実施形態の詳細な説明を行った。以降は、音声データをサンプリングし、無線パケットを送信する機能に関する実施形態の詳細な説明を行う。
【０１２１】
＜図１５＞音声サンプリング・パケット送信のデータフロー
図１５は、無線端末SNが、マイクから取得した音声波形をサンプリングし、音声データを格納した無線パケットを送信する際のデータフローの一例である。
【０１２２】
空気振動として伝播してきた音声は（S1）、マイクによって電気信号へ変換され、入力フィルタへ入力され（S2）、高周波成分の除去や電圧レベルの変換が施された後にADコンバータADCへ入力される（S3）。ADコンバータADCは、入力されたアナログ電圧を対応するデジタル値へ変換する。前記デジタル値はマイクロプロセッサにより取得される（S4）。マイクロプロセッサは、前記デジタル値が時系列的にどのようなタイミングで再生されるべきかを示した識別情報を生成し、前記デジタル値と共にRAMへ格納する（S5）。これらの情報は無線パケットのペイロードデータとなる。マイクロプロセッサは所定のタイミングで、前記ペイロードデータを格納したパケットデータを生成し（S6）、無線処理部RFへ入力する（S7）。無線処理部RFは、前記パケットデータをアナログ電気信号へ符号化し、無線アンテナへ出力する（S8）。無線アンテナは、前記電気信号を無線電波へ変換し、空気中へ伝播させる（S9）。
【０１２３】
無線端末SNが送信するパケットデータには、再生すべき音声データの系列と共に、音声データが時系列的にどのようなタイミングで再生されるべきかを示した識別情報とが格納されている。既に述べたように、具体的なペイロード構造としては図１０に示したような構造が可能である。そして、本パケットを受信する宛先の無線端末SNは、前述したパケット受信および音声再生の実施形態に従うことにより、前記識別情報に基づき再生タイミングを適切に制御することができる。すなわち、無線端末SNが音声データをサンプリングおよび送信する際には、音声データと識別情報とを所定の形式に従ってパケットに格納して送信するため、従来技術のように固定サンプリングレートの音声データを前提とすることもなく、再生時のサンプリングレートが時間的に任意に変動するデータとなっていても構わない。
【０１２４】
ここで、以後の説明のために、いくつかの用語の定義を行う。
【０１２５】
無線端末SNに関して、図１５に示したデータフローに従って音声をサンプリングし、音声データと識別情報を無線パケットに格納して送信する動作に着目する際は、該無線端末を「送信側無線端末」と呼ぶこととする。一方、図６に示したデータフローに従って、音声データと識別情報の格納された無線パケットを受信し、音声を再生する動作に着目する際は、該無線端末を「受信側無線端末」と呼ぶこととする。
【０１２６】
また、送信側無線端末の動作に関して、図１５においてマイクロプロセッサがADコンバータADCからデジタルデータを取得する際の処理を「基本サンプリング」と呼ぶこととする。また、前記基本サンプリングの実行周期に対応する周波数を「基本サンプリング周波数」と呼ぶこととする。本実施例では、送信側無線端末が無線パケットとして送信する音声データには、必ずしも基本サンプリングによって取得した音声データを全て送信する必要はない。送信すべき音声データを所定の規則に基づき取捨選択し、またそれに対応して、再生されるべきタイミングを示した識別情報を適切に付与することによって、基本サンプリングしたデータの一部のみを無線パケットとして送信しても構わない。この無線パケットとして伝送される実際の音声データを生成する際の処理を「実効サンプリング」と呼ぶこととする。
【０１２７】
以上の用語定義に基づき本発明の特徴を述べると、送信側無線端末は、基本サンプリングによって取得した音声データを元に、実効サンプリングデータ及び実効サンプリングデータを再生すべきタイミングを示した識別情報を生成し、無線パケットに格納および送信する。また、受信側無線端末は、受信したデータから抽出される識別情報に基づいて、再生データをDAコンバータに出力するタイミングを制御する。
【０１２８】
従来技術においては、データ圧縮、復元のアルゴリズムを適用することによって、伝送時の音声データ量を削減し、再生すべきデータを復元または補間することが一般的である。しかしながら従来技術では、ADコンバータやDAコンバータといったデバイスのレベルでの入出力の時点ではあくまでPCMフォーマットのように固定サンプリング周波数のデータを前提としており、入力間隔を可変にすることを想定していない。これは、従来の産業上の応用が、入力間隔を可変にする必要性を見出さず、また従来技術が入力間隔を可変にする必要のある産業上の応用を開拓してこなかったことに起因する。特に再生の際には、伝送時のデータフォーマットがどのようなものであったとしても、復元または補間といった処理を施し固定周波数のデータに整形した上で、該データをDAコンバータへ固定周期で入力し再生する。
【０１２９】
一方、本発明は、再生すべきデータがいかなる周波数変動特性を持っていようとも、受信側無線端末においてDAコンバータへのデータ入力のタイミングを任意に制御することによって、データの復元や補間といった処理を不要とし、該周波数変動特性をそのまま再生することを可能とする。このため、受信側無線端末の再生能力が大幅に向上し、送信側無線端末は、受信側無線端末の再生能力の制約の影響を受けることなく、大幅な自由度を以って実効サンプリングデータを生成することができる。つまり、実効サンプリングデータの周波数が時系列的に離散的または連続的に変動する可変サンプリングレートのデータを生成し、受信側無線端末へ送信することができる。また、マイコンの処理負荷、RAMの空き容量、無線通信品質の時間的な変動に対応して、非常に柔軟に実効サンプリングレートを調整することができる。すなわち、時々刻々と変動するリソース状況の下で、その状況において伝送可能な最適な品質の音声を伝送することができる。受信側無線端末はそのようなデータを受信しても、各データを再生すべきタイミングを示す識別情報に基づきDAコンバータへのデータ入力のタイミングを任意に制御することによって適切にデータを再生することができる。
【０１３０】
このように本発明では、送信側無線端末において、基本サンプリングデータをそのまま送信することを理想としながら、実効サンプリングデータの生成方法を適切な工夫を加えることによって、リソースに応じた音声品質の調整機能や、高品質の音声圧縮機能を実現することができる。以降では、このような送信側無線端末の制御方法に関して、いくつかの実施形態を示す。
【０１３１】
＜図１６＞送信側端末実施形態１（固定サンプリングの後にRAM内で間引く）
図１６は、送信側無線端末の第１の実施形態における、音声波形のサンプリング処理の概要を示したイメージ図である。
【０１３２】
本図上方には、ADコンバータADCへの入力波形S3の例を示している。入力電圧値の範囲としては、受信側無線端末におけるDAコンバータDACの出力電圧値の範囲と同じ0ボルトから3ボルトの範囲を想定しているが、これは本実施例の説明上の分かりやすさのであって、両者は必ずしも同一の電圧値の範囲である必要はない。
【０１３３】
本図下方には、入力波形S3と同じ時間軸におけるサンプリング時刻の列を示している。図中(1)で示しているのが基本サンプリング点であり、マイクロプロセッサが実際にADコンバータADCのサンプリング結果であるデジタル値を取得し、対応する識別情報と共にRAMへ格納する時刻の列である。
【０１３４】
本実施形態では、基本サンプリング点は固定のサンプリング周期を有しており、サンプリング時刻の間隔は時間的に変動しない。一方、図中(2)で示しているのが実効サンプリング点であり、基本サンプリング点を所定の規則によって決定されたデータ廃棄率に基づいて取捨選択するにより得られる。無線パケットに格納して送信するのは、この実効サンプリング点に対応する音声データおよび識別情報である。ここで、間引き区間Aは、基本サンプリング点から1つ飛ばしに選択した区間である。一方、間引き区間Bは3つの小区間から構成されており、始めが基本サンプリング点から1つ飛ばしに選択した小区間、次が基本サンプリング点から2つ飛ばしに選択した小区間、最後が再び基本サンプリング点から1つ飛ばしに選択した小区間である。このようにして、実効サンプリング周期が時間的に変動する音声データが生成、送信される。
【０１３５】
音声品質の維持という観点から言えば、基本サンプリング点を間引くことなくそのまま送信することができるのが理想である。しかしながら、無線環境の悪化等の条件によって無線通信のレートが十分に確保できない場面には、送信待ちのサンプリングデータが次々にRAM内にバッファリングされることとなる。このような状況下であくまで基本サンプリング点を送信しようとすれば、無線端末SNには大容量のRAMを搭載しなければならなくなる。あるいはRAM容量が十分でない場合には、いずれバッファオーバフローを起こしてしまう。
【０１３６】
本実施形態では、そのような状況下でRAMの空き容量が低下してきた場合に、間引き区間A、BのようにRAM内に格納されたサンプリングデータを選択的に廃棄することによって、RAMの空き容量を確保し、バッファオーバフローを未然に防止する効果が得られる。その際、データをランダムに、又はまとめて廃棄するのではなく飛び飛びに廃棄することによって、間引き区間においても最低限の音声品質を保証することができる。例えば、基本サンプリング周波数が18キロヘルツである場合には、間引き区間Aにおける実効サンプリング周波数は9キロヘルツ、間引き区間Bの第2の小区間における実効サンプリング周波数は6キロヘルツとなり、再生品質は多少劣化しながらも、会話音声を伝送するのには十分な程度の再生品質を確保することができる。このように、本実施例では端末のRAMの状況に基づいてサンプリングデータを選択的に廃棄することにより、端末のリソースに応じた音声品質調整機能を提供することが可能となる。
【０１３７】
本実施形態では、基本サンプリング点は一旦RAMへ格納した上で、実際に無線パケットとして送信するまでの間に実効サンプリング点を取捨選択するという手順を取る。従って、無線端末SNの備えるRAMの容量に比較的余裕があり、基本サンプリングから無線パケットの送信までの間にある程度の時間差が許容される場合への適合度が高い実施形態である。このような状況は、一般的にはリアルタイム性に対する要求レベルがそれほど強くない、オンデマンド型の音声伝送においてよく見られる。オンデマンド型の音声伝送には、無線通信のレートがリアルタイム伝送に必要なレートよりも小さい場合でも、送信側と受信側の両方でバッファリングしながら音声の伝送と再生が可能であるという利点がある。
【０１３８】
＜図１７＞送信側端末実施形態１における処理フロー例
図１７は、図１６において示した送信側端末実施形態１について、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例である。
【０１３９】
図１７の処理フローは、17A〜17Iで示される基本サンプリング処理、17J〜17Pで示される無線パケット送信処理、17Q〜17Sで示される実効サンプリングデータの生成処理、17T〜17Wで示されるサンプリング停止処理とによって構成される。
【０１４０】
ユーザの操作等によりサンプリング処理が開始される（17A）と、初期化処理が実行される（17B）。具体的には、ADコンバータADCの初期化、データ格納のためのRAM領域の確保、無線処理部RFの起動等の、ハードウェアおよびソフトウェアのリソース確保である。その後、基本サンプリングを行うためのタイマ割り込みを設定する（17C）。ここで、本実施形態では基本サンプリングは予め定められた固定周期毎に実行するので、タイマ割り込み設定17Cは、設定したタイムアウト時間間隔で繰り返し割り込みを発生する、オートリロードと呼ばれる設定を行うのが好適である。その後、マイクロプロセッサはスタンバイ状態へと遷移し（17D）、前記タイマ割り込みを待ち受けつつも、他のタスクを実行したりスリープしたりすることができる。タイマの設定時間が経過し、17Cにおいて設定したタイマ割り込みが発生すると（17E）、マイクロプロセッサはサンプリング処理、すなわちADコンバータADCからアナログ音声データに対応するデジタル値を取得する処理を実行する（17F）。取得したデジタル値をRAMへ格納する（17G）と共に、該デジタル値に対応する識別情報を生成し、同じくRAMへ格納する（17H）。その後、マイクロプロセッサは再びスタンバイ状態17Dへと遷移し、次回のサンプリング時刻の到来を待ち受ける（17I）。再生データをRAMから読み込み、DAコンバータDACへ出力する（8H）。
【０１４１】
マイクロプロセッサがスタンバイ状態17Dに入る度に、別のタスクの形でRAMに格納されたデータ量のチェックが行われ、必要に応じて無線パケットの送信処理や音声データの削減処理が実行される。まず、RAMに格納された音声データの総量のチェックが行われる（17J）。音声データ総量が所定の閾値TH1以上になると、無線パケットの生成処理（17K）および送信処理（17L）が実行される。音声データ総量が閾値TH1に達しない場合は無線パケットの生成と送信は行われない（17M）。無線パケットの送信処理は、その時点の無線通信環境によって、成功する場合も失敗する場合もあり得る。送信に失敗する場合の例としては、他の無線端末が通信中であるために自身が送信することができない状況が一定時間以上継続した場合や、無線環境が悪化した等の状況のため所定回数の試行を行っても受信側装置からの受信応答パケットが戻って来なかった場合が挙げられる。
【０１４２】
無線パケットの送信処理の結果を確認し（17N）、送信成功の場合には、送信を完了した音声データおよび対応する識別情報をRAMから削除する（17O）。無線パケットの送信処理に失敗した場合には、それらのパケットのデータは次回の送信の際に再試行する必要があるため、RAMに残したままとする（17P）。
【０１４３】
その後、RAM領域の中で、更なる音声データおよび識別情報の格納のための空き領域の容量がチェックされる（17Q）。空き容量が所定の閾値TH2より大きい場合には何も実行されないが（17R）、閾値TH2以下になると、以降のサンプリング処理の実行によって残りのRAM領域を使い果たしてしまいバッファオーバフローを起こしてしまう危険性がある。RAMの空き容量を確保するためには、その時点でRAM内に格納されている音声データおよび対応する識別情報の総量を削減すれば良い。そのために、音声データおよび識別情報に対して、前述したように所定の規則によって選択的に廃棄する処理を適用する（17S）。
【０１４４】
ユーザの操作等によりサンプリング処理の停止が指示される（17T）と、17Cにて設定されたタイマ割り込み設定の解除が行われる（17U）。その後、終了処理として17Bにおいて確保したリソースを解放を行い（17V）、サンプリング処理を終了した状態へと遷移する（17W）。
【０１４５】
＜図１８＞送信側端末実施形態２（基本サンプリング周波数を動的に変更する）
図１８は、送信側無線端末の第２の実施形態における、音声波形のサンプリング処理の概要を示したイメージ図である。
【０１４６】
図１６と同様に、本図上方には、ADコンバータADCへの入力波形S3の例を示している。同様に本図下方には、入力波形S3と同じ時間軸におけるサンプリング時刻の列を示している。ここで、図中(1)で示しているのは仮想的な基準サンプリング点である。ここで仮想的な基準サンプリングとは、本実施形態では実際にこれらの時刻の列に従ってサンプリングを行うわけではなく、基本サンプリングを実施する際の基準となる固定周期を意味する。実際の基本サンプリングは、図中(2)で示した時刻の列に従って行われ、その周波数は時間的に可変である。通常状態においては、基本サンプリング点は(1)に示した基準サンプリング点と同一であるが、サンプリング低減区間Aでは、基準サンプリング点から1つ飛ばしにサンプリングを実施している。一方、サンプリング低減区間Bは3つの小区間から構成されており、始めが基本サンプリング点から1つ飛ばしにサンプリングを実施した小区間、次が基本サンプリング点から2つ飛ばしにサンプリングを実施した小区間、最後が再び基本サンプリング点から1つ飛ばしにサンプリングを実施した小区間である。このようにして、実効サンプリング周期が時間的に変動する音声データが生成され、対応する識別情報と共にRAMへ格納され、無線パケットとして送信される。
【０１４７】
送信側無線端末内での詳細な動作は異なるものの、結果的には第１の実施形態と同一の実効サンプリングデータが生成、送信される。両者の動作の違いとしては、第１の実施形態ではRAMに格納した音声データに対して後から取捨選択を行った結果として可変周期の実効サンプリングデータを生成しているのに対して、本実施形態ではADコンバータADCから音声データを取得する時点で既に可変周期の実効サンプリングデータを生成している。つまり、マイクロプロセッサがRAMの空き容量、マイクロプロセッサの処理負荷、無線通信の品質や伝送レートに応じて、サンプリング周期を変更し、サンプリングを実行する。固定周波数でサンプリングしたデータをRAMに格納する処理を行わないため、マイクロプロセッサの処理負荷が軽減され、RAMの容量は少なくて済む。
【０１４８】
このような特性から、本実施形態はリアルタイム型の音声伝送への適合度が高い。一方で、サンプリング低減処理はリアルタイムに行うため、サンプリング低減の制御は各瞬間のリアルタイムの指標に基づいて行う必要があり、最終的な実効サンプリングデータを決定するまでの時間的な猶予はない。従って、基本サンプリングから無線パケットの送信までの間にある程度の時間差が許容される場合、すなわちオンデマンド型の音声伝送のような場合には、第１の実施形態の方が適合度が高い。もちろん、第１の実施形態と本実施形態の両方の制御を盛り込むことによって、オンデマンド型の音声伝送とリアルタイム型の音声伝送の両方への適合度の高い実効サンプリングデータ生成方法を実現することもできる。
【０１４９】
＜図１９＞送信側端末実施形態2における処理フロー例
図１９は、図１８において示した送信側端末実施形態２について、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例である。
【０１５０】
図１９の処理フローは、17A〜17Hおよび19A〜19Dで示される基本サンプリング処理、17J〜17Pで示される無線パケット送信処理、17T〜17Wで示されるサンプリング停止処理とによって構成される。大部分の処理は図１７に示した送信側端末実施形態１と同等であって、そのような処理には図１７におけるのと同一の符号を付与している。ここでは、図１７の処理との差異の部分、すなわち符号19A〜19Dを付与した部分の処理についてのみ述べる。
【０１５１】
初期化処理17Bの後、あるいは前回のサンプリングの後（19A）、マイクロプロセッサは所定のリソース指標をチェックする（19B）。ここでリソース指標とは、図１７に示した実施形態１の場合と同様にRAMの空き容量でも良いが、その他にもマイクロプロセッサの処理負荷を表す指標や、無線通信の品質や伝送レートを表す指標であっても良い。また、これら複数のリソースの状況を複合的に評価する指標であっても良い。図中では、このように様々に考えられる指標を、該サンプリングサイクル（N-th Cycle）における評価指標という意味で一般化してRI(N)と表記している。
【０１５２】
次に、マイクロプロセッサは取得したリソース指標RI(N)の値に応じて、該サンプリングサイクルにおけるサンプリング周期を決定する（19C）。該サンプリング周期は、リソース指標RI(N)の関数であるという意味で一般化してT(RI(N))と表記している。そして、このサンプリング周期に基づき、基本サンプリングを行うためのタイマ割り込みを設定する（19D）。例えば、リソース指標RI(N)が大きい時には送信側無線端末のリソース使用量が増大していることを意味しているとすると、リソース指標RI(N)の増大とともにサンプリング周期T(RI(N))も増大するように定義する。つまり、リソース使用量が増大した場合には、サンプリング周期を長く取り、マイクロプロセッサの処理負荷やRAMの使用量、送信データ量を低減することによって、リソース使用量の増大を抑制し、動作の安定化を図ることができる。
【０１５３】
ここで、本実施形態では基本サンプリングの周期は毎回のサイクル毎に可変となるので、タイマ割り込み設定19Dは、該サイクル1回限りのみで有効な設定である。従って、図17におけるタイマ割り込み設定17Cとは異なり、19Dではオートリロードの設定は不要であり、17Eのタイマ割り込み発生によって該割り込み設定は速やかに解除される。
【０１５４】
他の各処理は、図17における対応する符号で示された処理と同等である。
＜図２０＞送信側端末実施形態３
（入力周波数に応じて実効サンプリング周波数を動的に調整する）
図２０は、送信側無線端末の第３の実施形態における、音声波形のサンプリング処理の概要を示したイメージ図である。
【０１５５】
図１６で示した実施形態１、図１８で示した実施形態２においては、送信側無線端末におけるRAMをはじめとするリソース使用量に応じて実効サンプリング周波数を調整する制御の例を示した。一方本実施例では、入力された音声周波数に追従する形で実効サンプリング周波数を調整する制御の例を示す。このような制御を行うことにより、伝送する音声の品質を損なうことなくリソース使用量の低減を実現することができる。特に、音声データの高品質な圧縮技術としての観点では、非常に処理負荷の軽い、有効性の高いデータ圧縮を実現することができる。
【０１５６】
本図では、ADコンバータADCへの入力波形S3として、最初は周波数が高く、そして途中から顕著に周波数が低くなるという特性を有する波形が入力された場合を示している。
【０１５７】
このような入力波形に対して、本実施形態では、まず(1)に示すように、固定周波数での基本サンプリングを実施する。ただし、サンプリングの各サイクルにおいては、サンプリングデータを全てRAMへ格納するのではなく、前回のサンプリングデータと値を比較した上で、RAMへ格納するかどうかを判定する取捨選択のアルゴリズムを適用する。具体的には、前回選択したサンプリングデータをマイクロプロセッサ内のレジスタに保持しており、このデータと今回のサイクルのサンプリングデータとを比較し、変化分が所定の閾値未満であればRAMへ格納せずに廃棄し、変化分が所定の閾値以上であればRAMへ格納する。
【０１５８】
このような取捨選択アルゴリズムを施すことによって、RAMに格納される実効サンプリング点(2)は、入力波形が高周波である時間区間においては実効サンプリング周波数が大きくなり、入力波形が低周波である時間区間においては実効サンプリング周波数が小さくなる。このように入力された音声周波数に追従する形で実効サンプリング周波数を調整する制御が実現される。この実効サンプリング周波数の調整による効果を以下に示す。
【０１５９】
本実施形態を用いて人間の発話音声をサンプリングする場合には、高周波区間というのは主に子音部に現れる。子音部の中でも特に高周波成分の含まれるのは摩擦音であり、日本語であればサ行、タ行、ハ行等の子音部、英語であればth、sh、f等の子音が該当する。これらの摩擦音は、主に3キロヘルツから5キロヘルツ程度の周波数成分によって構成されている。一方、人間の発話時間のうち8割から9割を占める母音部の周波数成分は、個人差はあるが通常は数百ヘルツからせいぜい1キロヘルツ以下である。
【０１６０】
従って、本実施形態を発話音声のサンプリングに利用すれば、発話時間のうちの1割から2割を占めるに過ぎない子音部のみ高周波数でサンプリングされ、残りの8割から9割の母音部は低周波数でサンプリングされることにより、音声品質をほとんど劣化させることなく、非常に高効率でサンプリングデータ量の削減を実現することができる。
【０１６１】
さらに、人間が通常の速度で会話を行う際には、２割から５割程度の時間は、発話区切りや思考の時間であり、発話をしていない無音期間が発生する。本実施形態によれば無音期間においては実効サンプリング周波数がさらに低減される。このような人間の発話音声の特性を勘案すれば、本実施形態によって発話音声は、基本サンプリングデータをそのまま全て実効サンプリングデータとした場合と比較して、十分の一以下のデータ量にまで削減することができる。
【０１６２】
また本実施形態の従来技術による音声圧縮技術と比較した場合の大きな優位点として、リソースの消費量が非常に小さいということが挙げられる。従来技術では、高速フーリエ変換FFTや予測符号化といった高度な圧縮アルゴリズムを使用しており、これは非常に大きなマイクロプロセッサの演算量とRAM容量とが必要となる。一方本実施形態では、必要な処理は前回のサンプリングデータとの比較演算のみであるので、マイクロプロセッサの演算量は非常に小さい。また、サンプリングデータをレジスタに一時的に保持し、RAMに格納する前に所定の条件を満たすサンプリングデータを廃棄するため、RAMに格納すべきサンプリングデータ量は固定サンプリングの場合の十分の一以下となる。再生タイミングを示す識別情報を格納する領域が必要であることを勘案しても、RAMの使用量は従来の圧縮技術と比較すれば圧倒的に小さく、さらに固定サンプリングの場合と比較しても小さくなることが期待できる。このように、本実施形態はリソース消費量が非常に小さいながら、音声品質をほとんど劣化させないという特徴を備えている。
【０１６３】
＜図２１＞送信側端末実施形態3における処理フロー例
図２１は、図２０において示した送信側端末実施形態３について、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例である。
【０１６４】
図１９の処理フローは、17A〜17Hおよび21A〜21Lで示される基本サンプリング処理および実効サンプリングデータ生成処理、17J〜17Pで示される無線パケット送信処理、17Tで開始されるサンプリング停止処理とによって構成される。図１７に示した送信側端末実施形態１と同等の処理には、図１７におけるのと同一の符号を付与している。ここでは図１７の処理との差異の部分、すなわち符号21A〜21Lを付与した部分の処理を中心に述べる。
【０１６５】
サンプリング処理の開始後、初期化処理の一環として、21A〜21Cで示される初回サンプリング処理が実行される。本処理は、初回サンプリングを実行し（21A）、取得したサンプリングデータをレジスタおよびRAMへ格納し（21B）、廃棄カウンタを0に初期化する処理（21C）から構成される。ここで廃棄カウンタは、入力波形が非常に低周波である場合や無音期間が続いた場合であっても、少なくとも所定の最低周波数でのサンプリングを保証する、つまり最低品質の音声を保証するための制御情報である。
【０１６６】
その後の各サイクルにおいては、固定周期での基本サンプリングを実行（17F）した後、前記廃棄カウンタの値をチェックする（21D）。廃棄カウンタが所定の閾値TH3未満であるならば、該サイクルにおけるサンプリングデータは廃棄する可能性がある。実際に廃棄するかどうかは、レジスタに保持された前回選択したサンプリングデータとの比較によって決定する（21E）。該サイクルにおけるサンプリングデータ値とレジスタ値との差分が所定の閾値TH4未満であるならば、該サンプリングデータは廃棄し（21F）、廃棄カウンタの値に1を加えた後に（21G）、次のサンプリングサイクルのスタンバイ状態17Dへと遷移する（21H）。21Dにおいて廃棄カウンタが所定の閾値T3に達した場合（21I）、または21Eにおいてサンプリングデータ値とレジスタ値との差分が所定の閾値TH4以上であった場合（21J）には、該サンプリングデータは廃棄せず、レジスタへ上書きし（21K）、さらにRAMへ格納する（17G）。その後、廃棄カウンタを0にリセット（21L）した上で、前記サンプリングデータに対応する識別情報を生成してRAMへ格納し（17H）、次のサンプリングサイクルのスタンバイ状態17Dへと遷移する（21H）。
【０１６７】
本処理フローにおいて、手順21Bおよび手順21Kのように前回選択したサンプリングデータをレジスタに格納しておき、手順21E以降のように今回取得したサンプリングデータを前記レジスタ値と比較した上で該サンプリングデータを選択するか廃棄するかを決定することによって、入力波形の周波数に追従して実効サンプリング周波数を調整する処理が実現される。具体的には、入力波形が高周波の場合には、前回レジスタ値からの変化分が高頻度で閾値TH4以上となるので、手順21K以降のデータ選択処理が起動される頻度が高くなり、結果として実効サンプリング周波数が高くなる。一方入力波形が低周波の場合には、前回レジスタ値からの変化分が高頻度で閾値TH4未満となるので、手順21F以降のデータ廃棄処理が起動される頻度が高くなり、結果として実効サンプリング周波数が低くなる。なお、レジスタに格納されているのは1回前のサイクルにおけるサンプリングデータではなく、最後に手順21K以降のデータ選択処理が起動されたサイクルにおけるサンプリングデータである。従って、例えば入力波形の周波数が半分になれば、レジスタ値からの変化分が閾値TH4以上となるまでのサイクル数の期待値は2倍となることが期待される。このように、本処理フローによって、実効サンプリング周波数は入力波形の周波数に精度良く追従することが期待できる。
【０１６８】
なお、同一の音声であっても、マイクとの距離を離して発話した場合には入力時の音圧レベルが小さくなり、高周波であっても前回サンプリングデータとの変化分は小さくなってしまう。従って、音圧レベルの大小による影響を受けることなく同一の特性を保ちながら、実効サンプリングデータを入力周波数の変動に追従させるためには、実効サンプリングデータの取捨選択の際の閾値TH4は、レジスタ値が大きい場合には相応に大きく、レジスタ値が小さい場合には相応に小さくすることが好ましい。例えば、ADコンバータが線形入出力特性を有する場合には、レジスタ値に比例した重み付け係数を導入すれば良い。
【０１６９】
なお、本処理フローが意図した通りに動作するためには、基本サンプリングの周波数は入力波形の最高周波数の2倍以上であるという、いわゆるサンプリング定理が満たされている必要がある。そのためには、入力フィルタが、入力波形に対して、基本サンプリング周波数の二分の一を超える高周波成分をカットするという特性を有している必要がある。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
以上のように、本発明は、安価で低リソースなマイクロプロセッサやメモリにより構成された小型無線端末において、高音質の音声通話機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明をウェアラブル型の小型無線端末に適用した場合の、無線端末から基地局、サーバまでを含むシステム全体の構成の一例。
【図２】図１に示した無線トポロジにおいて、無線端末SN1が他の装置（無線端末SN2〜SN6、およびサーバSRV）と通信する際に使用される通信経路の一例。
【図３】本発明を腕時計型の無線端末SN1に適用した例を示す正面図(A)および底面図(B)の一例。
【図４】本発明を名札型の無線端末SN2に適用した例を示す表面図(A)および裏面図(B)の一例。
【図５】図３と図４に共通に適用可能な機能構成をもつ一般化された無線端末SNのブロック図の一例。
【図６】前記無線端末SNが、音声データを格納した無線パケットを受信し、スピーカから音声を再生する際のデータフローの一例。
【図７】無線端末SNが音声データを格納した無線パケットを受信する際の、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例。
【図８】無線端末が音声データを再生する際の、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例。
【図９】無線端末が音声データを再生する際の、音声データとその再生タイミングの一例。
【図１０】無線端末SNが受信する、音声データが格納された無線パケットのペイロード構造の一例。
【図１１】DAコンバータDACの入出力特性のグラフの一例。
【図１２】時刻T0、T1、T2に、デジタル値0x38、0xBC、0x76を入力した場合のDAコンバータDACの時間応答特性の一例。
【図１３】図９に示したのと同一の再生データを、同一の時刻タイミングでDAコンバータDACに入力した際の、出力電圧の時間特性の一例。
【図１４】図１３の出力電圧が出力フィルタを透過した結果として得られるアナログ波形の一例。
【図１５】無線端末SNが、マイクから取得した音声波形をサンプリングし、音声データを格納した無線パケットを送信する際のデータフローの一例。
【図１６】送信側無線端末の第１の実施形態における、音声波形のサンプリング処理の概要を示したイメージ図の一例。
【図１７】送信側端末実施形態１について、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例。
【図１８】送信側無線端末の第２の実施形態における、音声波形のサンプリング処理の概要を示したイメージ図の一例。
【図１９】送信側端末実施形態２について、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例。
【図２０】送信側無線端末の第３の実施形態における、音声波形のサンプリング処理の概要を示したイメージ図の一例。
【図２１】送信側端末実施形態３について、マイクロプロセッサが実行する処理フローの一例。
【符号の説明】
【０１７２】
SN1〜SN6      無線端末
DAC      DAコンバータ
ADC      ADコンバータ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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