(57)【要約】【課題】ＶｏＩＰにおける通話品質の低下を極力抑えるためにＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットの波形複製によるエラー隠蔽を高い精度で効果的に行い得るＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法、装置を提供する。【解決手段】ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知すると、この損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算し（ステップＳ１７、１９）、この前後のフレームのピッチからピッチ変動率を計算し（ステップＳ２１）、このピッチ変動率を所定の閾値と比較し（ステップＳ２３）、この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＰＷＲ法を実施し（ステップＳ２５）、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施する（ステップＳ２７）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法であって、
ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知し、
この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算し、
この計算した前後のフレームのピッチに基づいて当該前後のフレーム間におけるピッチ変動率を計算し、
この計算したピッチ変動率を所定の閾値と比較し、
この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＲＷＲ法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施する
ことを特徴とするＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法。
【請求項２】
ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽装置であって、
ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知する損失パケット検知手段と、
この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算するピッチ計算手段と、
この計算した前後のフレームのピッチに基づき当該前後のフレーム間におけるピッチ変動率を計算するピッチ変動率計算手段と、
この計算したピッチ変動率を所定の閾値と比較する比較手段と、
この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＰＷＲ法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施する
ことを特徴とするＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽装置。
【請求項３】
ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するためのコンピュータが実行可能なＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽プログラムであって、
前記コンピュータを
ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知する損失パケット検知手段と、
この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算するピッチ計算手段と、
この計算した前後のフレームのピッチに基づき当該前後のフレーム間におけるピッチ変動率を計算するピッチ変動率計算手段と、
この計算したピッチ変動率を所定の閾値と比較する比較手段と、
この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＰＷＲ法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施する２-sideＰＷＲ実施手段と
して機能させることを特徴とするＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法、装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰネットワークを利用して音声通信を行うＶｏＩＰ技術が近年注目を集めている（例えば、非特許文献１参照）。ＶｏＩＰによる電話サービスは、距離や時間に比例した通話料金を設定している従来の電話サービスに比較して、安価な通信料金を実現できることから近年急速に普及が進んでおり、次世代の電話サービスとして期待されている（例えば、非特許文献２）。
【０００３】
しかしながら、従来の電話サービスがギャランティ型のネットワークにより音声通信を実現しているのに対して、ＶｏＩＰは本来リアルタイム通信に不向きなベストエフォート型のＩＰネットワークにより音声通信を実現しているため、パケットの消失や遅延といった通信上のエラーが不可避であり、通話品質の低下を招きやすいという原理的な問題を抱えている（例えば、非特許文献３、４）。
【０００４】
ＶｏＩＰによる音声通信を実現するにあたっては、上述したようなエラーをできる限り生じさせないようにするため、一定時間のうちに確実にパケットが受信されるようにネットワークを整備することが重要である（例えば、非特許文献５）。しかしながら、ベストエフォート型のネットワークを完全に制御することは不可能であり、エラーを皆無にすることは困難である。そのため、ある程度のエラーが生じることを想定して、そのような場合でも通話品質の低下をできる限り小さく抑えるための対策を講じておくことが必要となる。通常、非リアルタイム通信では、エラーが生じた場合、当該パケットを再送することでエラーに対処するが、リアルタイム性が要求されるＶｏＩＰではパケットを再送する時間的余裕がほとんどないため、パケットの再送を必要としないエラー隠蔽処理を施す必要がある。
【０００５】
このようなエラー隠蔽処理として、従来、様々な方法が提案されているが、大別すると、送信側で対処するsender-basedの手法と受信側で対処するreceiver-basedの手法の２種類に分類される（非特許文献６、７）。また、エラーの状況としては、単独パケットの損失による瞬断、受信バッファのオーバーフローによるオーバーラン、受信バッファのアンダーフローによるアンダーランの３種類が考えられる。
【０００６】
ＶｏＩＰ音声通信では、音声通話の際、送信側においてアナログ音声をＡＤ変換し、デジタル化した音声データをフレームに分割した後、圧縮処理を行う。それから、圧縮音声データをペイロードに搭載することでＩＰパケットを作成し、ＩＰネットワークを経由して受信側に伝送する。受信側では、ＩＰパケットを受信すると、このＩＰパケットの分解、圧縮音声データの伸張、ＤＡ変換によりアナログ音声を再生する。
【０００７】
ＶｏＩＰでは、リアルタイム通信を実現するため、トランスポート層のプロトコルとしてＵＤＰ（User Datagram Protocol）を使用している。そのため、パケットの損失や遅延といった通信上のエラーが生じても当該パケットの再送を行わない。なお、ペイロードに搭載する圧縮音声データのフレーム長は一般に２０ｍsに設定されることが多い。また、システムによって対応するコーデックの種類は異なるが、コーデックはネットワークのブロードバンド化に伴い、ＩＴＵ勧告のＧ．７１１が一般的に利用されるようになってきている。Ｇ．７１１は標本化周波数８ｋＨz でデジタル化した音声データを量子化精度８ビットに対数量子化するコーデックであり、他のコーデックと比較して圧縮効率が低いが、通話品質の劣化を小さく抑えることができる。なお、Ｇ．７１１にはμ−１awとＡ−１awの２種類がある。
【０００８】
従来のreceiver-basedのエラー隠蔽処理である波形複製法では、正常に受信された音声データから損失フレームの代理となる置換ブロックを推定し、これを損失フレームにコピーすることによりエラー隠蔽を行う。また、波形複製法は、置換ブロックの定義の違いによりＷＲ（Wave Replication）法とＰＷＲ（Pitch Waveform Replication）法に分類される。
【０００９】
ＷＲ法は、図９（ａ）に示すように、テンプレートマッチングにより最も相関の大きい部分を同定し、この直後の音声データを置換ブロックとし、この置換ブロックを複製ブロックとして損失フレームに一括してコピーすることでエラー隠蔽を行う。また、ＰＷＲ法は、図９（ｂ）に示すように、テンプレートマッチングにより１ピッチ波形を同定し、これを置換ブロックとし、この置換ブロックを複製ブロックとして周期的に繰り返し損失フレームにコピーすることでエラー隠蔽を行う。
【００１０】
なお、図９に示すように、フレーム長をＬ、探索窓長をＭ、テンプレート長をＮ、受信した音声データをｓ(n)とし、このとき、ｋ（≧０）番目のパケットが瞬断したと仮定すると、ＷＲ法におけるテンプレートマッチングは、式（１）で定義される相互相関関数Ｃ(m)の最大値を与える時刻ｍを求めることになる。
【００１１】
【数１】
2005107283.tif 000003
【００１２】
一方、ＰＷＲ法におけるテンプレートマッチングは、式（２）で定義される相互相関関数Ｃ(m)の最大値を与える時刻ｍを求めることになる。
【００１３】
【数２】
2005107283.tif 000004
【００１４】
ＷＲ法では、処理に必要となる音声データの長さはＬ＋Ｍ＋Ｎとなるので、少なくとも損失フレーム直前の２パケットが正常に受信される必要がある。一方、ＰＷＲ法では、処理に必要となる音声データの長さはＭ＋Ｎとなり、抽出できる最大のピッチ長は探索窓長Ｍに等しくなる。一般に、男声のピッチ長は５ｍsから１２ｍs、女声のピッチ長は２ｍsから７ｍsに分布していることから、フレーム長をＬ＝２０ｍsとした場合、テンプレート長をＮ≦８ｍsとすると、損失フレーム直前に受信された１パケットのみでピッチ長１２ｍsまでのピッチ波形を抽出することができる。
【００１５】
フレーム長が短い場合は、ＷＲ法でも効果的にエラー隠蔽を行うことができるが、ＷＲ法では処理に必要となる音声データが長くなると、音声データの定常性を十分に保証できなくなるので、フレーム長が長い場合は、ＰＷＲ法を適用した方が効果的である。
【００１６】
なお、基本的にＷＲ法およびＰＷＲ法は、損失フレーム直前の音声データを利用してエラー隠蔽を行うが、ＶｏＩＰでは遅延ジッタを吸収するため３パケット程度の受信バッファを設定することから、損失フレームの前後の音声データを利用する２-sideの処理に拡張することで、より精度の高いエラー隠蔽を実現することができる。特に、ＰＷＲ法では、処理に必要となる音声データの長さを１パケットに抑えることができるため、２-sideの処理に拡張してもルックアヘッド遅延を１パケットに抑えることが可能であり、実用性が高い。
【００１７】
２-sideＰＷＲ法は、図１０に示すように、損失フレームの前後をそれぞれ１パケットを利用してＰＷＲ法を実行し、両者のオーバーラップによりエラー隠蔽を行い、これにより音声波形の開始部分や終了部分といった非定常性の顕著な部分でのエラー隠蔽の精度を向上することができる（非特許文献８）。
【００１８】
図１０を参照して、従来の２-sideＰＷＲ法について詳しく説明する。図１０（ａ）に示すような原音声を受信側で受信した結果、ｋ番目のフレームが受信できず、図１０（ｂ）に示すように損失したとすると、この損失フレームに対して図１０（ｃ）に示すように前側のｋ−１番号のフレームの方から置換ブロックを推定し、損失フレームにコピーするというbackwardＰＷＲを行い、更に図１０（ｄ）に示すように後側のｋ＋１番号のフレームの方から置換ブロックを推定し、損失フレームにコピーするというforwardＰＷＲを行う。
【００１９】
それから、図１０（ｅ）に示すように、図１０（ｃ）の前側からの置換ブロックと図１０（ｄ）の後側からの置換ブロックとを比例配分によりオーバーラップ＆アド（overlap and add）して、エラー隠蔽音声を生成する。この結果、損失フレームは、前側のフレームと後側のフレーム間で連続し、損失のない連続した音声として再生される。
【００２０】
図１０（ｅ）に示す再生されたエラー隠蔽音声は、図１０（ａ）に示す原音声と比較すると、図１０（ｆ）に示すような差分波形が生成されるように、原音声とかなりの相違があることが分かるが、これは前側のフレームから生成した置換ブロックの波形の位相と後側のフレームから生成した置換ブロックの波形の位相とがずれていて、両波形のピッチがずれているからである。
【非特許文献１】藤原洋著、マルチメディア情報圧縮、共立出版，2000
【非特許文献２】G,Held,音声＆データ統合技術ガイド，インプレス，2000
【非特許文献３】今井恵一，“ＶｏＩＰ実現上の課題”信学会誌、vol.83,no.4,pp.295-301,2001
【非特許文献４】長渕裕実，“ＶｏＩＰ品質上の諸問題”，信学技報，vol.IN2000-128,2000
【非特許文献５】戸田巌、詳解ネットワークＱｏＳ技術，オーム社，2001
【非特許文献６】C.Perkins,O.Hodson and V.Hardman,“A survey of packet loss recovery techniques for streaming audio”，IEEE Network Magazine,pp.40-48,September/October 1998
【非特許文献７】H.Sanneck,“Packet Loss Recovery and Control for Voice Transmission over the Internet”，Ph.D.thesis,Technical University Berlin,2000
【非特許文献８】小牧憲子、青木直史、山本強、“波形置換に基づくVoIPにおけるパケット損失の一隠蔽法”信学技報、vol.CQ2002-59,2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述したように、ＶｏＩＰは本来リアルタイム通信に不向きなベストエフォート型のＩＰネットワークにより音声通信を実現しているため、パケットの損失や遅延といった通信上のエラーが不可避であり、通話品質の低下を招きやすいという問題があるが、このようなパケット損失を隠蔽する波形複製による従来のエラー隠蔽方法である２−sideＰＷＲ法は、前後のフレームから生成した波形に位相ずれが発生するため、損失フレームを複製したエラー隠蔽音声が原音声に対して図１０（ｆ）に示すような比較的大きな差分波形を生じるというように原音声とかなりの相違があり、エラー隠蔽を効果的に行うことができないという問題がある。
【００２２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＶｏＩＰにおける通話品質の低下を極力抑えるためにＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットの波形複製によるエラー隠蔽を高い精度で効果的に行い得るＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法、装置およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法は、ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法であって、ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知し、この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算し、この計算した前後のフレームのピッチに基づいて当該前後のフレーム間におけるピッチ変動率を計算し、この計算したピッチ変動率を所定の閾値と比較し、この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＲＷＲ（Pitch Waveform Replication）法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施することを要旨とする。
【００２４】
また、請求項２記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽装置は、ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽装置であって、ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知する損失パケット検知手段と、この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算するピッチ計算手段と、この計算した前後のフレームのピッチに基づき当該前後のフレーム間におけるピッチ変動率を計算するピッチ変動率計算手段と、この計算したピッチ変動率を所定の閾値と比較する比較手段と、この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＰＷＲ（Pitch Waveform Replication）法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施することを要旨とする。
【００２５】
請求項３記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽プログラムは、ＩＰネットワークを利用したＶｏＩＰ音声通信において損失したパケットを波形複製により隠蔽するためのコンピュータが実行可能なＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽プログラムであって、前記コンピュータをＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知する損失パケット検知手段と、この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算するピッチ計算手段と、この計算した前後のフレームのピッチに基づき当該前後のフレーム間におけるピッチ変動率を計算するピッチ変動率計算手段と、この計算したピッチ変動率を所定の閾値と比較する比較手段と、この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＰＷＲ（Pitch Waveform Replication）法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施するＰＷＲ実施手段として機能させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、パケットの受信において検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算し、この前後のフレームのピッチに基づいてピッチ変動率を計算し、このピッチ変動率を所定の閾値と比較し、この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２−sideＰＷＲ法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、前記ピッチ変動率を考慮した２−sideＰＷＲ法を実施するので、位相ずれを抑え、高い精度で効果的にエラー隠蔽を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法は、ＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットの受信において損失したパケットを検知すると、この検知した損失パケット中の損失部分の前後のフレームのピッチを計算し、この前後のフレームのピッチに基づいてピッチ変動率を計算し、このピッチ変動率を所定の閾値と比較し、この比較の結果、ピッチ変動率が所定の閾値より大きい場合、通常の２-sideＰＷＲ法を実施し、ピッチ変動率が所定の閾値より小さい場合、ピッチ変動率を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例に係わるＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法の処理手順を示すフローチャートである。
本実施例のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法は、図１０で説明した従来の２-sideＰＷＲ法を利用するも、この２-sideＰＷＲ法において損失フレームの前後のピッチの変動を考慮して位相ずれを低減させて、複製したエラー隠蔽音声と原音声との差分を低減し、これにより損失パケットの波形複製による隠蔽を高い精度で効果的に行い得るものである。
【００２９】
更に詳しくは、本実施例のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法は、ＶｏＩＰ音声通信においてパケットの消失や遅延といった通信上のエラーによる通信品質の低下を極力抑えるために波形複製によるエラー隠蔽処理を効果的に行うものであるが、本実施例では、エラー隠蔽処理として受信側で対処するreceiver−basedの手法を利用し、このreceiver−basedの手法において比較的簡単な処理にも関わらず精度の高いエラー隠蔽が可能である波形複製法を基本として利用し、この波形複製によるエラー隠蔽手法でより効果的にエラー隠蔽を行うために、損失フレームの前後の音声データを利用する２-sideの処理に拡張した２-sideＰＷＲ法を利用するとともに、この２-sideからのエラー隠蔽を行う際に抽出するピッチの変動を考慮して位相ずれを低減させるように前後からのエラー隠蔽処理を高い精度をもって行うものである。
【００３０】
図１を参照して、本発明の一実施例に関わるＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法について詳しく説明する。
本実施例では、２-sideＰＷＲ法を利用するも、この２-sideＰＷＲ法の精度を更に向上させるために、損失フレームの前後の音声データのピッチ変動を考慮した補間を行っている。なお、本実施例では、２-sideＰＷＲ法におけるテンプレート長をＮ＝８ｍsとし、ピッチ長の最小値が２ｍs、最大値が１２ｍsとなるように探索窓長をＭ＝１０ｍsと設定した。
【００３１】
図１では、ＶｏＩＰ音声通信においてＩＰネットワークを介して送信されてくるパケットを受信する受信側において、ｋ＋１番目のパケットを取得し（ステップＳ１１）、ｋ＋１番目のフレームの音声データを取得すると（ステップＳ１３）、ここでｋ番目のパケットの損失の有無のチェック、すなわち損失パケット検知手段によりｋ番目のパケットが損失されていて、正常に受信されていないか否かのチェック（損失パケットの検知）を行う（ステップＳ１５）。
【００３２】
ｋ番目のパケットが損失され正常に受信されていない場合には、まずピッチ計算手段により、１つ前のフレームであるｋ−１番目のフレームのピッチＰｂを抽出し（ステップＳ１７）、更に１つ後のフレームであるｋ＋１番目のフレームのピッチＰｆを抽出する（ステップＳ１９）。そして、次にピッチ変動率計算手段により、この抽出したｋ−１番目とｋ＋１番目のフレームの両ピッチからピッチ変動率αを次式により計算する（ステップＳ２１）。
【００３３】
α＝（Ｐf −Ｐb ）／Ｌ          (3)
ここで、Ｌはフレーム長である。
図２を参照して、ピッチ変動率αについて説明する。図２において、フレーム長がＬであり、ｋ番目のフレームが損失フレームであるとし、この損失フレームのピッチ変動率を計算する。ｋ−１番目のフレームのピッチがＰb であり、ｋ＋１番目のフレームのピッチがＰf であるとすると、両フレームの間のｋ番目のフレームにおけるピッチ変動率αは、式（３）のように計算され、これは両ピッチＰb 、Ｐf で定義される線分の傾きを表すことになる。従って、このピッチ変動率αからｋ番目のフレームの各時点におけるピッチ長を計算することができる。すなわち、ｋ番目のフレームのピッチ長は、ｋ番目のフレームの開始時刻ｎ＝０からの時間ｎをピッチ変動率αに掛けた値にｋ番目のフレームの開始時刻ｎ＝０におけるピッチ長Ｐb を加算することにより算出することができる。
【００３４】
なお、有声音の定常区間では、損失フレームの前後のフレームのピッチ長は似通った値をとることが期待され、この場合には、ピッチ変動率αの絶対値は小さい値となる。しかしながら、無音または無声音から有声音への遷移またはその逆の場合には、非定常性が強く、ピッチ変動率の絶対値は必ずしも小さい値を取るとは限らない。
【００３５】
図３は、男声女声各１０個の音声データから抽出したピッチ変動率αの絶対値のヒストグラムである。縦軸にパケット数を示し、横軸にピッチ変動率αの絶対値を示している。なお、音声データは、日本音響学会の音声データベースからランダムに選択した音声資料を標本化周波数８ｋＨz 、量子化精度１６ビットで再サンプリングしたものである。音声データの合計の時間長は８９．９２s 、パケット数にして４４９６個であった。図３に示すように、通常の音声データにおけるピッチ変動率αの絶対値は０付近に集中する可能性があり、大きな変動がないことが分かる。
【００３６】
図１に示すフローチャートに戻って、本実施例では、比較手段は、ピッチ変動率αの絶対値に対して閾値Ｔを設定し、ピッチ変動率αの絶対値が閾値Ｔよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２３）。そして、ピッチ変動率αの絶対値が閾値Ｔよりも大きい場合には、従来の２-sideＰＷＲ法を実施し、図１０で説明したようにピッチ長を変更せずに前側からの置換ブロックと後側からの置換ブロックとをオーバーラップ＆アド（overlap and add）した外挿を行う（ステップＳ２５）。
【００３７】
それ以外、すなわちピッチ変動率αの絶対値が閾値Ｔよりも小さい場合には、損失フレームを有声音の定常区間と見なし、ピッチ変動を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施し、損失フレームに置換ブロックのピッチ波形をコピーする毎に、このピッチ波形のコピー開始時刻ｎ（損失フレームの開始時刻ではｎ＝０）におけるピッチ長を前側フレームからの置換のbackwardＰＷＲでは式（４）で計算し、また後側フレームからの置換のforwardＰＷＲでは式（５）で計算し、各ピッチ波形のピッチ長を更新する（ステップＳ２７）。
【００３８】
【数３】
2005107283.tif 000005
【００３９】
図４は、このステップＳ２７におけるピッチ変動率αを考慮した２-sideＰＷＲ法について図４に示す波形図を参照して説明する。
図４（ａ）に示すような原音声を受信側で受信した結果、ｋ番目のフレームが受信できず、図４（ｂ）に示すように損失したとすると、この損失フレームに対して図４（ｃ）に示すように前側のｋ−１番号のフレームからの置換ブロックを推定し、損失フレームにコピーするというbackwardＰＷＲを行い、更に図４（ｄ）に示すように後側のｋ＋１番号のフレームの方から置換ブロックを推定し、損失フレームにコピーするというforwardＰＷＲを行うが、このbackwardＰＷＲおよびforwardＰＷＲは、それぞれ前記式（４）および（５）で各コピー毎にピッチ長を計算し、この計算したピッチ長を有するように行われる。この結果、図４（ｃ）、（ｄ）をまたがって縦線で示すように両波形に位相のずれがなく、位相がほぼ一致するようにコピーが行われる。
【００４０】
このようにピッチ長が調整され位相がほぼ一致するように生成されて損失フレームへのコピーされるbackwardＰＷＲおよびforwardＰＷＲの両者は、図４（ｅ）に示すように、コピー開始時刻からの時間を考慮した比例配分によりオーバーラップ＆アド（overlap and add）され、エラー隠蔽音声を生成する。この結果、損失フレームは、前側のフレームと後側のフレーム間で連続し、損失のない音声としてピッチ変動も考慮して再生される。
【００４１】
図４（ｅ）に示すように再生されたエラー隠蔽音声は、図４（ａ）に示す原音声と比較すると、図４（ｆ）に示すような差分波形が生成される。この差分波形は、図１０（ｅ）に示した従来の差分波形に比較して、かなり小さく低減し、エラー隠蔽音声は原音声にかなり近いことが分かる。これは、ピッチ変動を考慮して２-sideＰＷＲを実施した結果、従来の２-sideＰＷＲ法では無視されていた有声音の定常区間におけるピッチ変動により生じる位相のずれを低減しているためである。
【００４２】
上述したように、ピッチ変動率αが閾値よりも大きい場合には、比較手段は、従来の２-sideＰＷＲ法を実施し、小さい場合には、ピッチ変動を考慮した２-sideＰＷＲ法を実施することにより、損失ブロックに対する置換波形を生成し（ステップＳ２９）、この置換波形の音声データをｋ−１とｋ＋１の前後のフレーム間に挿入してフレームを連結し（ステップＳ３１）、音声データを再生する（ステップＳ３３）。
【００４３】
図５および図６は、図１のステップＳ２３でピッチ変動率αと比較される閾値Ｔと品質の関係を示すグラフである。両図は、上述した音声データにおける全フレームに対して本発明のパケット損失隠蔽方法を適用した場合のエラー隠蔽音声のＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）とＰＥＳＱ（Perceptual Evaluation of Speech Quality）を閾値Ｔに対する品質として示すグラフである。両図に示すように、閾値Ｔは比較的小さな、例えば０．４〜０．１５程度が好ましく、大き過ぎると、ＳＮＲやＰＥＳＱなどの品質は悪くなることが分かる。
【００４４】
なお、ＰＥＳＱは、ピニオンモデルを考慮した指標であり、主観評価との相関が高く、ＶｏＩＰにおける音声データの品質評価に適用されている。ＰＥＳＱの値は、４．５から−０．５までの範囲に分布し、値が大きい程、品質がよいとされる。結果として、閾値を大きくし過ぎると、逆に品質が低下する可能性があり、閾値を適切に設定することが重要である。
【００４５】
図７および図８は、それぞれ上述した本発明のパケット損失隠蔽方法の有効性を確認するために行った評価実験結果のパケット損失率の変化に対するＳＮＲおよびＰＥＳＱを従来法の場合と比較して示すグラフである。なお、パケット損失率は、０．５から１０％まで変化させた。また、ＳＮＲおよびＰＥＳＱはすべての音声データから得られた平均値を最終的な評価値としている。
【００４６】
この評価実験で使用した音声データは、日本音響学会の音声データベースからランダムに選択した男性話者４名、女性話者４名の音声資料を標本化周波数８ｋＨz 、量子化精度１６ビットで再サンプリングしたものである。但し、評価実験のパラメータであるパケット損失率の最小値を考慮して、時間長にして２０ｓ、パケット数にして１０００個以上となるように話者毎に音声資料をランダムに連結したものを１個の音声データとし、各話者５個で合計４０個の音声データを用意した。結果として、音声データの合計の時間長は８９８．１６ｓ、パケット数にして４４９０８となった。
【００４７】
そして、評価実験では、これらの音声データに対して擬似的にエラーを生じさせ、（ａ）本発明のパケット損失隠蔽方法、（ｂ）従来の２-sideＰＷＲ法、（ｃ）Ｇ．７１１ＰＷＲ法のそれぞれについてＳＮＲおよびＰＥＳＱを指標とした客観的な品質評価を行った。なお、本発明のパケット損失隠蔽方法における前記閾値は、Ｔ＝０．１とした。また、評価実験では、ランダムに生じる単独パケットの損失による瞬断のみを対象とした。更に、パケット損失率が同一であっても、損失フレームの本来のゲインの大小により評価が異なることを考慮して、それぞれの音声データ毎にゲインの大きいフレームから順番にエラーを生じさせた。
【００４８】
図７および図８において、（ａ）で示す本発明のパケット損失隠蔽方法によるＳＮＲおよびＰＥＳＱは、（ｂ）および（ｃ）で示す従来の２-sideＰＷＲ法およびＧ．７１１ＰＬＣ（Packet Loss Concealment）法によるものに比較して、値が大きく、従来の他の方法よりもエラー隠蔽を効果的に行えることが分かった。
【００４９】
なお、上記実施形態のＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法の処理手順をプログラムとして例えばＣＤやＦＤなどの記録媒体に記録して、この記録媒体をコンピュータシステムに組み込んだり、または記録媒体に記録されたプログラムを通信回線を介してコンピュータシステムにダウンロードしたり、または記録媒体からインストールし、該プログラムでコンピュータシステムを作動させることにより、パケット損失隠蔽方法を実施するパケット損失隠蔽装置として機能させることができることは勿論であり、このような記録媒体を用いることにより、その流通性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例に係わるＶｏＩＰ音声通信におけるパケット損失隠蔽方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す実施例のパケット損失隠蔽方法におけるピッチ長の更新を説明するための図である。
【図３】ピッチ変動率αの絶対値に対するパケット数を示すヒストグラムである。
【図４】図１に示す実施例のパケット損失隠蔽方法におけるピッチ変動を考慮した２-sideＰＷＲ法を説明するための波形図である。
【図５】ピッチ変動率と比較される閾値に対するＳＮＲを示す図である。
【図６】ピッチ変動率と比較される閾値に対するＰＥＳＱを示す図である。
【図７】本発明のパケット損失隠蔽方法の有効性を確認するために行った評価実験結果のパケット損失率の変化に対するＳＮＲを従来法の場合と比較して示すグラフである。
【図８】本発明のパケット損失隠蔽方法の有効性を確認するために行った評価実験結果のパケット損失率の変化に対するＰＥＳＱを従来法の場合と比較して示すグラフである。
【図９】従来のＷＲ法およびＰＷＲ法を説明するための図である。
【図１０】従来の２-sideＰＷＲ法を説明するための図である。
【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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【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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