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インターネット接続したテレヘッドによる聴覚テレプレゼンス *○ 平原達也、森川大輔（富山県立大学工学部）、岩谷幸雄（東北大学・通研）

た受聴者の頭部形状から光造形装置で成形したエポキシ製のものである。頭部姿勢情報はテレヘッド(TeleHead)とは受聴者の頭部運
磁気方式のモーションセンサ（Flock of Birds
動に追従して静粛かつ高速に運動するダミー
あ る い は Fastrak ） を 利 用 し て 検 出 し 、ヘッドで、その両耳に装着したマイクロフォ
RS-232C 経由でテレヘッド制御用コンピューンでほぼ完全な動的バイノーラル信号を収録
タに取り込まれる。
できる。この動的バイノーラル信号をテレヘ
2.2 音響信号の伝送系
ッドから離れた場所でヘッドホン受聴すると、音響信号のインターネット伝送には、AAC
テレヘッドの置かれた場所に自分の耳が在るコーデックを内蔵した IP テレビ会議システ
かのように感じ、聴覚テレプレゼンスを実現
ム（SONY, PCS-XG55）を使用した。
できる[1, 2]。本稿では、インターネットを経まず、2 台の IP テレビ会議システムを研究由して富山県立大（射水市）と東北大通研（仙室内の LAN で TCP/IP 接続したときの音響信台市）の間をテレヘッドで相互に結び聴覚テ号の伝送遅延時間は約 370 ms であった。使
レプレゼンスを実現した方法について述べる。
用した LAN のパケット遅延時間は 1 ms 以下
なので、この 370 ms はコーデックでの符号化
2 テレヘッド・オーバー・ＩＰと復号化に要した時間と考えられる。
システム全体の構成は Fig.1 に示すとおりである。
次に、富山県立大と東北大通研の間で IP テ2.1 テレヘッド
レビ会議システムを WAN（インターネット）
富 山 県 立 大 の テ レ ヘ ッ ド は 四 号 機 (Tele
接続し、音響信号をループバックさせたときHead IV)、東北大通研テレヘッドは五号機の伝送遅延時間は 1.267 s であった。したが(TeleHead V)である。いずれも受聴者の頭部運って、片道の伝送遅延時間は約 630 ms となる。そのときに ping で測ったパケット伝送時動に追従してダミーヘッドを旋回させるタイプである。TeleHead IV の追従遅延時間は約間は片道 23 ms であったが、WAN を介した120 ms、TeleHead V の追従遅延時間は約 100
大容量データの TCP/IP 伝送には約 260 msms である。ダミーヘッドは、MRI で計測し（630 − 370 ms）かかっていたことになる。

1

はじめに

TeleHead V
Listener A

LAN♪
Fastrak

LANDS
SW
hub♪

codec
SW
hub

codec

♪
DS♪

motor

TPU

X
X
WAN(Internet)

codec

♪

SW
hubPC

PC

motor

RIEC
DS

♪

FOBSW
hubcodec♪

DS

Listener B

TeleHead IV

Fig.1♪

テレヘッドをインターネット経由で接続した聴覚テレプレゼンスシステム*Auditory telepresence via TeleHead over IP, by HIRAHARA Tatsuya, MORIKAWA Daisuke (ToyamaPrefectural Univ.), and IWAYA Yukio (RIEC, Tohoku Univ.)

日本音響学会講演論文集- 651 -

2011年9月

日本音響学会講演論文集

ITD in μs

ITD_rcvd

5000

ITD_send

-500
00.5

11.5

22.5
3time in s

3.5

4

4.5

5Fig.2 送信側と受信側の ITD の時間変化

ILD in dB64

ILD_send20

ILD_rcvd-2-400.5

11.5

22.5
3time in s

3.5

44.5

5Fig.3 送信側と受信側の ITD の時間変化40
difference in dB

バイノーラル信号を伝送する場合、左右チャンネルがそれぞれ正確に信号スペクトルの強度を符号化し、伝送し、復号することとともに、左右チャンネル間の時間関係を保持して信号を符号化し、伝送し、復号することが必要である。そこで、研究室内の LAN を介して 2 台のテレビ会議システムを IP 接続し、テレヘッドの両耳に装着した 2 つのマイクロフォンで収音した音響信号と、送信側・受信側合計 2 つのコーデックを経て復号された音響信号とを比較することにより、ILD と ITDがどの程度保持されているかを検証した。収録した信号はテレヘッドの周囲で移動するヒトが発話した音声である。
Fig.2 は送信側と受信側の ITD の時間変化を描いたものである。両者の間には伝送遅延
時間 370 ms のずれが認められるが、それを補正した後の送信側と受信側の ITD の差異は最大 20μs であった。
Fig.3 は送信側と受信側の ILD の時間変化を描いたものである。ITD と同様に両者の間には伝送遅延時間分だけずれが認められ、それを補正した後の送信側と受信側の ILD の差異は最大 0.5 dB であった。
Fig.4 は送信側の信号スペクトルと受信側の信号スペクトルとの差異、すなわちコーデックの伝達周波数特性を描いたものである。
同図より伝達特性は、100 Hz 以下では−6 dB以下、200 Hz ～ 5 kHz の間では±2 dB、10kHz で−5 dB、14.3 kHz 以上では−10 dB 以下であることがわかった。
2.3 頭部姿勢情報の伝送系
RS-232C を使用する頭部姿勢情報のインターネット伝送には、UDS2100 (Lantronix) を用いた。これはシリアルポート対応機器をUDP/IP 接続するデータサーバー(DS)と呼ばれる装置である。
富山県立大と東北大通研に UDS2100 を設置して、WAN を介して頭部姿勢情報をループバックさせて TeleHead V を動かしたときの遅延時間を計測した。その結果、受聴者とテレヘッドの頭部運動の遅延時間は約 140ms であった。TeleHead V の動作遅延は約 100ms、ping で計測したネットワーク遅延は 45ms なので、WAN のラウンドトリップ時間だ
け遅れて受聴者の頭部姿勢情報がテレヘッド・コントローラに届いていることになる。

200-20-400.1

1frequency in kHz

1020

Fig.4 送信側と受信側の信号スペクトルの差

3

まとめ

インターネット経由で富山県立大と東北大通研のテレヘッドを相互に接続して、双方の音場を「リアル」に受聴できた。現状では、頭部姿勢情報と音響情報とは同期が取れていないし、音響情報には大きな遅延がある。
しかし、頭部運動を反映した動的バイノーラ
ル信号 [3] を用いているので、立体音場を「リアル」に知覚できる。実時間音声コーデックを利用して音響信号の遅延時間を短縮することと、受聴者が感じる立体音場の「リアルさ」を評価することは今後の課題である。
謝辞
本研究は東北大学電気通信研究所における共同研究プロジェクト研究による。

参考文献[1] 平原達也, 戸嶋巌樹, 植松尚, "頭部の 3 次元運動に追従するダミーヘッドシステム-テレヘッ
ド (TeleHead)-, " 人工知能学会研究会資料
SIG-Challenge-0216-8, 45-52, 2002.
[2] 平原達也, "テレヘッドを通じた空間音響事象の知覚," 音講論, 1427-1428, 2009.09.
[3] 平原達也, "バイノーラル信号による音像定位技術 ―動的バイノーラル信号の効用―," 騒
音制御 33(3), 204-211, 2009.

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2011年9月