JP5074749B2 - 音声信号受信装置、それに使用される音声パケット消失補償方法、その方法を実施するプログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
は、当該フレームでパケットロスが発生したと判断し、パケットロスである旨を制御部16に伝える。
制御部16は、パケットロスが発生した旨を受け取ると、スイッチSWをB側にセットする。音声波形補間処理部17は、出力音声バッファ14内の音声信号を用いて、パケットロスが発生したフレームの音声信号を補間処理により生成し、スイッチSWを通して出力する。
この問題を解決する方法として、非特許文献2の方法が提案されている。図4に、非特許文献2で用いられている音声信号受信装置の構成例を、図2と同じ構成要素には同じ参照番号を付けて示す。
ITU-T Rec. G.711 Appendix I(1999) 大室、森、日和崎、栗原、片岡、"音声特徴量並行送信によるバーストパケットロス耐性の向上"、電子情報通信学会 信学技報 SP2004-77(2004)
受信した音声パケットを一時的に蓄える受信バッファと、
上記受信バッファから、フレーム番号の小さい順に音声パケットを取り出し、音声パケット内の音声符号を復号して音声信号を得る復号手段と、
取り出すべき音声パケットが上記受信バッファに蓄積されているか否かを判定し、判定結果をパケットロスが発生したか否かを表すパケットロスフラグとして生成するパケットロス判定手段と、
復号された上記音声信号を指定されたフレーム数まで蓄積し、フレーム番号の小さい順に音声信号を出力する遅延バッファ手段と、
予め決められた時間またはフレーム数の出力音声信号を蓄積する出力音声バッファ手段と、
上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスであった場合に、上記出力音声バッファ内の出力音声信号から波形をコピーすることによって第1の補間波形を生成し、上記遅延バッファ手段内から探索された、上記パケットロスのフレームよりも後のフレーム番号の音声信号からコピーした波形によって第2の補間波形を生成し、上記第1の補間波形と上記第2の補間波形を用いて補間音声信号を生成し、それをパケットロスのフレームに対応する出力音声とする音声波形補間処理手段と、
上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスでなければ上記遅延バッファ手段からの音声信号を出力音声信号として出力し、パケットロスであれば上記音声波形補間処理手段からの上記補間音声信号を出力音声信号として出力する出力制御手段、
とを含むように構成されている。
(a) 受信した音声パケットを受信バッファに一時的に蓄えるステップと、
(b) 上記受信バッファから、フレーム番号の小さい順に音声パケットを取り出し、音声パケット内の音声符号を復号して音声信号を得るステップと、
(c) 取り出すべき音声パケットが上記受信バッファに蓄積されているか否かを判定し、判定結果をパケットロスが発生したか否かを表すパケットロスフラグとして生成するステップと、
(d) 復号された上記音声信号を指定されたフレーム数まで遅延バッファ手段に蓄積し、フレーム番号の小さい順に音声信号を遅延バッファ手段から出力するステップと、
(e) 予め決められた時間またはフレーム数の出力音声信号を出力音声バッファ手段に蓄積するステップと、
(f) 上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスであった場合に、上記出力音声バッファ内の出力音声信号から波形をコピーすることによって第1の補間波形を生成し、上記遅延バッファ手段内から探索された、上記パケットロスのフレームよりも後のフレーム番号の音声信号からコピーした波形によって第2の補間波形を生成し、上記第1の補間波形と上記第2の補間波形を用いて補間音声信号を生成し、それをパケットロスのフレームに対応する出力音声とするステップと、
(g) 上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスでなければ上記遅延バッファ手段からの音声信号を出力音声信号として出力し、パケットロスであれば上記音声波形補間処理手段からの上記補間音声信号を出力音声信号として出力するステップ、
とを含む。
本発明は、コンピュータ本体とコンピュータプログラムとして実行することが可能であるし、デジタルシグナルプロセッサや専用LSIに実装して実現することも可能である。
図6は、本発明における音声信号受信装置の構成例である。図2,4における装置と共通する構成要素には同じ参照番号を付けて示してある。この発明による音声信号受信装置は、パケット受信部11,受信バッファ12,音声波形復号部13,出力音声バッファ14,パケットロス判定部15、制御部16,音声波形補間処理部17,バッファ探索部18が設けられている点は図4の場合と同様である。図6の実施例では、更に遅延バッファ部19と出力制御部21が追加されている。出力音声バッファ14、音声波形補間処理部17、バッファ探索部18、遅延バッファ部19、スイッチSWはパケット消失補償処理部100を構成している。
e(k)=e(k-1)×0.99+0.01, パケットロス(FPL=1)の場合 (1)
e(k)=e(k-1)×0.99, パケットロスでない(FPL=0)場合 (2)
により計算する。kはフレーム番号k=1,2,3,...であり、e(k)の初期値をe(0)=0とする。または、パケットロスフラグFPLを統計値計算部16A内の図示してないバッファに一定時間蓄積して、フレーム毎にバッファ内のパケットロスフラグFPLからパケットロス率e(k)をバッファ内のFPL=1の数とFPLの全数(フレーム数)の比として計算してもよい。
r<iのei(k)に対しそれぞれ
ei(k)=ei(k-1) ×0.99 (3)
をr+1回ずつ計算する。
r≧iのei(k)に対しそれぞれ
ei(k)=ei(k-1)×0.99+0.01 (4)
をr回ずつ計算し、さらに
ei(k)=ei(k-1)×0.99 (5)
の計算を1回ずつ行う。なお、i=1の場合であるe1(k)は前記e(k)と同じである。また、ei(k)の計算は、上記e(k)の計算と同様に、パケットロスフラグFPLを一定時間バッファに蓄積して、フレーム毎にバッファ内のパケットロスフラグFPLから連続パケットロス率を計算してもよい。式(1)〜(5)における定数0.99及び0.01は実験的に適当なものを予め決めることとし、例えば、それぞれ0.95と0.05、0.995と0.005といった組み合わせでもよい。また、フレーム番号kが小さい間、即ち音声パケットの受信を開始してから間もない間は0.95と0.05という定数の組を用い、一定の時間が経過後は0.99と0.01の組を用いるというように、途中で定数を変更してもよい。
ステップS1:受信バッファ12に取り出すべき音声パケットが蓄積されているか判定し、パケットロスフラグFPLを生成する。
ステップS2:制御部16においてパケットロスフラグFPLに基づいて連続パケットロス率ei(k), i=1, 2, ..., nを計算する。
ステップS3:制御部16において連続パケットロス率から、表メモリ16Bの表(図8及び9A)を参照して要保持フレーム数NFを決定する。
ステップS5:ステップS4でパケットロスでないと判定された場合は、受信バッファ12から取り出した音声パケットを復号して音声信号を得て、要保持フレーム数NFの条件の下に復号音声信号を遅延バッファ部に書き込む。NFの制限の下に実際に復号音声信号を遅延バッファ部19に書き込むか否かについては後述の実施例において説明する。
ステップS6:ステップS4でパケットロスであると判定された場合は、パケットロス情報を遅延バッファ部19に書き込む。
ステップS7:遅延バッファ部19内の最も番号の小さいフレームがパケットロスであるか判定する。
ステップS9:ステップS7でパケットロスであると判定された場合は、バッファ探索部18により遅延バッファ部19内のパケットロスのフレーム番号より大きい番号のフレームがパケットロスであるか判定し、パケットロスでないフレームが見つかるまでフレーム番号の小さい順に判定することを繰り返す。
ステップS10:ステップS9の探索により得られたフレームの音声信号と、出力音声バッファ14に保持されている前フレームの音声信号を使って音声波形補間処理部17において前述した補間処理により補間音声信号を生成してスイッチSWを介して出力するとともに出力音声バッファ14に書き込み、ステップS1に戻る。
[実施例2]
比較部19Bは制御部16から要保持フレーム数NFを受け(ステップS1)、書込み制御部19Dから与えられたフレームバッファ19A内のフレーム数mと比較し、比較結果を書込み制御部19Dに与える(ステップS2)。
このように、フレーム毎に図12の処理を行なうことにより、m=NFとなるように次第にフレーム数mが変化する。
[実施例3]
[実施例4]
[実施例5]
[実施例6]
[変形実施例]
Claims (15)
- 受信した音声パケットを一時的に蓄える受信バッファと、
上記受信バッファから、フレーム番号の小さい順に音声パケットを取り出し、音声パケット内の音声符号を復号して、第kフレーム(kはフレーム番号)のPCM形式音声波形信号S PCM と、フレーム番号差分である相対位置jと、第k-jフレームの音声パラメータP k-j とがセットになった音声信号を得る復号手段と、
取り出すべき音声パケットが上記受信バッファに蓄積されているか否かを判定し、判定結果をパケットロスが発生したか否かを表すパケットロスフラグとして生成するパケットロス判定手段と、
遅延バッファ手段内に保持すべきフレーム数(以下要保持フレーム数)を決定して、遅延バッファ手段に与える要保持フレーム数決定手段と、
遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも大きい場合は、復号された上記音声信号を破棄するとともに、フレームバッファに蓄積された音声信号をフレーム番号の小さい順に出力し、遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも小さい場合は、復号された上記音声信号をフレームバッファに二度蓄積するとともに、フレームバッファに蓄積された音声信号をフレーム番号の小さい順に出力し、遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数と上記要保持フレーム数とが等しい場合は、復号された上記音声信号をフレームバッファに蓄積するとともに、フレームバッファに蓄積された音声信号をフレーム番号の小さい順に出力する遅延バッファ手段と、
出力音声信号を予め決められた時間またはフレーム数だけ蓄積する出力音声バッファ手段と、
上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスであった場合に、上記出力音声バッファ内の出力音声信号の音声波形信号と、上記遅延バッファ手段内の上記パケットロスであるフレームより後のフレームの音声波形信号と、上記遅延バッファ手段内の上記パケットロスであるフレームの音声波形信号に対応する音声パラメータとを用いて補間音声信号を生成する音声波形補間処理手段と、
上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスでなければ上記遅延バッファ手段からの音声信号を出力音声信号として出力し、パケットロスであれば上記音声波形補間処理手段からの上記補間音声信号を出力音声信号として出力する出力制御手段、とを含む音声信号受信装置であって、
上記遅延バッファ手段は、
遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも大きい場合は、上記破棄したフレームに続くj-1個の音声信号に含まれる相対位置jの値をj-1に修正し、遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも小さい場合は、該フレームに続くフレームのj個のフレームの音声信号に含まれる相対位置jの値をj+1に修正する相対位置修正手段、
とを含むことを特徴とする音声信号受信装置。 - 請求項1記載の音声信号受信装置において、
上記パケットロスフラグが与えられ、パケットロスの統計値を求めるパケットロス統計値計算手段をさらに有し、
上記要保持フレーム数決定手段は、
上記パケットロス統計値に基づいて、上記遅延バッファ手段内に保持すべきフレーム数(以下要保持フレーム数)を決定して、上記遅延バッファ手段に与えることを特徴とする音声信号受信装置。 - 請求項2記載の音声信号受信装置において、予めパケットロスの統計値に対する要保持フレーム数を規定した規則を格納したメモリ手段をさらに有し、
上記要保持フレーム数決定手段は上記パケットロス統計値から上記メモリ手段の規則を参照して上記要保持フレーム数を決定することを特徴とする音声信号受信装置。 - 請求項2または3記載の音声信号受信装置において、上記遅延バッファ手段は、
復号された上記音声信号が無音区間または非音声区間の音声信号であるかを判定する無音区間検出手段とを有し、
上記書き込み制御手段における破棄または二度蓄積する音声信号は無音区間または非音声区間の音声信号であることを特徴とする音声信号受信装置。 - 請求項1乃至4のいずれか記載の音声信号受信装置において、
上記復号手段は、各音声パケットから得た高域音声符号と低域音声符号をそれぞれ復号して高域復号音声信号及び低域復号音声信号を出力し、
上記遅延バッファ手段と上記出力バッファ手段と上記音声波形補間処理手段の組は、復号音声信号として与えられた上記高域復号音声信号を処理して高域出力音声信号を生成する高域用の組と、復号音声信号として与えられた上記低域復号音声信号を処理して低域出力音声信号を生成する低域用の組の2組が設けられており、さらに、
上記高域出力音声信号と上記低域出力音声信号を帯域合成して出力音声信号を生成する帯域合成手段が設けられていることを特徴とする音声信号受信装置。 - 請求項5記載の音声信号受信装置において、上記高域用の組の遅延バッファ手段と上記低域用の遅延バッファ手段には、同じ値の上記要保持フレーム数が与えられ、それぞれ高域復号音声信号及び低域復号音声信号の削除または挿入によって、上記高域用の遅延バッファ手段と上記低域用の遅延バッファ手段の実際の保持フレーム数が常に同期するように制御する手段が設けられていることを特徴とする音声信号受信装置。
- 請求項5記載の音声信号受信装置において、上記低域用の遅延バッファ手段は与えられた要保持フレーム数に従って上記低域用の遅延バッファ手段が低域復号音声信号の削除または挿入によって、異なる保持フレーム数の状態に遷移した後に、上記保持フレーム数を上記高域用の遅延バッファ手段に与え、上記高域用の遅延バッファ手段は上記保持フレーム数に合わせて強制的に高域復号音声信号の削除または挿入を実行することを特徴とする音声信号受信装置。
- 請求項1乃至4のいずれか記載の音声信号受信装置において、上記音声波形補間処理手段は、
上記出力音声バッファ手段内の出力音声信号に含まれる音声パラメータから第1ピッチ長を取得し、上記出力音声信号から上記第1ピッチ長に対応する波形をコピーして上記第1の補間波形を生成する前向き波形生成手段と、
上記遅延バッファ手段内から探索された上記音声信号に含まれる音声パラメータから第2ピッチ長を取得し、上記探索された音声信号から上記第2ピッチ長に対応する波形をコピーして上記第2補間波形を生成する後ろ向き波形生成手段と、
上記第1補間波形と上記第2補間波形の重み付け加算により上記補間音声信号を生成する重み付け加算手段、
とを含むことを特徴とする音声信号受信装置。 - 請求項1乃至4のいずれか記載の音声信号受信装置において、上記音声波形補間処理手段は、
上記遅延バッファ手段内の、パケットロスのフレームより予め指定されたjフレーム後の音声信号に含まれる音声パラメータからピッチ長を取得し、上記探索した音声信号から上記ピッチ長に対応する波形をコピーして上記第2補間波形を生成する後ろ向き波形生成手段と、
上記出力音声バッファ手段内の出力音声信号から上記ピッチ長に対応する波形をコピーして上記第1の補間波形を生成する前向き波形生成手段と、
上記第1補間波形と上記第2補間波形の重み付け加算により上記補間音声信号を生成する重み付け加算手段、
とを含むことを特徴とする音声信号受信装置。 - 音声パケット消失補償方法であり、
(a) 受信した音声パケットを受信バッファに一時的に蓄えるステップと、
(b) 上記受信バッファから、フレーム番号の小さい順に音声パケットを取り出し、音声パケット内の音声符号を復号して、第kフレーム(kはフレーム番号)のPCM形式音声波形信号S PCM と、フレーム番号差分である相対位置jと、第k-jフレームの音声パラメータP k-j とがセットになった音声信号を得るステップと、
(c) 取り出すべき音声パケットが上記受信バッファに蓄積されているか否かを判定し、判定結果をパケットロスが発生したか否かを表すパケットロスフラグとして生成するステップと、
(d) 遅延バッファ手段内に保持すべきフレーム数(以下要保持フレーム数)を決定して、遅延バッファ手段に与えるステップと、
(e) 遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも大きい場合は、復号された上記音声信号を破棄するとともに、フレームバッファに蓄積された音声信号をフレーム番号の小さい順に出力し、遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも小さい場合は、復号された上記音声信号をフレームバッファに二度蓄積するとともに、フレームバッファに蓄積された音声信号をフレーム番号の小さい順に出力し、遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数と上記要保持フレーム数とが等しい場合は、復号された上記音声信号をフレームバッファに蓄積するとともに、フレームバッファに蓄積された音声信号をフレーム番号の小さい順に遅延バッファ手段から出力するステップと、
(f) 出力音声信号を予め決められた時間またはフレーム数だけ出力音声バッファ手段に蓄積するステップと、
(g) 上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスであった場合に、上記出力音声バッファ内の出力音声信号の音声波形信号と、上記遅延バッファ手段内の上記パケットロスであるフレームより後のフレームの音声波形信号と、上記遅延バッファ手段内の上記パケットロスであるフレームの音声波形信号に対応する音声パラメータとを用いて補間音声信号を生成するステップと、
(h) 上記遅延バッファ手段から出力すべきフレームがパケットロスでなければ上記遅延バッファ手段からの音声信号を出力音声信号として出力し、パケットロスであれば上記音声波形補間処理手段からの上記補間音声信号を出力音声信号として出力するステップ、
とを含む音声パケット消失補償方法であって、
上記ステップ(e) は、
遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも大きい場合は、上記破棄したフレームに続くj-1個の音声信号に含まれる相対位置jの値をj-1に修正し、遅延バッファ手段内に保持されているフレーム数が上記要保持フレーム数よりも小さい場合は、該フレームに続くフレームのj個のフレームの音声信号に含まれる相対位置jの値をj+1に修正するステップ、
とを含むことを特徴とする音声パケット消失補償方法。 - 請求項10記載の方法においてさらに、
(i) 上記パケットロスフラグからパケットロスの統計値を求めるステップを含み、
上記ステップ(d) は、
上記パケットロス統計値に基づいて、上記遅延バッファ手段内に保持すべきフレーム数(以下要保持フレーム数)を決定して、上記遅延バッファ手段に与えることを特徴とする音声パケット消失補償方法。 - 請求項11記載の方法において、上記ステップ(d) は予めパケットロスの統計値に対する要保持フレーム数を規定した規則を参照して上記パケットロス統計値から上記要保持フレーム数を決定することを特徴とする音声パケット消失補償方法。
- 請求項11または12記載の方法において、上記ステップ(e) は、
(e-1) 復号された上記音声信号が無音区間または非音声区間の音声信号であるかを判定するステップを含み、
上記書き込み制御手段における破棄または二度蓄積する音声信号は無音区間または非音声区間の音声信号であることを特徴とする音声パケット消失補償方法。 - 請求項10乃至13のいずれか記載の音声パケット消失方法をコンピュータで実施するためのプログラム。
- 請求項14記載のプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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