(57)【要約】【課題】ＶｏＩＰ技術を利用したＩＰ電話器等の通話に際して話者の音声が受話側で途切れるような音声品質劣化が発生するという点を改善、防止する。【解決手段】有音と無音の判別、処理を精度よく行えれば改善可能である。音声検出器５の有音と無音のしきい値は背景雑音の変化もあり、可変できる設定値とする。音声アナログ信号をＡ／Ｄ変換器１によりＡ／Ｄ変換しデジタルデータ化した後、一旦ＦＩＦＯメモリー３へ格納する。これと並行して有音、無音を判別する音声検出器５からの切り替わりタイミングを示す検知信号が出力されるが、検知信号発生時のデジタルデータより以前のデータから有音圧縮を開始し、背景雑音の変化に応じて、しきい値や有音圧縮を開始する時間を変えられることで声の立ち上がりの音声品質を改善できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ音声信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化した後、一旦メモリーへ格納するとともに、これと並行して有音、無音を判別する検出回路に設定した背景雑音の変化に応じて冗長度を持たせた可変のしきい値と前記デジタルデータ化された音声レベルとを比較し、無音状態から有音状態へと前記しきい値を超えると切り替わりのタイミングを示す検知信号を出力し、前記メモリーから前記デジタルデータを読み出して圧縮するに際して前記検知信号出力時のデジタルデータより以前のデジタルデータから有音圧縮を開始することを特徴とする音声圧縮方法。
【請求項２】
前記検出回路は、ある時間間隔で検知信号を監視する方式としたことを特徴とする請求項１記載の音声圧縮方法。
【請求項３】
アナログ音声信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化した後、一旦メモリーへ格納するとともに、これと並行して有音、無音を判別する検出回路に設定した背景雑音の変化に応じて冗長度を持たせた可変のしきい値と前記デジタルデータ化された音声レベルとを比較し、無音状態から有音状態へと前記しきい値を超えると切り替わりのタイミングを示す検知信号を出力し、前記メモリーから前記デジタルデータを読み出して圧縮するに際して前記検知信号出力時のデジタルデータより以前のデジタルデータから有音圧縮を開始する音声圧縮回路を備え、かつＲＴＰ（Ｒｅａｌｔｉｍｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＲＴＣＰ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）およびＳＮＭＰ（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を搭載し、ＩＰ網のトラフィック情報を把握することにより、無音圧縮の実行可否を行うことを特徴とする電話器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）技術を利用して音声データをリアルタイム伝送するのに必須技術である音声の圧縮方法および電話器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＶｏＩＰ技術の中で使用されている音声アナログ信号を音声ＩＰパケット化するしくみを説明する。図６は従来のＩＰ電話器等に使用している音声圧縮装置の機能ブロック図、図７は音声アナログ信号のＩＰパケット化の説明図である。
【０００３】
ＩＰ電話の通話のプロセスは、まず図６の上段に示すように送話側の音声アナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換する。このままではデータ量が大きいためデジタルデータの圧縮を行うが、その前に音声のある有音区間と音声のない無音区間を検出する音声検出ブロックがある。これは、音声のない区間は有音圧縮をせずに、音声データをＩＰパケット化しないで伝送路には有音時のみのデータを流すということである。これを無音圧縮と言い、送出データを削減することにより帯域節減し、トラフィックの増加を防ぐ。
【０００４】
しかし、周囲雑音の影響や音声検出の精度によって無音圧縮を常に実行すると受話側で音声の頭が途切れたり、ブツブツ音がしたりして通話品質が劣化する場合がある。よって実際は、音声検出機能を有効、無効にして無音圧縮を選択できるようにしている。
【０００５】
図６の下段は受話側の機能ブロック図を示している。無音圧縮時の受話側でまったくの無音状態に違和感がある場合、擬似背景雑音付加部によりホワイトノイズのような擬似背景雑音を付加させる。この機能も選択できるようにしている。このように、トラフィックを軽減しても通話品質が劣化するケースも発生する。現在、一般的に使用されている音声圧縮・伸張方式は、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）  Ｇ．７１１、Ｇ．７２９（無音圧縮内蔵）、Ｇ．７２３．１などがある。
【０００６】
ここで、例えば（特許文献１）には、内部の負荷状態に合わせて音声品質不良の発生を防止可能なＶｏＩＰシステムとして、ＩＰパケットからＩＰアドレス、ＴＣＰ−ＩＰのポート番号等のセッション情報を抽出する流量監視部、流量監視部の情報を基にアプリケーションレベルでのパケット処理の優先制御を行う流量制御部、ＶｏＩＰシステム内部のＣＰＵリソースの監視測定を行う能力監視部とを備え、セッション制御部はパケット輻輳時または処理能力負荷増大検出時にセッション単位のパケット処理の優先度処理と音声コーデック種別、パケット送信周期の動的な変更とを行うものが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−４６５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、ＶｏＩＰ技術に必須である音声圧縮技術の中の音声の有無を検出する機能の良し悪しによっては、無音圧縮から有音圧縮に切り替わる際のデータによって受話側では音声が途切れるという音声品質劣化が発生するという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、背景雑音の変化に応じて冗長度を持たせた可変のしきい値を設定した検出回路により無音状態から有音状態へと閾値を超える切り替わりタイミングを示す検知信号を
出力し、検知信号出力時のデジタルデータより以前のデジタルデータから有音圧縮を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、無音状態からの最初の音声を途切れることなく受話側で聞こえるようにすることができる。また、電話器周辺の背景雑音が時間や場所によって刻々と変化するような場合でも、冗長性を持たせたしきい値を変えることで、音声の品質劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、ＶｏＩＰ技術を利用したＩＰ電話器等の通話品質に関して無音状態からの有音（第１声）が途切れるような品質劣化を改善、なくすという目的を、音声圧縮技術の中の音声の有無を検出する音声検出方法として、有音を検知した以前のデータから有音圧縮を開始し、さらに背景雑音の変化に応じてさかのぼって有音を圧縮開始する時間を変えられるようにすることで実現した。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、アナログ音声信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化した後、一旦メモリーへ格納するとともに、これと並行して有音、無音を判別する検出回路に設定した背景雑音の変化に応じて冗長度を持たせた可変のしきい値とデジタルデータ化された音声レベルとを比較し、無音状態から有音状態へとしきい値を超えると切り替わりのタイミングを示す検知信号を出力し、メモリーからデジタルデータを読み出して圧縮するに際して検知信号出力時のデジタルデータより以前のデジタルデータから有音圧縮を開始することを特徴とする音声圧縮方法であり、声の立ち上がりを途切れる事なく、さらに背景雑音の変化に応じて、しきい値や有音圧縮を開始する時間を変えられるようにすることで音声品質を改善することができるという効果を奏する。また、このように常に、有音区間の始まりを周囲環境が変化しても正確に捉えて有音圧縮を開始できることで通話品質の劣化を低減することができ、無音状態からの最初の音声を途切れることなく受話側で聞こえるようにすることができる。さらに、背景雑音は時間や場所によって刻々と変化しうるし、しきい値を超えたら有音圧縮を開始するというように固定しないで、しきい値以下のデータからも有音圧縮するように変えられるようにすることによりあらゆるシーンでも音声品質劣化を防ぐことができる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた第２の発明は、検出回路は、ある時間間隔で検知信号を監視する方式とした音声圧縮方法であり、第１の発明がコーデック内部で検知信号を常時、監視する方式であるのに対し、本方式では処理負荷を軽減しながら、第１の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた第３の発明は、アナログ音声信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化した後、一旦メモリーへ格納するとともに、これと並行して有音、無音を判別する検出回路に設定した背景雑音の変化に応じて冗長度を持たせた可変のしきい値とデジタルデータ化された音声レベルとを比較し、無音状態から有音状態へとしきい値を超えると切り替わりのタイミングを示す検知信号を出力し、メモリーからデジタルデータを読み出して圧縮するに際して検知信号出力時のデジタルデータより以前のデジタルデータから有音圧縮を開始する音声圧縮回路を備え、かつＲＴＰ（Ｒｅａｌｔｉｍｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＲＴＣＰ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）およびＳＮＭＰ（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を搭載し、ＩＰ網のトラフィック情報を把握することにより無音圧縮の実行可否を行う電話器であり、ＩＰネットワーク上の各ルータ、ノードポイントでのトラフィック情報（刻々と変わるデータ転送量やパケットロス等）を実際に把握できることで無音圧縮の可否を判断し、実行することによりトラフィック量を自ら増大させず
に音声品質の劣化を事前に防止できるという効果を奏する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における音声圧縮回路を示す図である。
【００１６】
図１において、１は話者の声、音声アナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、２は制御を司るＣＰＵ、３はデジタルデータをある時間格納し出力するＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）メモリー、４は有音、無音のしきい値レベルを変えられる電子ボリューム、５は音声のデジタルデータ（レベル）と有音、無音のしきい値レベルの２入力により音声の有無を検出する音声検出器、６は音声圧縮部、７は有音、無音の圧縮を切り替えられるスイッチ、８は有音圧縮回路、９は無音圧縮回路である。
【００１７】
次に図１の音声圧縮回路による音声圧縮処理について説明する。なお、説明をわかり易くするために図２と共に説明する。図２は音声レベルの時間変化を示す図を示している。
【００１８】
ここでは、ＰＢＸ（交換機）を介して必要な呼制御が完了し、通話可能状態になっているとする。まず、ＩＰ電話器周辺の背景雑音レベルをＣＰＵ２が把握し、電子ボリューム４をコントロールして、あるしきい値を音声検出器５に設定する。このしきい値は図２の背景雑音レベルよりかなり大きくしてある。
【００１９】
これは、背景雑音レベルより少しだけ高い値に設定していると、頻繁に有音、無音の検出が音声検出器５より出力されることになるからである音声圧縮部６の圧縮方式は、前述のようにＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．７１１，Ｇ７２３．１，Ｇ７２９の他にもいくつかあり、実際の圧縮処理時間は１ｍＳ前後から十数ｍＳ時間を必要とする。そのため、まだ圧縮処理をしている最中に有音、無音の切り替わり信号が頻繁に来ると、処理を一旦止めたりしなければならず、複雑な回路を必要とし、結果的に処理時間が増えて処理遅延を招き、音声品質が劣化する要因となる。
【００２０】
よって、音声検出器５には、実験的、経験的に求められた、あるしきい値を通常、設定する。通話前の話者の声が入力されてない状態では背景雑音のみの無音状態であるため、スイッチ７は無音圧縮側にパスされており、有音圧縮回路８から上位層でのＩＰパケット化は行われない。つまり、この無音状態では伝送路へはなにも音声データは送信されていない。
【００２１】
話者が、例えば‘もしもし’と話したとして、この音声レベルが図２に示すようなレベルの場合、第１声の‘も’のレベルがしきい値より低いので、この第１声はまだ無音状態と判定されて有音圧縮されない。よって、受話側では話者の‘もしもし’が‘しもし’としか聞こえず、頭の‘も’が途切れた品質劣化を招くことになる。
【００２２】
このような品質劣化を防ぐために、本発明の実施の形態１ではＦＩＦＯメモリー３を搭載し、これをＣＰＵ２がコントロールすることにより品質劣化を防ぐことが可能となる。ＣＰＵ２自身は常に、音声データレベルを監視しており、また、しきい値も設定されていることにより、音声検出器５の出力状態を把握している。
【００２３】
本実施の形態における音声圧縮回路では、‘もしもし’の音声レベルが図２に示すように入力された場合、Ａ／Ｄ変換器１でデジタルデータ化されてＦＩＦＯメモリー３へ入力される。ＣＰＵ２はあるライトクロック信号で順次、データをＦＩＦＯメモリー３内へ書き込む。書き込まれたデータは順次、内部のメモリーアレイへ一旦格納される。次に、こ
のデータは、リードクロック信号で読み出され、出力される。このとき、クロック信号の周期はライトよりリードの方を長くする（周波数が遅い）。こうすることにより、ＦＩＦＯメモリー３へ入力されてから出力されるまでの時間を長くすることができる。例えば、数百μＳから数十ｍＳ程度の範囲でデータの出力時間をＣＰＵ２がコントロールすることができる。図２で言うと、Ｔ１−Ｔ０の時間をＦＩＦＯメモリー３内で保持し、出力することで第１声の‘も’から有音圧縮できるようになり、音が途切れるような品質劣化を防ぐことが可能となる。
【００２４】
さらに、背景雑音レベルが通話の最中に変わったり、朝夕の時間帯で変わっても、ＣＰＵ２がこの状況の変化に応じてしきい値を変えたり、Ｔ１−Ｔ０の時間を変えることで音が途切れないように通話品質の維持を実現することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における音声圧縮回路を示す図である。図３に示すように、本発明の実施の形態２における音声圧縮回路は、実施の形態１の図１と基本構成は同じであり、スイッチ１０を追加した構成である。符番１から９の動作、役割は実施の形態１の図１と同じである。
【００２６】
実施の形態１では、音声検出器５の出力信号を常時（μＳオーダーで）音声圧縮部６が監視するための処理時間、負荷を要している。この負荷が大きくなり過ぎると、結果的に有音圧縮回路８の処理に要する時間が増すことになる。こうなると、このブロックでの処理遅延が増大し、ＩＰネットワーク内での遅延と比べて無視できない時間になり、ＩＰ電話器間での音声遅延が増大するという品質劣化を招く。このような品質劣化を防ぐために、スイッチ１０を設けて音声検出器５の出力信号を常時（μＳオーダーで）監視するのではなく、ある時間間隔で（例えば、ｍＳオーダーで）監視するようにする。このようにすることにより、音声圧縮部６内での処理時間、負荷を軽減でき、処理遅延を小さくできる。前述した圧縮方式によっては処理時間が十数ｍＳにもなる場合もあるので、さらなる遅延時間を増大させたくないときに有効である。
【００２７】
このように、実施の形態２における音声圧縮回路では、音声圧縮部６内での処理時間を軽減し、これによる音声遅延をなくすことにより、実施の形態１における音声圧縮回路の音声が途切れることを防止するという基本機能に併せて音声遅延も防止するという通話品質の維持が行える。
【００２８】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３におけるＶｏＩＰ技術を利用したネットワーク環境を示す図、図５は本発明の実施の形態３におけるプロトコル構成図である。なお、ＩＰ電話器２１内の音声圧縮の構成要素は、図１または図３と同様であり、前述の実施の形態１または実施の形態２で説明したような特徴を有する。その説明については省略する。
【００２９】
図４のＩＰネットワークにおいて、ＩＰ電話器２１はＩＰパケット化を具備しＬＡＮインターフェースを持つ電話器、ＩＰ−ＰＢＸ２２は従来のＰＢＸ（構内交換機）機能に加えてＩＰゲートウエイ機能（音声圧縮、伸張、ＩＰアドレス管理、ＬＡＮインターフェース）等を搭載したものである。また、２３は汎用のパソコン、２４，２５はＩＰパケット化されたデータ（情報）を目的地まで適切なルートを選択して伝送するルータである。
【００３０】
図４において、ＩＰ電話器２１間の通話、音声ＩＰパケットデータ伝送は、ＩＰ電話器Ａ（２１）からＩＰ−ＰＢＸ  Ａ（２２）、ルータ１（２４）へ伝送される。ここには、パソコン２３からの音声ではない汎用のＩＰデータパケットも伝送され、ルータ１（２４）で統合される。ＩＰ網の中ではルータ２（２５）までの音声データは適切なルートで伝
送される。このＩＰ網は通話中、動的に変化してパケットデータが常に同じルートを通過することはない。いろいろなＩＰ−ＰＢＸが接続され、ＩＰ電話器もそうであり、刻々と通話回線数が変動する。さらに、パソコンからのデータもあり、ＩＰ網内ではトラフィック（データ転送量、パケット損失量）の増減が常に変化する。
【００３１】
このような状況の中で、トラフィック情報を何らかの方法でＩＰ電話器２１が把握できれば、図１、図３で説明した無音圧縮回路９の処理を実行する、しないを選択できる。つまり、トラフィック量が少なければ、無音圧縮をしないで有音圧縮とし、トラフィック量が増えてきたら逆に無音圧縮を実行し、自らによるトラフィックの増大を招かないようにすることが可能となる。
【００３２】
ＲＴＰ（Ｒｅａｌｔｉｍｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）では、パケット損失の検出が可能であり、送信者（ＩＰ電話器２１）の伝送レートの調整にはＲＴＣＰ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が有効である。さらに、ＳＮＭＰ（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）というオープンなネットワーク環境で使用する管理プロトコルを使用する。これはＩＰ網内の情報を収集することが目的である。
【００３３】
ルータ１（２４）は、ＲＴＰ、ＲＴＣＰはもちろんＳＮＭＰの基本機能を搭載している。ＩＰ電話器２１は、ＲＴＰ、ＲＴＣＰは搭載しているが、ＳＮＭＰは現状、搭載されていない。以下、ＳＮＭＰについて簡単に説明する。
【００３４】
ＳＮＭＰでは、管理する側（ＩＰ電話器２１）と通信する相手（管理対象）が必要になるが、図４ではＩＰ網内の全てのルータ１〜ｎが管理対象になる。図５のプロトコル構成図にあるように、マネージャー（ＩＰ電話器２１）とエージェント（ルータ１（２４））間でマネージャーはエージェントに対して情報の問い合わせを行い、エージェントはマネージャーに応答する。エージェントが持っている情報の集まりをＭＩＢ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂａｓｅ）と言い、ＭＩＢに規定される個々の情報をオブジェクト（Ｏｂｊｅｃｔ）と呼ぶ。
【００３５】
あるルータ２（２５）のインターフェース（ポート）の状態を確認したい場合は、ルータ２（２５）のＭＩＢ情報に対してＩＰ電話器２１がリクエストを行い、応答してきた値（返り値）を判断する。具体的なトラフィック情報（オブジェクト）としては、あるルータ２（２５）のインターフェース（ポート）毎の接続線の使用率（入力、出力したデータ量や回線スピード）、ルータ２（２５）の負荷率（ルータ２（２５）が処理できずにパケットを廃棄した割合）である。負荷率が例えば増大している場合は、転送先インターフェース（ポート）の回線容量が転送要求トラフィックに対して少なすぎるか、もしくはルータ２（２５）内のメモリー容量が少ない可能性もある。また、パケットが廃棄されているので、データの再送が煩雑に発生している可能性がある。
【００３６】
このようにしてＳＮＭＰをＩＰ電話器２１が搭載することにより、ルータ２（２５）が持っているＭＩＢ（トラフィック情報）を把握可能となる。これにより、ＩＰ網内のトラフィックの状態をＩＰ電話器２１が総合的に判断して、トラフィック状態が良ければ無音圧縮を実行せず、悪ければ無音圧縮を実行してトラフィックの増大を自ら招かないようにすることができる。
【００３７】
また、当然の事ながら、実施の形態１および実施の形態２で説明した特徴、効果も併せ持つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の音声圧縮方法は、ＶｏＩＰ技術を利用して音声データをリアルタイム伝送する際の音声圧縮に有用であり、特に、無音状態からの最初の音声を途切れることなく受話側で聞こえるようにすることができ、また、電話器周辺の背景雑音が時間や場所によって刻々と変化するような場合でも、冗長性を持たせたしきい値を変えることで、音声の品質劣化を防ぐことができる音声圧縮方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における音声圧縮回路を示す図
【図２】音声レベルの時間変化を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における音声圧縮回路を示す図
【図４】本発明の実施の形態３におけるＶｏＩＰ技術を利用したネットワーク環境を示す図
【図５】本発明の実施の形態３におけるプロトコル構成図
【図６】従来のＩＰ電話器等に使用している音声圧縮装置の機能ブロック図
【図７】音声アナログ信号のＩＰパケット化の説明図
【符号の説明】
【００４０】
１    Ａ／Ｄ変換器
２    ＣＰＵ
３    ＦＩＦＯメモリー
４    電子ボリューム
５    音声検出器
６    音声圧縮部
７    スイッチ
８    有音圧縮回路
９    無音圧縮回路
１０    スイッチ
２１    ＩＰ電話器
２２    ＩＰ−ＰＢＸ
２３    ＰＣ（パソコン）
２４    ルータ１
２５    ルータ２
【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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