(57)【要約】【課題】  音声符号化や複数呼チャンネル生成や試験信号評価の際のパケットネットワーク内の包括的VQTについて、試験効率を減らさず計算量を減らすこと。【解決手段】  試験システムは事前符号化された試験データセットを含む。試験データは、ネットワーク上の音声通信に用いることのできる音声符号化を用いて事前符号化する。VQT期間中、データは、ネットワーク上の伝送へ向け事前符号化データセットから選択することができ、それによって試験音声波形の音声符号化に伴なう実時間オーバーヘッドを取り除く。   【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声通信ネットワークの音質を試験するシステムであって、
１組の事前符号化試験ファイルのための第１の記憶媒体と、
前記１組の事前符号化ファイルに結合した試験コントローラと、
前記試験コントローラに接続され、前記システムを前記音声通信ネットワークに接続する、少なくとも１つのインタフェースと、を備える前記システム。
【請求項２】
前記事前符号化試験ファイルセットは、音声コーデックを用いて事前に符号化される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記音声コーデックは、ITU-T規格G.711,G.723.1,G.726,G.728,G.729からなるセットから選択する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の記憶媒体は、動的試験ファイルライブラリを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の記憶媒体は、静的試験ファイルライブラリを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
復号された音声ファイルセットを記憶する第２の記憶媒体をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の記憶媒体に接続される事前符号化器をさらに備える請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記事前符号化器に接続され、前記ネットワーク上のコーデックまたはプロトコルを判定する検出器をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記インタフェースは、前記ネットワークの物理層へ接続されるものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の記憶媒体は、１以上のデータ伝送プロトコルに関連する処理を用いて事前に符号化された試験ファイルを備える、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット交換ネットワークの音質試験用のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディジタル音声通信は主にＴキャリアシステム等の回路交換網に頼るものであった。しかしながら、音声通信用にパケット交換ネットワーク（例えばインターネット）が益々使用されつつある。音声通信へのパケット交換ネットワークの採用が、音声伝送に固有の要求すなわち音質試験（VQT）を扱うパケット交換ネットワークの能力試験の必要性を生み出した。
【０００３】
図１は、インターネットプロトコル媒介音声（VoIP；Voice over Internet Protocol）等のパケット交換音声通信に用いることのできるプロトコルスタック１００の一例を示すものである。プロトコルスタックは、開放型システム間相互接続（OSI；Open  Systems  Interconnect）モデルへマップされる。アプリケーション層１０５は、アナログ音声信号の生成及び処理を含む。従来のVQT機能性は、存在する場合には、本来アプリケーション層１０５にある。
【０００４】
プレゼンテーション層１１０は、音声符号化（ボコーディング）に用いることのできる音声コーデック（CODEC、符号化復号化器）を含む。この種のコーデックには、G.711,G.722,G.723.1，G.729とそれらの変形例を含めることができる。プレゼンテーション層は、フォーマット化やコード変換や圧縮や暗号化をもたらすことができる。
【０００５】
セッション層１２０には実時間伝送プロトコル（RTP；Real-Time  Transport  Protocol）を含めることができ、これが符号化音声の第１段パケット化を提供する。RTPは、タイミング再生や損失検出や機密保護や内容同定を含む実時間特性をもったアプリケーション用サポートを提供する。一般にセッション層は、二つの異なるユーザ（呼チャンネル）間のプロセスに対する接続のセットアップ及び保守管理を提供する。
【０００６】
トランスポート層１３０には、ユーザ・データグラム・プロトコル（UDP；User  Datagram  Protocol）あるいは伝送制御プロトコル（TCP；Transmission  Control  Protocol）が含まれよう。この層は、第２段パケット化を取り扱う。トランスポート層は、ネットワーク上の端点間で誤差修復とフロー制御を取り扱う。
【０００７】
ネットワーク層１４０とデータリンク層１５０と物理層１６０は、パケット交換ネットワークの内部機能に関係するものである。ネットワーク層１４０は、インターネットプロトコル（IP；Internet  Protocol）を含むことができる。データリンク層は、IEEE802（例えば、802.2や802.3）論理リンク制御（LLC）層や媒体アクセス制御（MAC）層を含むことができる。ネットワーク層とデータリンク層が、フレーム形成とパケット交換ネットワーク内でのノード間伝送に関する他のサービスを提供する。物理層は、データを伝送する物理層へのインタフェースを提供する。
【０００８】
図１のプロトコルスタックの異なる層は、ハードウェアとソフトウェアの様々な組み合わせで実行することができる。例えば、層１０５，１１０，１２０，１３０，１４０は、バスを介して汎用マイクロプロセッサに結合した専用ハードウェア及びファームウェアにより実行する層１５０，１６０を備えた汎用マイクロプロセッサによりソフトウェアにて実行することができる。さもなくば、ディジタル信号プロセッサ（DSP）を層１１０と関連するコーデックの実行に用いることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
パケットネットワーク内の包括的VQTは、音声符号化や複数呼チャンネル生成や試験信号評価用に相当の計算力を必要とする。従って、試験効率を減らすことなく計算要求を低減する方法を探し出さねばならない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、音質試験用のシステム及び方法に関するものである。試験用の音声波形は様々なコーデックを用いて事前符号化され、ネットワーク上を伝送させることのできる試験データセットを生成する。音声波形の事前符号化は、試験期間中の計算に関する実時間要件を低減する。
【００１１】
パケット交換音声ネットワーク内での音質試験（VQT）用のシステムと方法を、開示する。一実施形態では、試験システムは事前符号化された試験データセットを含む。試験データは、ネットワーク上の音声通信に用いることのできる音声符号化を用いて事前符号化する。VQT期間中、データは、ネットワーク上の伝送へ向け事前符号化データセットから選択することができ、それによって試験音声波形の音声符号化に伴なう実時間オーバーヘッドを取り除く。この事前符号化はまた、１以上のデータ伝送プロトコルに関連する処理を含むよう拡張することもでき、かくして試験に関する計算要求をさらに低減する。試験データセットの大きさを低減するため、ネットワーク上のコーデックを特定し、VQT前に被特定コーデックのみを用いて試験データを事前符号化することができる。
【００１２】
一実施形態では、試験システムは試験コントローラに結合した事前符号化音声データセットを備える。試験コントローラは、ネットワークに結合するための１以上のインタフェースを有する。各インタフェースは、データ伝送プロトコルに関連付けることができる。試験システムはまた、音声コーデックの存在および種別を判定し、ネットワークに存在するデータ伝送プロトコルを判定する検出器を含む。試験システムにはまた、事前符号化器及び音声データセットを含めることができる。これにより、検出器が検出するコーデックあるいはデータ伝送プロトコルを用いて事前符号化データセットを生成する。
【００１３】
別の実施形態では、VQT用の方法が提供される。ネットワーク内のVQT用アナログ波形を量子化し事前符号化し、試験データを生成する。事前符号化には、一組の音声コーデックを用いた量子化波形の処理を含めることができる。データを試験データセットから選択し、ネットワーク上を伝送させることができる。伝送データは、ネットワークを介して受信し、特徴化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面は本明細書に組み込まれてその一部を形成するものであり、説明と併せ本発明の実施形態を示し、本発明原理を説明するのに役立つ。この説明に関連する図面は、特別に注記する場合以外は実寸に合わせて作図したと理解しないようにされたい。
【００１５】
用語及び概要
図２は、本発明の一実施形態になる代表的な音声通信システム及び試験セットアップに関する機能ブロック線図２００を示す。このシステムは、アナログ入力信号２１０を生成する試験信号発生器２０５の汎用素子と、ディジタル符号化器２１５と試験ファイルセット２１８とパケット組立器２２０とパケット交換ネットワーク２２５とパケット分解器２３０と出力アナログ信号２４０を生成する復号器２３５と試験信号評価器２４５を含む。
【００１６】
試験信号発生器２０５は、ディジタル符号化器２１５に印加する音響すなわち電子アナログ信号（例えば、音声あるいは等価音声）２１０を生成する。ディジタル符号化には、アナログ信号２１０のアナログからディジタルへの変換が含まれ、圧縮や暗号化や音声コーデックアプリケーション等の他のディジタル信号処理を含めることができる。音声の事前符号化を具体例として説明したが、本発明の実施形態には音楽や環境音などの他の音声素材の事前符号化を含めることもできる。
【００１７】
肉声は、その冗長特性を考慮すると圧縮に向いており、圧縮は、情報伝送を増大させる上で望ましい方法である。その一方で圧縮は、言葉の訛りの場合に情報ストリームの感度が増大する。従って、データ転送速度と品質の間には避けがたいトレードオフがある。
【００１８】
音声通信では一般の慣例として、サンプリングレートと標本解像度を制限することにより、伝送ネットワークに対する要求を減らしていた。例えば、ITU-T（国際電気通信連合電気通信標準化部門）規格G.711には、64kbpsデータストリームを生成する8kHzサンプリングレート及び８ビットサンプルが詳記されている。8kHzのサンプリングレートにより、システムアナログ周波数応答は4kHz未満に効果的に抑制されるが、人の可聴範囲は約20kHzまで広がっている。一般に音声符号化（ボコーディング）は、不可逆のプロセスであり、ネットワークの全体的な情報流れを増やす場合に、所定の量の信号品質が犠牲になる。
【００１９】
不可逆圧縮を使用することで、洗練されたボコーダ（音声符号化器）の開発が先導され、それによりデータレートの最大の低減を達成する一方で品質損失を最小化してきた。音声通信は、ビット損失／転訛と伝送信号の本人による究極の知覚との相関をとるのが困難である点において、ディジタルネットワーク固有の需要がある。このように相関がとれないので、計算集約型の音声符号化アルゴリズムが行われる。例えば、１秒間に対して１０から２０ミリオンの命令（MIPs；Million Instructions Per second）からのどんな箇所も、標準的な音声符号化機構を用いた、パケットネットワーク上の音声呼チャンネルのサポートにあたり必要になる。
【００２０】
ディジタル符号化器２１５が生成するディジタル情報系列は、試験ファイルセット２１８に記憶される。試験ファイルセット２１８は、揮発性あるいは不揮発性の記憶媒体に記憶されることができる。事前符号化試験ファイルセット２１８により、ブロック２０１は、ネットワークの残りのプロセスから一時的に分離され、それによりシステム内のデータ伝送期間中に処理資源に対する競合が減る。試験期間中、試験に必要なデータは、事前試験ファイルセット２１８から抽出される。
【００２１】
試験ファイルセット２１８内に記憶された情報は、パケット組立器２２０へ送られる。パケット組立器２２０は、情報を、一連のパケットに変換してパケット交換ネットワーク２２５を介して伝送する。パケット交換ネットワーク２２５は、パケット組立器２２０により生成されたパケットを、パケット分解器２３０へ伝送する。パケット交換ネットワークは、環境の影響（例えば電気ノイズ）を受けることに加え、パケット損失にもさらされる。この場合のパケット損失は、ネットワークの輻輳に起因する遅延を経て生ずる。従って試験のために、同時呼チャンネルをセットアップすることにより、ネットワークに重圧をかけることは望ましい。複数呼の保守管理により、試験システムに対する計算要求が増える。
【００２２】
パケット分解器２３０は、パケット交換ネットワーク２２５からパケットを受信し、パケット組立器２２０へ入力されたディジタル情報系列を抽出する。再生されたディジタル系列は、出力アナログ信号２４０を生成するデコーダ２３５へ送られる。出力アナログ信号は、試験信号評価器２４５へ送られる。
【００２３】
試験信号評価器２４５は、出力信号２４０を入力信号２１０と比較する。評価では、入力信号と出力信号の間の差分を割り出す。上述のように、一般に符号化プロセスに関連して所定量の故意の品質損失が存在し、ネットワーク上の伝送に関連してさらに損失・歪みが存在する。一般に、音質決定に関連して多くの要素が存在する。これらの要素には、遅延やエコーや明瞭度がある。
【００２４】
遅延とエコーは、定量化および理解が比較的容易だが、明瞭度について定量化するのはより相当に困難である。これまで明瞭度は、一群の実際の聴衆から導き出された、意見評点の平均（MOS；Mean  Opinion  Score）を用いて測定されてきた。図２を参照すると、試験信号評価器２４５は一群の聴衆であり、アナログ音声は音響信号である。より最近になって、コンピュータに基づく方法が開発され、それにより知覚された音質の客観的な測定値を生成されてきた。復号された音声伝送の計算による評価要求は、人の知覚を考慮すべき点において、音声の符号化の場合と似たものとなる。
【００２５】
明瞭度測定技法の二つの例が、客観的音質測定（PSQM；Perceptual  Speech  Quality  Measurement）法と客観的分析／測定システム（PAMS；Perceptual  Analysis／Measurement  System）法である。近時、PSQMとPAMSの両方の要素を組み合わせる音質の客観的評価（PESQ；Perceptual Evaluation of Speech Quality）モデルが導入されてきた。再び図２を参照すると、アナログ音声信号２４０は、迂回が可能であり、復号器出力は、依然としてデジタルのままの部分的に復号された信号を評価するために、コンピュータ２４５へ直接送ることができる。
【００２６】
音質試験（VQT；Voice  Quality  Testing）は一般に実時間プロセスであり、このプロセスにおいて図１のプロトコルスタック１００の各層は、全体的な計算オーバーヘッドに寄与している。本発明の実施形態では、試験データは図１のプレゼンテーション（コーデック）層１１０の下位層への送るために事前符号化する。こうして、より上位の層のプロトコルの計算要求と潜在的な障害を取り除くことができる。
【００２７】
図３は、開放型システム間相互接続（OSI）に写像した本発明の実施形態の線図３００を示す。パケット交換ネットワークの試験は、図１に示す層１１０の上位に常駐するアプリケーションを実行することにより、層１１０から１６０の機能を実行し、それにより行うが、これとは対照的に、本発明の実施形態は、層１１０の下位層へ送る事前符号化データを用い、それによって層１１０に関連する計算オーバーヘッドを低減する。一実施形態では、試験アプリケーション３０５が、データをセッション層１２０へ直接送る。
【００２８】
代替実施形態では、ネットワーク分離VQTアプリケーション３１０は、層１１０，１２０，１３０，１４０，１５０を迂回し、それによりデータパケットを物理層１６０へ直接送る。処理資源は通常、プレゼンテーション層１１０に関連する音声コーデックの場合に、最大量要求されるが、プロトコルスタックの他の層の処理は、実時間処理を必要としないようにすることができる。これらのプロセスを事前符号化することにより、プロセス負荷をさらに低減することができる。バックグラウンドのトラフィックを提供するにあたり、アプリケーション３１０を用いることができるが、その場合パケット交換ネットワークに重圧がかかる。このトラフィックには、試験期間中に分析されない情報を搬送するパケットを含めることができる。
【００２９】
VQT用の事前符号化試験ファイルシステム
図４は、ネットワーク４３５に結合したVQTシステム４００の一実施形態を示す。図４の実施形態には、個別に例示し説明する幾つかの機能ブロックが含まれる。しかしながら、１ブロックおよびその機能性を、別のブロックと結合できることは言うまでもない。また、図示あるいは説明していない他の要素をシステム４００に含めることができることも理解されたい。一般に、システム４００はVQT用ネットワークに対する事前符号化音声ファイルの導入をもたらす。
【００３０】
一実施形態では、このシステムは試験コントローラ４１５に結合される事前符号化データ用の記憶媒体４１０を含む。事前符号化データは、量子化し符号化した音声波形（人の声）を含む。符号化には、圧縮や暗号化や濾波や他の処理を含めることができる。事前符号化には、ＲＴＰ（セッション層）やＵＤＰ（トランスポート層）やＩＰ（ネットワーク層）やイーサネット（データリンク層）などの様々なデータ伝送プロトコルの一部であるデータ処理機能を含めることができる。事前符号化には、ファイル内容にアクセスするのに用いる情報のフォーマット化の追加もまた含めることができる。
【００３１】
事前符号化用に用いることのできるコーデックの例は、ITU-T規格G.711,G.723.1，G.726,G.728,G.729である。これらのコーデックが要求するこのビットレートは、約５キロビットから６４キロビットの範囲にわたるものである。一般に、品質の損失を最小化しつつ、より低いビットレートを達成するにはさらなる計算能力が必要とされる。G.729やG.723.1等のコーデックは、パケット通信が無音期間中に低減されるようにする音声活量検出器（ＶＡＤ；Voice  Activity  Detector）機能を有する。無音期間中は、心地良いノイズ発生器（ＣＮＧ；Comfort  Noise  Generator）を用いて背景ノイズを生成することができる。これらの機能は、事前符号化期間中に調整することができる。
【００３２】
事前符号化ファイルセット４１０の大きさを制限するために、試験システム４００は随意選択的に、復号された音声ファイル（例えば、ウェーブファイル）のための記憶部４０５、事前符号化器４２０、コーデック及びプロトコル検出器４２５を含む。検出器４２５は、ネットワーク４３５に接続され、ネットワーク４３５上で使用中の音声コーデック及びデータ転送プロトコルを決定する。この情報は事前符号化器４２０へ送られる。その結果、復号された音声ファイルを事前符号化することができ、それにより記憶媒体４１０に必要な試験ファイルを生成する。以上のように、試験ファイルのセットを、特定の試験事例に必要なこれらのファイルのみに、限定することができる。
【００３３】
試験ファイルセットは、コーデックまたはプロトコルの検出後の試験直前に事前符号化されるが、ダイナミック試験ファイルライブラリと呼ばれることがあり、揮発性メモリやディスクドライブ等の、光学的あるいは磁気的記憶媒体に記憶されることができる。ファイルセットは、符号化されて一連の試験用に利用可能であるが、スタティック試験ファイルライブラリと呼ばれ、通常はディスクドライブ等の光学的または磁気的記憶媒体に記憶される。一般に、復号された音声ファイル４１０と事前符号化ファイル４１０は、試験データ源と呼ばれる。
【００３４】
図４の実施形態では、試験コントローラ４１５は、全体的な試験フロー／スクリプトを処理し、試験ファイル４１０をネットワークへ送る。音声コーデックは通常、一連のフレームを出力として生成する。試験ファイルの符号化期間中、フレーミングは、ファイル内でのデータフォーマット化により変更することができる。試験コントローラ４１５は、データファイルを解読し、必要に応じて一連のフレームを再生する。コントローラ４１５は、１以上のインタフェース４３０によりネットワークに接続される。Ｎ個のインタフェース４３０はそれぞれ、特定のデータ伝送プロトコルに準拠し、これにより異なる事前符号化レベルをもったファイルがネットワークに導入される。インタフェースはソフトウェア型インタフェースとするか、あるいは物理層に特定されたインタフェースを含めることもできる。例えば、試験システム４００はイーサネットのポートに直接接続することができる。
【００３５】
複数層の媒体／プロトコルスタックを取り扱う単一のプロセッサに依存するネットワークハードウェアにとって、事前符号化は、プロセッサの負荷を低減し、試験対象システムをしてより高い処理能力の達成を可能とする。より高い処理能力は、ネットワークの重圧印加試験に関する背景トラフィックレベルを達成するのに用いることができる。例えば、一つの呼チャンネルあるいは保持対象呼チャンネルのサブセット上でVQTを実施した状態で、幾つかの同時VoIP呼チャンネルをセットアップすることができる。保持対象チャンネル総数を変更することで、ネットワーク容量に起因する音質を評価することができる。
【００３６】
改善されたVQTのための方法
図５は、VQT用の方法実施形態のフローチャート５００である。フローチャート５００に特定のステップを開示したが、この種のステップは例示的なものである。ステップ５１０では、通話等の音声データがデジタル化され、復号されたディジタル音声データファイルセットが生成される。データファイルは合成できるか、あるいは音響波形のアナログからディジタルへの変換により生成することができる。音声データファイルは、試験システムに記憶させることもあるいは記憶させないこともできる。
【００３７】
ステップ５１５では、音声データファイルを事前符号化して事前試験ファイルセットを生成する。事前符号化は、様々な音声コーデックを用いて行なうことができ、好ましくは広く用いられているコーデックとプロセッサ集約型として知られるコーデックを用いてなされる。事前符号化は、特定の試験事例用に用いるダイナミックライブラリを生成すべく行なうことができ、試験が必要とするファイルのみを含むか、またはこれを各試験用にファイルを選択するスタティックライブラリを生成するのに用いることができる。
【００３８】
ステップ５２０で、試験ファイルが、ネットワーク上での伝送のために選択される。選択されたファイルセットは、ダイナミックライブラリを使用する場合にファイルの全体セットとするか、あるいはスタティックライブラリのサブセットとすることができる。一実施形態では、ファイルをスタティックライブラリから選択することができ、それによりネットワークが原因のVQTストレスが発生する、一方でダイナミックライブラリを同時に用いることができ、それによりVQT評価用のファイルが提供される。
【００３９】
ステップ５２５では、試験ファイルはネットワークを介して伝送される。試験ファイルとネットワークアーキテクチャ内での事前符号化の程度に応じて、試験ファイルを、それにより試験対象ネットワーク内の幾つかの利用可能な層の一つへと送ることができる。試験期間中は、複数のネットワーク層を、試験ファイル伝送用の入力点として利用できる。
【００４０】
ステップ５３０では、試験ファイルはネットワークを介して受信される。試験ファイルの受信において、ネットワークストレスを生成するのに伝送したファイルは無視することができ、残るファイルは特徴付け用に供給される。特徴付け用のファイルの識別子は、様々なデータ伝送プロトコルに関連したパケットヘッダ内に組み込むことができる。
【００４１】
ステップ５３５では、受信データを特徴化する。特徴化は一般に、受信した試験ファイルの抽出と伝送されたファイルに対するその評価を含む。特徴化にはまた、使用中のデータ伝送プロトコルに加え、パケット伝送データ（例えば、高解像度タイムスタンプ）の生成を含めることができる。
【００４２】
本発明の様々な実施形態を、かく説明した。本発明を特定の実施形態に説明したが、本発明がこの種の実施形態により限定されると解釈すべきではなく、特許請求の範囲によって解釈すべきことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ネットワーク内の音質試験に用いられ、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）モデルにマップされた、従来のプロトコルスタックを示す図。
【図２】本発明の一実施形態の試験構成を備えた、端末間の音声通信システムのブロック線図。
【図３】開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）モデルにマップされた、本発明の実施形態を示す図。
【図４】本発明の一実施形態の事前符号化試験ファイル音質システムに関する機能ブロック線図。
【図５】本発明の一実施形態のパケット交換ネットワーク音声通信システム内の音質試験（VQT）に関する方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００４４】
１００  プロトコルスタック
１０５  アプリケーション層
１１０  プレゼンテーション層
１２０  セッション層
１３０  トランスポート層
１４０  ネットワーク層
１５０  データリンク層
１６０  物理層
２００  機能ブロック線図
２０５  試験信号発生器
２１０  アナログ入力信号
２１５  ディジタル符号化器
２１８  試験ファイルセット
２２０  パケット組立器
２２５  パケット交換ネットワーク
２３０  パケット分解器
２３５  復号器
２４０  出力アナログ信号
２４５  試験信号評価器
３００  線図
３０５  試験アプリケーション
３１０  ネットワーク絶縁VQTアプリケーション
４００  VQTシステム（音質試験システム）
４０５  復号された音声ファイル（第２の記憶媒体）
４１５  試験コントローラ
４１０  記憶媒体（事前符号化ファイル）
４２０  事前符号化器
４２５  検出器
４３０  インタフェース
４３５  ネットワーク
【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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