データ圧縮

特 集

音声音響符号化

コミュニケーションの未来を描く基礎研究

国際標準

携帯電話や放送をきれいな音で伝えるための音声音響符号化技術
現在のスマートフォンどうしの通話では多くの場合VoLTE方式が使われており，これまでの固定電話や3G携帯電話（フィーチャーフォン）よりも，より自然な音声で会話を楽しむことができるようになっています．また，IPTVをはじめとする放送においても音声の高品質化が計画されており，より臨場感の高いコンテンツを楽しむことができるようになります．本稿ではこのような高品質な音源を伝送するための基礎技術である音声音響符号化技術について紹介します．

かまもと

ゆたか

は ら だ

のぼる

鎌本原田

も り や

優 /守谷たけひろ

健弘

登NTTコミュニケーション科学基礎研究所

ことがあります．このようなトレードトレートにもかかわらず高品質で伝送オフの関係を克服するために世界中のしてきました．EVSコーデックでは音声符号化や音響符号化は，低い研究者が集まり，短い遅延という厳しCELPに加えて新たに開発された低遅ビットレートでそれなりの音質で伝送い条件の下でも音声と音楽の両方を満延の音楽向け符号化を組み合わせるこするものから，高いビットレートで原足できるような音質を達成する符号化とにより，これまで実現できなかった音と全く同じ音質で伝送するものま方式の検討をしてきました．また，音背景雑音や背景音楽を含む音声信号やで，用途に応じて選択できるようにさ

質を重視し全く劣化させない符号化方

音楽信号そのものを高音質のまま低遅

まざまな標準方式が策定されていま

式も標準化されました．

延で伝送することが可能となっていま

近年の音声音響符号化

す（3）〜（5）．

す．ネットワークに関する技術の改善

本稿では，新たに標準化された携帯により伝送帯域は増加してきており，

電 話 向 け 音 声 音 響 符 号 化 3GPP

EVSコーデックは帯域拡張技術に4K放送やハイレゾ音源などの高いEnhanced Voice Services（EVS）コー

よって効率良く符号化を行うことがでビットレートのデータを伝送できるよ

デックと，今後数年での普及が見込まきるため，これまで固定電話や3G携うになってきています．一方，電話のれるハイレゾ放送向け音響ロスレス符

帯電話で使われていた8 kHzサンプように最優先で送らなければならない

号化MPEG- 4 Audio Lossless Coding

リ ン グ レ ー ト の 音 だ け で は な く，

情報は，多くの方が利用しても輻輳し（ALS）について紹介します．

VoLTEで使われている16 kHzサンプないようにしなければならないため，できるだけ低いビットレートで伝送する必要があります．また，通話のよう携帯電話向け音声音響符号化
EVSコーデック

リングレートの音（AMラジオ相当）
や32 kHzサ ン プ リ ン グ レ ー ト の 音（FMラジオ相当），さらにTV放送でな双方向通信では遅延が長くなってし移動通信システムの国際標準化

使 わ れ て い る48 kHzサ ン プ リ ン グ

まうと会話が成り立たなくなります

団 体 で あ る3GPP（3rd Generation

レートの音というように幅広い周波数が，放送のような一方通行の通信ではPartnership Project）では将来の携帯域をサポートしています（図 1 ）．

遅延が長くてもそれほど問題が生じな

帯 電 話 やVoLTE（Voice over Long

1 フレーム20 msごとに伝送し，アルいため，遅延を活かした信号処理によTerm Evolution）向け音声音響統合

ゴリズム遅延32 msという通話可能なり効率良く圧縮することができます．

符号化方式として，EVSコーデック

遅 延 で 処 理 を 行 い ま す． ま た，（1）（2）,さらに，音声に特化したモデルを用いを新たに策定しました．これまでVoLTE向けということもあり，これた方式の場合は音楽の表現が苦手だっの携帯電話向け音声符号化は人間の発までの3G携帯電話で必要だったビッたり，逆に，音楽の圧縮を目的とした声メカニズムにならったCELP（Codeト列の誤り耐性（ 0 と 1 が反転して方式で音声を圧縮すると機械がしゃ

Excited Linear Prediction） と い うしまうような状況への対策）ではなく，べっているような声に聞こえたりする方式が用いられ，人間の声を低いビッ

パケット消失のあったフレームの音声NTT技術ジャーナル 2016.99コミュニケーションの未来を描く基礎研究

固定電話
3G携帯電話

8 kHz
サンプリング

新しいVoLTE
（HD+）

VoLTE

将来のサービス

32 kHz
サンプリング

16 kHz
サンプリング48 kHz
サンプリング050300周波数（Hz）
3400

8000

図116000

20000

EVSでサポートする周波数帯域をそれよりも前に送られたフレームの順で日本語に特化した主観品質評価実情報から復元することにより違和感を験 も 行 わ れ， ほ か の 言 語 と 同 様 に小さくする方策がとられ，LTEによEVSコーデックが高音質であるといる伝送に適した方式となっています．

う結果を得ることができています（7）．

動画や音声などのデータの符号化方

さらに，対応するビットレートも5.9

通信会社やメーカなど12の有力な企

式 を 検 討 す る 委 員 会 で あ るMPEGkbit/sから128 kbit/sというように幅業 ・ 研究機関が協力して技術を提案し（Moving Picture Experts Group）で広く対応し，任意の周波数帯域 ・ 任意（日本からはNTT，NTTドコモ，パナは，これまでに実用的な符号化方式をのビットレートにフレームごとに切りソニックが参画），従来の符号化方式策定してきており，私たちの生活の中替えることができ，ネットワークの状よりも高性能であるEVSコーデックをで使われています．MPEGでは音を況に柔軟に対応できます．そして，す開発 ・ 策定することに貢献しました．

対象に，圧縮しても元に戻る音響ロス

ハイレゾ放送向け音響ロスレス
符号化ALS

でに普及しているVoLTEサービスで実際にNTTドコモでは2016年の夏

レ ス 符 号 化 方 式 と し てMPEG- 4

使 わ れ て い るAMR-WB（Adaptive

モ デ ル か らVoLTE（HD+） と し てALSを標準化し，NTTもそれに貢献Multi-Rate WideBand）との互換性もEVSコーデックを用いたサービスが,してきました（11）（12）．圧縮率は入力信具備するため，コーデックの置き換え始められています（8）．また，海外でも号（音源）に依存しますが，おおよそもスムーズに進めることが可能です．

（9）
（10）
,

，EVSコーデッ

30%から70%の大きさのビットレート

標準化の過程において，さまざまなクは世界中で使われることが期待でき,へ圧縮することができます（13）（14）．近条件 ・ 音源 ・ 言語での大規模な主観品ます．今後，皆様が携帯電話 ・ スマー

年，ハイレゾオーディオ＊ 1 が普及し質評価実験が第三者機関によって行わトフォンを新しいものに変えると，よつつあり，高精細にデジタル化された

れ，実験結果が評価レポートに示されり自然な通話ができるようになり，雰ており，従来の音声符号化方式 ・ 音響囲気も伝わりやすくなることでしょう．

符号化方式よりも高音質であることが確認されています（6）．また，同様の手10NTT技術ジャーナル 2016.9

使われ始めており＊1

ハイレゾオーディオ：JEITAはCDよりもサンプリング周波数や量子化精度が高ければハイレゾリューションオーディオと呼ぶことを周知しました（15）．

特 集

音を楽しめるようになってきていまら始まる超高精細度テレビジョン放送で制作された音声をそのまま家庭まです．せっかくのハイレゾ音源も歪みの（4K/8K放送）では，映像で使われる届けることができるようになります．

ある圧縮をしてしまっては性能が活か情報量が大きくなるため，それに伴い，音声に十分な伝送帯域を割り当てるこしきれずもったいないため，ALSの音声に割り当てられる情報量も大きくとができれば，ハイレゾ放送を家庭でような音響ロスレス符号化が注目されなることが期待されます．通信 ・ 放送楽しむことができるようになりますています．

分野における電波利用システムの実用（図 ₂ ）．電波による放送に先駆けて，例えば，TV放送の音声は，放送局化およびその普及を促進する団体であ通 信 回 線 を 使 うIPTV（Internet内では48 kHz，24 bitのいわゆるハイる ARIB（Association of Radio

Protocol TeleVision）での放送コンレゾ品質で制作されています．ところ

Industries and Businesses）では放送

テンツ伝送においても，ALSが使わが，放送コンテンツを家庭まで届ける分野の標準規格ARIB STD-B32におれる可能性が高まっています．

ために使われる電波は有限な資源であいて，4K/8K放送で使われる音声符ALSの普及が見込まれることから，り無駄遣いはできないため，人間の耳号化方式の 1 つとしてALSを利用でNTTでは周辺分野の標準化にも取り（16）にはほとんど気にならない程度の劣化きるように規定しています．ALS組んできました．演算量が小さく，使に抑えつつ，大幅な情報圧縮して，皆は圧縮してもデジタル信号として必ず

い や す い ツ ー ル に 限 定 し たALS様の元へ届けられていました．これか元に戻る方式なので放送局のスタジオ

Simple Profileを策定し，これを使う♪

♬♪

♬♩

歪みあり

歪みなし＝原音と同じ♪
♭♫♬

図2♪

伝送帯
圧縮 域が広けする
こと れば，Mでスタジ PEG-4 Aオの音質 LSでロスをそのま レス
ま伝送♯♩

♬
♩

♪

♬♩

♯♩

♪

♯♩♪
♭♫

選択可能♪
♭♫

どでACな
縮/4 A
2
圧
G
くMPE 仕方な合，に場
度
い
程が狭 6 kbit/s
帯域
5
伝送 it/s 〜 2b128 k

伝送帯域に応じた符号化方式の選択

NTT技術ジャーナル 2016.911♪

♬

コミュニケーションの未来を描く基礎研究

ことがARIB STD-B32にも記載されサービスにおいて，配信元と配信先でています．また，デジタルオーディオの相乗効果による臨場感の向上が期待

インタフェースの国際標準規格であるできます．そのためにネットワークをIEC 61937シリーズでALSを伝送する利用するメリットである双方向性を活ことができるIEC 61937-10の標準化

かした付加価値の高い通信システムの（17），ARIB STD-B32の規定に合わ実現に向けて理論基盤の構築を進めた

せ LATM/LOAS（Low-overhead

いと思います．今後も，通信手段の要

Audio Transport Multiplex/Low

求条件に合わせた音声音響符号化技術や＊2のをタイミングよく提供できるように，ALSストリームをそのまま外部アン

基礎研究を継続していきたいと思いプなどへ出力するためにIEC 61937-ます．

Overhead Audio Stream） 形 式

10のEdition 2への改訂作業も行っています．今後，ALSが普及することにより，皆様が意識せずとも放送の音質が向上することが期待できます．

今後の展開
EVSコーデックにより低いビットレートかつ低遅延にもかかわらず，音声と音楽の両方に対してより良い通話品質を得られるようになりました．また，ALSによりある程度の大きさのビットレートを確保できれば原音のままの音質を伝送できるようになりました．良い音を送ることができるのは当たり前になりつつあるので，今後は臨場感を向上させるためには良い音以外に何が必要なのかを検討していきたいと思います．例えば，ネットワークを利用したリアルタイムコンテンツ配信＊212

LATM/LOAS形式：MPEG-4 Audioで規定されている，MPEG-4 Audioのヘッダやストリームを伝送するときに使われる方式の 1 つ．

NTT技術ジャーナル 2016.9■参考文献（1） 3GPP TS26.441：“Codec for Enhanced VoiceServices（EVS）; General overview,” 2015.
（2） 3GPP TS26.445：“Codec for Enhanced VoiceServices（EVS）; Detailed algorithmicdescription,” 2015.
（3） M . D i e t z , M . M u l t r u s , V . E k s l e r , V .
Malenovsky, E. Norvell, H. Pobloth, L. Miao,Z. Wang, L. Laaksonen, A. Vasilache, Y.
Kamamoto, K. Kikuiri, S. Ragot, J. Faure, H.
Ehara, V. Rajendran, V. Atti, H. Sung, E. Oh,H. Yuan, and C. Zhu：“Overview of the EVS
codec architecture,” Proc. of ICASSP2015,
pp.5698-5702， Brisbane, Australia, April
2015.
（4） 守谷 ・ 鎌本 ・ 原田 ・ 菊入 ・ 堤 ・ 仲 ・ 大崎 ・ 江
原 ・ 三田 ・ 河嶋 ・ 中尾：“3GPP標準EVSコー
デックの概要：VoLTE用高性能音声音響符号 化,” 信 学 技 報, Vol.114, No.475, SP2014139, pp.25-30, 2015.
（5） from NTTドコモ：“VoLTEのさらなる高音質化と音楽の活用を実現する3GPP標準EVS
コ ー デ ッ ク,” NTT技 術 ジ ャ ー ナ ル, Vol.27,
No.7, pp.32-35, 2015.
（6） 3GPP TR26.952：“Codec for Enhanced Voice
Services（EVS）; Performance characterization,”
2015.
（7） 鎌本 ・ 守谷 ・ 原田：“3GPP標準EVSコーデッ
クの日本語音声品質評価,” 2016年春季日本音響学会研究発表会講演論文集，3-2-9，2016.
（8） https://www.nttdocomo.co.jp/support/area/volte/（9） https://www.ericsson.com/news/160614evolved-hd0-voice-for-volte_244039855_c（10） h t t p s : / / m i t a r b e i t e r a p p . v o d a f o n e . d e /article/31310460（11） ISO/IEC 14496- 3 ：“Information technology―Coding of audio-visual objects― Part3:

Audio,” fourth edition，2009.
（12） T. Liebchen， T. Moriya， N. Harada， Y.
Kamamoto，Y.A. Reznik：“The MPEG- 4
Audio Lossless Coding（ALS）StandardTechnology and Applications,” Proc. ofAES119th Convention, New York, U.S.A.,
Oct. 2005.
（13） 鎌 本 ・ 守 谷 ・ 原 田 ・ Kos：“ロ ス レ ス ・ オ ーデ ィ オ 符 号 化MPEG- 4 ALSの 高 性 能 化,”
NTT技術ジャーナル, Vol.20, No.2, pp.11-18,2008.
（14） 原田 ・ 守谷 ・ 鎌本：“MPEG- 4 ALSの性能 ・応 用 と 関 連 す る 標 準 化 活 動,” NTT技 術
ジャーナル, Vol.20, No.2, pp.19-25, 2008.
（15） h t t p : / / h o m e . j e i t a . o r . j p / p a g e _ f i l e /20140328095728_rhsiN0Pz8x.pdf（16） ARIB STD-B32：“デジタル放送における映像 符 号 化， 音 声 符 号 化 及 び 多 重 化 方 式,”
2011.
（17） IEC 61937-10：“Digital audio- Interface fornon-linear PCM encoded audio bitstreams
applying IEC60958- Part10: Non-linear PCM
bitstreams according to the MPEG- 4 audio
lossless coding（ALS）format,’’ 2011.

（左から）守谷 健弘/ 鎌本原田優/

登皆様が意識せずに，より自然な音や制作者の意図した音を聞くことができるように，圧縮符号化の研究開発を進めていきます．
IoTやM2Mなどの信号にも対応していきた
いと思います．

◆問い合わせ先

NTTコミュニケーション科学基礎研究所
守谷特別研究室
TEL 046-240-3593
FAX 046-240-3145
E-mail MPEG4ALS lab.ntt.co.jp