JP2009162918A - 復号再生装置及び方法並びに受信装置 - Google Patents

復号再生装置及び方法並びに受信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】少ないメモリ容量のバッファを用いた場合でも、非同期伝送された音声データに対するD/A変換によってバッファがオーバーフロー又はアンダーフローしてしまうことを防止する。
【解決手段】 非同期伝送された音声データが入力される入力メモリバッファ23と、前記入力メモリバッファに記憶されている符号化データを読み出して復号化する復号化回路24と、前記復号回路の出力を記憶する出力メモリバッファ25と、前記入力メモリバッファの使用量を監視し、前記使用量が所定の上限閾値よりも大きくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを間引き処理して出力し、前記使用量が所定の下限閾値よりも小さくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを補間処理して出力する出力制御回路26とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、非同期伝送された音声符号化データの復号及び再生に好適な復号再生装置及び方法並びに受信装置に関する。
近年、携帯型のオーディオ装置が普及している。一般的には、携帯型のオーディオ装置においては、ヘッドホンを利用して再生された音声を聞くことが前提となっており、オーディオ信号の再生出力部と、ヘッドホンとをケーブル等によって接続する構成となっている。更に、近年、ブルートゥース(bluetooth)ヘッドホン等を採用して、無線により再生出力部とヘッドホンとの間の音声データの伝送を行う装置も商品化されている。音声データを伝送する場合には、データ量を削減するために、音声信号にMP3(MPEG Audio Layer-3)規格等を用いた符号化処理が施される。
ところで、アナログ音声信号はクロック発生器からのサンプリングクロックを用いてサンプリングされることでデジタル音声信号に変換される。また、デジタル音声信号はクロック発生器からのサンプリングクロックを用いてアナログ信号に変換される。例えば、CD(コンパクトディスク)相当の音質が求められる場合には、サンプリングクロックとしては44.1KHzの周波数が選択される。
アナログ入力を有するデジタルオーディオ装置においては、クロック発生器を備えてA/D変換を行うことができるようになっている。また、デジタル入力のみ又は再生専用のオーディオ装置においては、A/D変換処理は、デジタル音声信号を生成する装置において行うことが前提である。上述したブルートゥースヘッドホンにおいては、クロック発生器を備えて、受信したデジタル音声信号のD/A変換を行っている。
即ち、デジタル音声信号を伝送し、伝送されたデジタル音声信号をアナログ信号に変換して音声出力する装置においては、A/D変換時とD/A変換時とで異なるクロック発生器が用いられることになる。この場合でも、デジタル音声データの伝送に際して、サンプリングクロック成分を音声データと同時に伝送し、受信側で伝送されたサンプリングクロック成分からクロック発生器においてサンプリングクロックを再生して処理を行う同期伝送を行えばよい。
しかしながら、上述したブルートゥース規格等の無線伝送方式では、クロック成分の伝送は困難であり、受信側のクロック発生器は独自のサンプリングクロックを発生することになる。このような非同期伝送においても、A/D変換時に用いるクロック発生器とD/A変換時に用いるクロック発生器とが同一周波数のサンプリングクロックを発振すれば、特には問題は生じない。しかしながら、クロック発生器の固体差により、両者のサンプリングクロックに若干のずれが生じる。そうすると、デジタル音声信号を受信する受信側の入力バッファがオーバーフロー又はアンダーフローしてしまう可能性があり、一瞬音が途切れる等の不具合が発生する。
そこで、特許文献1においては、この問題を解決する提案がなされている。特許文献1の装置においては、受信したデジタル音声データを伸長回路によって復号し、バッファメモリを介してデジタルシグナルプロセッサ及びD/A変換器に与えるようになっている。そして、デジタルシグナルプロセッサは、バッファメモリの残量がある範囲に保たれるように、バッファ出力を間引き又は補間する。これにより、音声出力が途切れる等の不具合の発生を防止している。
しかしながら、特許文献1の装置においては、バッファメモリの残量がある範囲に保たれるように制御するために、比較的大きな容量のバッファメモリを用いなければならず、回路規模が増大するという問題があった。
特開2002−268662号
本発明は、符号化されたデータが入力される入力バッファを監視し、復号化されたデータを一時保持する出力バッファの出力に対する間引き又は補間を、監視結果に基づいて制御することで、比較的小さいメモリ容量のバッファを用いた場合でも、非同期伝送された音声データに対するD/A変換によってバッファがオーバーフロー又はアンダーフローしてしまうことを防止することができる復号再生装置及び方法並びに受信装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の復号再生装置は、非同期伝送された音声データが入力される入力メモリバッファと、前記入力メモリバッファに記憶されている符号化データを読み出して復号化する復号化回路と、前記復号回路の出力を記憶する出力メモリバッファと、前記入力メモリバッファの使用量を監視し、前記使用量が所定の上限閾値よりも大きくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを間引き処理して出力し、前記使用量が所定の下限閾値よりも小さくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを補間処理して出力する出力制御回路とを具備したものであり、
本発明の一態様の受信装置は、上記復号再生装置と、前記出力制御回路の出力をアナログ信号に変換するA/D変換回路と、前記A/D変換回路にサンプリングクロックを供給するクロック発生器とを具備したものであり、
本発明の一態様の復号再生方法は、入力メモリバッファによって、非同期伝送された音声データを保持し、前記入力メモリバッファに記憶されている符号化データを読み出して復号化し、出力メモリバッファによって、復号化された符号化データを記憶し、前記入力メモリバッファの使用量を監視して、前記使用量が所定の上限閾値よりも大きくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを間引き処理して出力し、前記使用量が所定の下限閾値よりも小さくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを補間処理して出力するものである。
本発明によれば、符号化されたデータが入力される入力バッファを監視し、復号化されたデータを一時保持する出力バッファの出力に対する間引き又は補間を、監視結果に基づいて制御することで、比較的小さいメモリ容量のバッファを用いた場合でも、非同期伝送された音声データに対するD/A変換によってバッファがオーバーフロー又はアンダーフローしてしまうことを防止することができるという効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る復号再生装置を含むオーディオ装置を示すブロック図である。本実施の形態においては、デジタル音声データを非同期伝送する装置に適用したものであり、例えば、ブルートゥース(Bluetooth)規格の無線伝送方式を利用した装置の例について説明する。
送信装置11は、オーディオ信号出力機器12を備えている。オーディオ信号出力機器12は、アナログ音声信号を出力する。このアナログ音声信号はA/D変換回路13に与えられる。A/D変換回路13は、クロック発生器14からサンプリングクロックが与えられており、入力されたアナログ音声信号をサンプリングクロックを用いてサンプリングして、デジタル音声信号に変換した後、符号化回路15に出力する。クロック発生器14は、所定周波数のサンプリングクロックを発生するようになっている。
なお、オーディオ信号出力機器12は送信装置11と別体で構成されていてもよく、この場合には、送信装置11にはアナログ入力ポートを設けて、アナログ入力ポートからの音声信号をA/D変換回路13に供給する。また、オーディオ信号出力機器12及びA/D変換回路13を送信装置11と別体で構成してもよい。この場合には、送信装置11にはデジタル入力ポートを設けて、デジタル入力ポートからのデジタル音声信号を符号化回路15に供給する。
符号化回路15は、デジタル音声信号に所定の符号化処理を施す。例えば、符号化回路15は、入力されたデジタル音声信号をMP3規格等の符号化データに変換して出力する。符号化回路15からの符号化データは変調回路16に供給される。変調回路16は、クロック発生器17からのクロック信号をキャリアとして符号化データを変調して送信データとして出力する。変調回路16からの送信データはアンテナ18を介して無線送信される。なお、本実施の形態においては、送信データには音声信号のサンプリングクロック成分は含まれていない。
一方、受信側である復号再生装置21においては、アンテナ28に誘起した信号が取り込まれる。アンテナ28は送信装置11のアンテナ18からの送信データを受信して復調回路22に出力する。復調回路22は、送信装置11の変調回路16の変調処理に対する復調処理によって、変調処理前の符号化データを得る。復調回路22は復調処理によって得た符号化データを復号部20に出力するようになっている。
復号部20は、例えば、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)によって構成されている。復号部20の入力メモリバッファ23には復調回路22からの符号化データが入力される。入力メモリバッファ23は、入力された符号化データを保持して、復号化回路24からの要求に従って、保持した符号化データを復号化回路24に出力する。
復号化回路24は、入力された符号化データを復号化して符号化前の音声データに戻して出力メモリバッファ25に出力する。この場合には、復号化回路24は、所定サンプル数の音声データをまとめて復号化して出力する。復号化回路24は、出力メモリバッファ25に、所定サンプル数、例えば512サンプル分の空き領域が発生すると、入力メモリバッファ23から符号化データを読み出して復号化を行い、復号後のデータを出力メモリバッファ25に出力する。出力メモリバッファ25は、復号された音声データを一時保持する。出力メモリバッファ25は、出力制御回路26に読み出しが制御されて、蓄積した音声データを出力制御回路26に出力する。
出力制御回路26は、入力メモリバッファ23の残量を監視し、監視結果に基づいて、出力メモリバッファ25からの音声データの読み出しを制御すると共に、出力メモリバッファ25からの音声データに対する間引き処理又は補間処理を行うことができるようになっている。出力制御回路26の出力はD/A変換回路31に与えられる。
例えば、出力制御回路26は、入力メモリバッファ23のアンダーフローに対する閾値(下限閾値)を設定し、入力メモリバッファ23の使用量が下限閾値よりも低下しようとした場合には、出力メモリバッファ25からの音声データに1サンプル分の音声データを補間してD/A変換回路31に与える。また、例えば、出力制御回路26は、入力メモリバッファ23のオーバーフローに対する閾値(上限閾値)を設定し、入力メモリバッファ23の使用量が上限閾値よりも高くなろうとした場合には、出力メモリバッファ25からの音声データから1サンプル分の音声データを間引いてD/A変換回路31に与える。
D/A変換回路31は、復号部20から供給された音声データをアナログ信号に変換する。この場合には、D/A変換回路31は、クロック発生器32からのサンプリングクロックを用いる。クロック発生器32は、送信装置11のクロック発生器14のサンプリングクロックと略同一の周波数のサンプリングクロックを発生する。クロック発生器32のサンプリングクロックは、クロック発生器14のサンプリングクロックとは非同期であり、周波数に若干のずれがある。D/A変換回路31からのアナログ音声信号はオーディオ出力機器33に供給される。オーディオ出力機器33は、入力された音声信号をスピーカ34に供給して、音響出力させる。
次に、このように構成された実施の形態の動作について図2乃至図4を参照して説明する。図2は横軸に時間をとり縦軸に入力メモリバッファ23のバッファ使用量をとり、出力制御回路26の出力制御を説明するためのグラフである。図3は復号化回路24の動作を説明するためのフローチャートであり、図4は出力制御回路26の動作を説明するためのフローチャートである。
出力制御回路26は、入力メモリバッファ23のデータ蓄積量として適正な範囲を設定し、その範囲の上限をオーバーフロー用の上限閾値とし、下限をアンダーフロー用の下限閾値として設定する。復調回路22は、受信したデータを復調して、符号化データを復号部20に出力する。この符号化データは、入力メモリバッファ23に一時蓄積された後、復号化回路24によって読み出される。復号化回路24は、図3のステップS1において、出力メモリバッファ25に所定の空き領域が存在するか否かを検出する。所定の空き領域、例えば、音声データの512サンプル分の空き領域が出力メモリバッファ25に存在する場合には、復号化回路24は、入力メモリバッファ23から符号化データを読み出して(ステップS2)、復号化処理を行う(ステップS3)。復号化回路24は、復号化した音声データを出力メモリバッファ25に出力する(ステップS4)。
本実施の形態においては、出力制御回路26は、入力メモリバッファ23の残量(使用量)を監視している(ステップS11)。出力制御回路26は、ステップS12及びステップS13において、入力メモリバッファ23の使用量が、下限閾値以上、上限閾値以下である場合には、出力メモリバッファ25に蓄積された音声データをそのまま読み出してD/A変換回路31に出力する。
これに対し、ステップS12において、入力メモリバッファ23の使用量が下限閾値よりも小さくなった場合には、出力制御回路26は、出力メモリバッファ25に蓄積された音声データに1サンプル分の音声データを補間して、D/A変換回路31に出力する(ステップS14)。また、ステップS13において、入力メモリバッファ23の使用量が上限閾値よりも大きくなった場合には、出力制御回路26は、出力メモリバッファ25に蓄積された音声データを1サンプル分間引いてD/A変換回路31に出力する(ステップS15)。
D/A変換回路31は、入力された音声データを、クロック発生器32からのサンプリングクロックを用いてアナログ信号に変換する。即ち、D/A変換回路31は、音声データのA/D変換時に用いられたサンプリングクロックとは非同期のサンプリングクロックを用いてデジタル/アナログ変換を行う。クロック発生器32のサンプリングクロックの周波数がA/D変換時のサンプリングクロックの周波数よりも高い場合には、音声データは高速にアナログ信号に変換され、低い場合には音声データは低速にアナログ信号に変換される。これに対し、復号再生装置21に伝送される伝送データの伝送レートは、送信側によって決まる。従って、入力メモリバッファ23の平均的な残量がサンプリングクロックの周波数によって変化することになる。
図2は入力メモリバッファ23の残量の変化を説明するためのものである。図2の特性A〜C(破線)は、入力メモリバッファ23の残量(使用量)に拘わらず、補間又は間引き処理のいずれの処理も行わずに、出力メモリバッファ25からの音声データをそのままD/A変換回路31に出力した場合の例を示し、図2の実線は出力制御回路26によって補間又は間引き処理を行ったことを示している。なお、図2は符号化データのデータレートの変化、復調回路22の処理速度及び復号化回路24の復号方法等を無視して、使用量の変化の概要を示したものであり、具体的な補間又は間引きの制御タイミング等は実際のものとは異なる。
図2の破線にて示す特性Aは、D/A変換回路31のサンプリングクロックと送信側のA/D変換時のサンプリングクロックとが同一周波数である場合、例えば同期転送が行われた場合の例を示している。この場合には、D/A変換回路31は本来の速度で音声データをアナログ信号に戻す。従って、復調回路22から入力メモリバッファ23に取り込まれる平均のデータ量と、復号化回路24によって入力メモリバッファ23から読み出される平均のデータ量とは等しく、入力メモリバッファ23はオーバーフロー及びアンダーフローすることはない。
図2の破線にて示す特性Bは、D/A変換回路31のサンプリングクロックが送信側のA/D変換時のサンプリングクロックよりも低い周波数である場合の例を示している。この場合には、D/A変換回路31は本来の速度よりも低速に音声データをアナログ信号に戻す。従って、復調回路22から入力メモリバッファ23に取り込まれる平均のデータ量は、復号化回路24によって入力メモリバッファ23から読み出される平均のデータ量よりも大きく、入力メモリバッファ23はオーバーフローしてしまう。
図2の破線にて示す特性Cは、D/A変換回路31のサンプリングクロックが送信側のA/D変換時のサンプリングクロックよりも高い周波数である場合の例を示している。この場合には、D/A変換回路31は本来の速度よりも高速に音声データをアナログ信号に戻す。従って、復調回路22から入力メモリバッファ23に取り込まれる平均のデータ量は、復号化回路24によって入力メモリバッファ23から読み出される平均のデータ量よりも小さく、入力メモリバッファ23はアンダーフローしてしまう。
上述したように、入力メモリバッファ23のバッファ使用量が上限閾値よりも高くなると、出力制御回路26は、出力メモリバッファ25の音声データを1サンプル分間引く。これにより、復号化回路24による入力メモリバッファ23からの音声データの読み出しが1サンプル分早くなり、図2の実線にて示すように、入力メモリバッファ23のバッファ使用量が破線の状態よりも低下する。こうして、入力メモリバッファ23のオーバーフローの発生を防止することができる。
逆に、入力メモリバッファ23のバッファ使用量が上限閾値よりも低くなると、出力制御回路26は、出力メモリバッファ25の音声データを1サンプル分補間する。これにより、復号化回路24による入力メモリバッファ23からの音声データの読み出しが1サンプル分遅くなり、図2の実線にて示すように、入力メモリバッファ23のバッファ使用量が破線の状態よりも増加する。こうして、入力メモリバッファ23のアンダーフローの発生を防止することができる。
なお、音声データを単に1サンプル分補間又は間引く処理だけでは音声品質が劣化する虞があるので、出力制御回路26は、補間又は間引き処理を行う場合には音声信号が連続的となるように、適宜の音声信号処理を行ってもよい。
このように本実施の形態においては、入力メモリバッファのバッファ残量(使用量)を監視し、使用量が上限閾値よりも高くなったか又は下限閾値よりも低くなった場合には、復号化後の音声データを間引き又は補間処理した後、D/A変換処理させるようになっている。これにより、入力メモリバッファとして比較的小さい容量のメモリを用いた場合でも、オーバーフロー又はアンダーフローが発生することを防止して、音声の復号再生が可能である。
(第2の実施の形態)
図5は本発明の第2の実施の形態を示すブロック図である。図6は非同期サンプルレートコンバータにおけるレート変換の動作を説明するための説明図である。
本実施の形態は、出力制御回路26として非同期サンプルレートコンバータ35を採用した点が第1の実施の形態と異なる。非同期サンプルレートコンバータ35は、入力メモリバッファ23のバッファ残量(使用量)を監視し、バッファ残量(使用量)が上限閾値よりも大きくなった場合には、音声データを低いサンプルレートに変換し(間引き処理)、バッファ残量(使用量)が下限閾値よりも小さくなった場合には、音声データを高いサンプルレートに変換する(補間処理)ようになっている。
図6は黒丸によって復号化後の音声データを示している。非同期サンプルレートコンバータ35は、黒丸の音声データのサンプルレートを変換するために、補間又は間引き処理を行う。この場合には、補間又は間引き処理後に音質劣化が生じないように、平均的にサンプル数を変更する。即ち、非同期サンプルレートコンバータ35は、先ず音声データ相互間を補間する。図6の×印は補間によって得た音声データを示している。そして、非同期サンプルレートコンバータ35は、元の音声データ及び補間して得た音声データを変換後のサンプルレートに応じて選択して出力する。図6の丸印は出力する音声データを示している。図6の例は、補間前の元の5つの音声データに対して6個の音声データが出力されること、即ち、サンプルレートが高くなったことを示している(補間処理)。
例えば、バッファ残量(使用量)が下限閾値よりも小さくなるものとする。この場合には、非同期サンプルレートコンバータ35は、図6と同様に、出力メモリバッファ25の音声データのサンプルレートを高くしてD/A変換回路31に出力する。これにより、復号化回路24による入力メモリバッファ23からの音声符号化データの読み出しが遅延し、入力メモリバッファ23がアンダーフローすることを防止することができる。
逆に、バッファ残量(使用量)が上限閾値よりも大きくなるものとする。この場合には、非同期サンプルレートコンバータ35は、出力メモリバッファ25の音声データのサンプルレートを低くしてD/A変換回路31に出力する。即ち、この場合には復号化回路24からの音声データが間引かれてD/A変換回路31に供給されたことと等価であり、復号化回路24による入力メモリバッファ23からの音声符号化データの読み出しが早くなって、入力メモリバッファ23がオーバーフローすることを防止することができる。
このように本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記各実施の形態においては、無線ネットワークとしてブルートゥースに適用した例を説明したが、他の無線ネットワークにも同様に適用可能である。
(第3の実施の形態)
図7は本発明の第3の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態は有線伝送に適用した例である。
本実施の形態は送信側において、変調回路16及びクロック発生器17を省略した送信装置41を採用し、受信側において、復調回路22を省略した復号再生装置51を採用した点が第1の実施の形態と異なる。
送信装置41の符号化回路15は、入力されたデジタル音声信号を符号化し、符号化データを有線伝送路を介して復号再生装置51の復号部20に出力する。復号部20の入力メモリバッファ23は、送信装置41からの音声符号化データを一時保持すると共に、復号化回路24からの要求に従って、保持した符号化データを復号化回路24に出力する。他の構成は第1の実施の形態と同様である。
このように構成された実施の形態においては、復号再生装置51の入力メモリバッファ23には、音声符号化データが入力される。この場合においても、第1の実施の形態と同様に、出力制御回路26は、入力メモリバッファ23のバッファ残量(使用量)を監視し、監視結果に基づいて出力メモリバッファ25の音声データに対する補間処理又は間引き処理を制御する。
他の作用及び効果は第1の実施の形態と同様である。
なお、上記各実施の形態においては、入力メモリバッファ23のバッファ使用量が上限閾値又は下限閾値を超えたか否かによって、補間処理又は間引き処理を制御したが、入力メモリバッファ23のバッファ使用量の変化に追随して、補間処理又は間引き処理を行うようにしてもよい。
本発明の第1の実施の形態に係る復号再生装置を含むオーディオ装置を示すブロック図。 横軸に時間をとり縦軸に入力メモリバッファ23のバッファ使用量をとり、出力制御回路26の出力制御を説明するためのグラフ。 復号化回路24の動作を説明するためのフローチャート。 出力制御回路26の動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第2の実施の形態を示すブロック図。 非同期サンプルレートコンバータにおけるレート変換の動作を説明するための説明図。 本発明の第3の実施の形態を示すブロック図。
符号の説明
11…送信装置、13…A/D変換回路、14,32…クロック発生器、15…符号化回路、20…復号部、21…復号再生装置、22…復調回路、23…入力メモリバッファ、24…復号化回路、25…出力メモリバッファ、26…出力制御回路、31…D/A変換回路。

Claims (5)

  1. 非同期伝送された音声データが入力される入力メモリバッファと、
    前記入力メモリバッファに記憶されている符号化データを読み出して復号化する復号化回路と、
    前記復号回路の出力を記憶する出力メモリバッファと、
    前記入力メモリバッファの使用量を監視し、前記使用量が所定の上限閾値よりも大きくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを間引き処理して出力し、前記使用量が所定の下限閾値よりも小さくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを補間処理して出力する出力制御回路と
    を具備したことを特徴とする復号再生装置。
  2. 前記出力制御回路は、非同期サンプルレートコンバータによって構成されることを特徴とする請求項1に記載の復号再生装置。
  3. 請求項1又は2に記載の復号再生装置と、
    前記出力制御回路の出力をアナログ信号に変換するA/D変換回路と、
    前記A/D変換回路にサンプリングクロックを供給するクロック発生器と
    を具備したことを特徴とする受信装置。
  4. 非同期伝送されたデータを受信して復調し、前記入力メモリバッファに符号化データを供給する復調部
    を具備したことを特徴とする請求項3に記載の受信装置。
  5. 入力メモリバッファによって、非同期伝送された音声データを保持し、
    前記入力メモリバッファに記憶されている符号化データを読み出して復号化し、
    出力メモリバッファによって、復号化された符号化データを記憶し、
    前記入力メモリバッファの使用量を監視して、前記使用量が所定の上限閾値よりも大きくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを間引き処理して出力し、前記使用量が所定の下限閾値よりも小さくなると、前記出力メモリバッファに記憶されたデータを補間処理して出力する
    ことを特徴とする復号再生方法。
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