JP5212208B2 - 受信装置、方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は受信装置、方法及びプログラムに関し、例えば、ＩＰネットワークなどを介して音声等を通信する端末装置に適用し得るものである。
近年、ＩＰネットワークを利用した音声通信（ＶｏＩＰ）が広く普及してきた。ＶｏＩＰにおいては、各端末装置で固有の動作クロックを有している。同じクロック周波数を意図していても、各端末装置で固有の動作クロックのため、完全に一致することはまずあり得ない。そのため、端末装置間での動作速度差（動作クロックの周波数差）が生じ、受信バッファ中の受信データに過不足が発生する。
このような問題を解決するため、特許文献１では、音声信号の無音部分において、受信データを削除したり、又は、無音データを挿入したりすることにより、受信データの過不足（すなわち動作クロック差）を補正する方法を提案している。
また、特許文献２では、所定時間当たりの受信データ数（サンプリングレート）を制御することを通じて、受信データの過不足（すなわち動作クロック差）を補正する方法を提案している。
特開２００３−４６４９０ 特開平１１−２７２２９５
しかしながら、特許文献１の記載方法では、有音／無音の誤判定によって音質が劣化し、また、有音時間と無音時間の比率が変化することによって通話音質が劣化するという課題がある。
また、特許文献２の記載方法では、サンプリングレートの変換によって、受信信号の周波数成分が変化するという課題がある。例えば、通信信号が音声信号の場合、周波数成分の変化は音質の変化となり、話者の通常音声とは異なる音声となって発音される恐れがある。また例えば、通信信号が音響信号の場合、周波数成分の変化は音響が意図していた周波数に変化を引き起こし、上述した課題は非常に大きなものである。
そのため、音質の劣化や変化を抑えつつ、送信装置と受信装置との動作クロック周波数の相違を吸収することができる受信装置、方法及びプログラムが望まれている。
かかる課題を解決するため、第１の本発明は、符号化されている、音声信号若しくは音響信号でなる処理対象信号を受信する受信装置において、（１）到来した符号化処理対象信号を復号する復号手段と、（２）外部から与えられる要素数変換情報に従って、復号後における単位時間当たりの信号サンプル数を変換し、時間軸を伸長若しくは圧縮するサンプル数変換手段と、（３）外部から与えられる、要素数変換情報に対応した周波数分布変換情報に従って、上記サンプル数変換手段による単位時間当たりの信号サンプル数の変換で生じる周波数分布の変化を補償するように、周波数分布を変換する周波数分布変換手段とを有することを特徴とする。
第２の本発明は、符号化されている、音声信号若しくは音響信号でなる処理対象信号を受信する受信方法において、（１）復号手段は、到来した符号化処理対象信号を復号し、（２）サンプル数変換手段は、外部から与えられる要素数変換情報に従って、復号後における単位時間当たりの信号サンプル数を変換して、時間軸を伸長若しくは圧縮し、（３）周波数分布変換手段は、外部から与えられる、要素数変換情報に対応した周波数分布変換情報に従って、上記サンプル数変換手段による単位時間当たりの信号サンプル数の変換で生じる周波数分布の変化を補償するように、周波数分布を変換することを特徴とする。
第３の本発明は、符号化されている、音声信号若しくは音響信号でなる処理対象信号を受信する受信プログラムであって、コンピュータを、（１）到来した符号化処理対象信号を復号する復号手段と、（２）外部から与えられる要素数変換情報に従って、復号後における単位時間当たりの信号サンプル数を変換し、時間軸を伸長若しくは圧縮するサンプル数変換手段と、（３）外部から与えられる、要素数変換情報に対応した周波数分布変換情報に従って、上記サンプル数変換手段による単位時間当たりの信号サンプル数の変換で生じる周波数分布の変化を補償するように、周波数分布を変換する周波数分布変換手段として機能させることを特徴とする。
本発明によれば、音質の劣化や変化を抑えつつ、送信装置と受信装置との動作クロック周波数の相違を吸収することができるようになる。
第１の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における周波数分布変換器の詳細構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における周波数分布変換器による周波数分布の変換方法例の説明図である。 第２の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による受信装置、方法及びプログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。この第１の実施形態の受信装置は、音声信号を取り扱う装置（例えば、電話端末やソフトフォンなど）で利用されるものである。
第１の実施形態は、単位時間当たりの音声サンプル数（受信データ数）を制御することにより、送信装置と受信装置との動作クロック周波数の相違を吸収すると共に、単位時間当たりの音声サンプル数を変化させても音質の変化が起こらないようにしたものである。
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。例えば、第１の実施形態の受信装置を搭載する装置がソフトフォンであって、受信装置が、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムで実現される場合であっても、機能的には、図１の機能ブロック図で表すことができる。
図１において、第１の実施形態の受信装置１００は、音声データ受信蓄積器（受信バッファ）１０１、音声復号器１０２、サンプル数変換器１０３、周波数分布変換器１０４及び変換指示操作部１０５を有する。
音声データ受信蓄積器１０１は、対向送信装置から送られてきた符号化音声データをバッファリングするものである。例えば、受信パケットから取り出された符号化音声データが蓄積されたり、シリアルに伝送されてきた符号化音声データが蓄積されたりする。
音声復号器１０２は、変換指示操作部１０５から指示された起動信号Ｂに連動して１単位分の符号化音声データから音声データを復号する。例えば、符号化方式がＧ．７２９であった場合は、１０ｍｓ分の符号化音声データが１単位となる。
サンプル数変換器１０３は、変換指示操作部１０５から指示された起動信号Ｂに連動して動作し、同時に指示された変換係数Ｃに従って入力信号に対する出力信号のサンプル数を変換する。例えば、サンプリングレート８ｋＨｚ、１単位分が１０ｍｓであった場合は、サンプル数変換器１０３に入力される音声信号のサンプル数は単位当たり常に８０サンプルとなる。ここで、変換係数Ｃが０．９であれば出力信号のサンプル数は同じ時間（１０ｍｓ）で７２サンプル、変換係数Ｃが１．１であれば出力信号は同じ時間（１０ｍｓ）で８８サンプルとする。サンプル数変換器１０３の入出力関係にのみ注目すると、単位時間当たりのサンプル数が異なるように見えるので、変換処理はサンプリングレートを変換する処理と同等である。すなわち、変換係数Ｃが０．９のときは８ｋＨｚから７．２ｋＨｚ、変換係数Ｃが１．１のときは８ｋＨｚから８．８ｋＨｚへのレート変換処理を実施することになる。サンプル数変換器１０３は、サンプル（音声データ）の一定時間（１０ｍｓ）のサンプル数を変える代わりに、所定サンプル数（８０サンプル）を入力する時間を変更することにより、サンプリングレートを変更する。例えば、起動信号Ｂの周期を、変換係数Ｃに応じた周期とし、変換係数Ｃが１．０のときは１０ｍｓ毎、変換係数Ｃが０．９のときは９ｍｓ毎、変換係数Ｃが１．１のときは１１ｍｓ毎の起動とすることにより、サンプル数変換器１０３の出力信号の単位時間（１０ｍｓ）当たりのサンプル数（８０サンプル）を一定にする。
サンプル数変換器１０３の処理を経ることにより、サンプル数変換器１０３への入力音声データの周波数分布と、サンプル数変換器１０３からの出力音声データの周波数分布とは異なったものとなる。周波数分布変換器１０４は、変換指示操作部１０５から指示された周波数変換信号Ｄに応じ、サンプル数変換器１０３からの出力音声データの周波数分布を補正するものである。周波数分布変換器１０４としては、例えば、カラオケ装置などで適用されている音高、音質の可変構成を適用することができる。
図２は、周波数分布変換器１０４の内部構成例を示すブロック図である。図２において、周波数分布変換器１０４は、ＦＦＴ処理部２０１、周波数分布変換部２０２、逆ＦＦＴ処理部２０３を有する。ＦＦＴ処理部２０１は、サンプル数変換器１０３からの出力音声データに対し、ＦＦＴ処理を施すものである。周波数分布変換部２０２は、そのＦＦＴ処理結果（周波数分布）に対し、変換指示操作部１０５から指示された周波数変換信号Ｄに応じた変換を施すものである。逆ＦＦＴ処理部２０３は、周波数分布変換部２０２から出力された、周波数分布の変換後のデータに対し、逆ＦＦＴ処理を施すものである。
図３は、周波数分布変換器１０４（周波数分布変換部２０２）による周波数分布の変換方法例の説明図である。
ＦＦＴ処理部２０１によるＦＦＴ処理結果（周波数分布；横軸が周波数、縦軸がレベル）が図３の実線曲線であったとする。今、周波数変換信号Ｄが１．０の場合には、周波数分布変換部２０２は、ＦＦＴ処理部２０１によるＦＦＴ処理結果をそのまま出力する。周波数変換信号Ｄが０．９の場合には、図３の破線曲線に示すように、変換前の分布と同じレベルをとる周波数Ｘを、変換前の周波数Ｙの０．９倍の周波数０．９×Ｙとするように変換する。周波数変換信号Ｄが１．１の場合には、図３の一点鎖線曲線に示すように、変換前の分布と同じレベルをとる周波数Ｚを、変換前の周波数Ｙの１．１倍の周波数１．１×Ｙとするように変換する。
なお、図３では、元の周波数分布を周波数軸に沿って伸長又は圧縮する周波数分布の変換方法を示したが、元の周波数分布を周波数軸に沿って移動させる周波数分布の変換方法を適用しても良い。移動量を周波数変換信号Ｄに応じて制御すれば良い。
変換指示操作部１０５は、利用者の操作に応じ、起動信号Ｂ、変換係数Ｃ及び周波数変換信号Ｄを出力するものである。変換指示操作部１０５は、例えば、変換テーブルを内蔵し、ボリュームの操作子の位置をアドレスとして変換テーブルをアクセスして、起動信号Ｂ、変換係数Ｃ及び周波数変換信号Ｄを得るものを適用することができる。なお、通信の開始時においては、デフォルト値が適用されるようになされており、例えば、起動信号Ｂが１０（ｍｓ）、変換係数Ｃが１．０、周波数変換信号Ｄが１．０である。利用者は、自己が聴取した音声に応じてボリュームの操作子を操作する。例えば、デフォルト状態で、音飛びがあったような場合には、サンプル数変換器１０３を出力側のサンプリングレートを高めるように操作し、それに応じて、起動信号Ｂ、変換係数Ｃ及び周波数変換信号Ｄを変化させる。また例えば、デフォルト状態で、音の重複があったような場合には、サンプル数変換器１０３を出力側のサンプリングレートを低めるように操作し、それに応じて、起動信号Ｂ、変換係数Ｃ及び周波数変換信号Ｄを変化させる。
なお、後述する第２の実施形態の方法などによって、対向する装置と当該受信装置１００とのクロック周波数の差を反映させた情報（単位時間（１０ｍｓ）当たりに入力される符号化音声データの数）を得て、その情報を表示させ、利用者の操作の判断に利用させるようにしても良い。
また、起動信号Ｂ、変換係数Ｃ及び周波数変換信号Ｄは、個別に操作、設定できるようにしても良い。
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る受信装置１００の動作を説明する。
対向送信装置から送られてきた符号化音声データは、データ受信蓄積器１０１にバッファリングされた後、変換指示操作部１０５からの起動信号Ｂに応じて、音声復号器１０２によって、１単位分の符号化音声データ毎、取り出されて復号され、音声データが得られる。
このような音声データは、起動信号Ｂ、変換係数Ｃに従って、サンプル数変換器１０３によって、所定時間当たりのサンプル数（サンプリングレート）が変更される。
サンプリングレートが変更された音声データは、その周波数分布が、周波数変換信号Ｄに応じ、周波数分布変換器１０４によって補正されて出力される。
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、対向送信装置と当該受信装置との動作クロック周波数に差があったとしても、データの欠落や挿入によらずに、単位時間当たりのサンプル数（サンプリングレート）を制御する方法で対応すると共に、そのサンプリングレートの制御による音質の変化を周波数分布の変換によって補償するようにしたので、音質劣化、通話品質劣化の少ないクロック周波数差吸収を実現することができる。
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による受信装置、方法及びプログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態で利用していた各種パラメータを人手によらずに自動的に決定しようとしたものである。
図４は、第２の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
図４において、第２の実施形態の受信装置１００Ａは、音声データ受信蓄積器１０１Ａ、音声復号器１０２、サンプル数変換器１０３、周波数分布変換器１０４及び変換指示生成部１０５Ａを有する。ここで、音声復号器１０２、サンプル数変換器１０３及び周波数分布変換器１０４は、第１の実施形態のものと同様であり、その機能説明は省略する。
第１の実施形態の音声データ受信蓄積器１０１Ａは、対向送信装置から送られてきた符号化音声データをバッファリングする機能に加え、所定時間（例えば１００ｍｓ）当たりに入力される符号化音声データの数の計測機能を有し、その計測値Ａを変換指示生成部１０５Ａに与える機能を有する。音声データ受信蓄積器１０１Ａが計測を行う所定時間は、音声復号器１０２の処理の基本的な単位時間より十分に長くしておくことが好ましい。
変換指示生成部１０５Ａは、計測値Ａに基づいて、所定の変換テーブルや変換式を適用して、起動信号Ｂ、変換係数Ｃ、周波数変換信号Ｄを生成し、上述した各部に供給する。
音声データ受信蓄積器１０１Ａの計測の所定時間を基本時間の１０倍の１００ｍｓとし、符号化方式がＧ．７２９に従い、１０ｍｓ分の符号化音声データ（８０サンプル）が処理の基本単位であったとする。この場合において、音声データ受信蓄積器１０１Ａの計数値Ａがａであると、（１）式〜（３）式に従って、起動信号（起動周期）Ｂ、変換係数Ｃ、周波数変換信号Ｄを生成する。
Ｂ＝８０００／ａ …（１）
Ｃ＝８００／ａ …（２）
Ｄ＝Ｃ …（３）
１０ｍｓでａ／１０サンプルで得られている状態に基づいて、８０サンプルを得られる時間を計算することにより、起動周期Ｂが得られるので、その変換式は（１）式となる。例えば、ａが８８０サンプルであれば起動周期として約９．０９ｍｓが得られ、ａが７２０サンプルであれば起動周期として約１１．１１ｍｓが得られる。
１０ｍｓでａ／１０サンプルを１０ｍｓで８０サンプルにするために、ａ／１０に乗算する係数Ｃを求めることにより、（２）式が得られる。例えば、ａが８８０サンプルであれば係数（入出力のサンプルレート比）Ｃとして約０．９１が得られ、ａが７２０サンプルであれば係数（入出力のサンプルレート比）Ｃとして約１．１１が得られる。
周波数変換信号Ｄは、サンプル数変換器１０３の処理により変化した周波数分布を逆方向に変化させて元に戻すように機能するものとすると、例えば、（３）式を適用することができる。
第２の実施形態によれば、対向送信装置と当該受信装置との動作クロック周波数の差に基づいた各種の値を自動的に決定して、第１の実施形態と同様な動作を実行させることができ、すなわち、人手を介することなく第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態では、周波数分布変換器の処理を、サンプル数変換器の処理の後で行うものを示したが、周波数分布変換器の処理を、サンプル数変換器の処理の前に行うようにしても良い。この場合であっても、周波数分布変換器は、サンプル数変換器の処理による周波数分布の変動を予め打ち消すような周波数分布変換を行う。
上記各実施形態では、処理対象のデータが音声データであるものを示したが、処理対象のデータが音響データの場合にも、本発明を適用することができる。
１００、１００Ａ…受信装置、１０１…音声データ受信蓄積器、１０２…音声復号器、１０３…サンプル数変換器、１０４…周波数分布変換器、１０５…変換指示操作部、１０５Ａ…変換指示生成部。

Claims (6)

  1. 符号化されている、音声信号若しくは音響信号でなる処理対象信号を受信する受信装置において、
    到来した符号化処理対象信号を復号する復号手段と、
    外部から与えられる要素数変換情報に従って、復号後における単位時間当たりの信号サンプル数を変換し、時間軸を伸長若しくは圧縮するサンプル数変換手段と、
    外部から与えられる、要素数変換情報に対応した周波数分布変換情報に従って、上記サンプル数変換手段による単位時間当たりの信号サンプル数の変換で生じる周波数分布の変化を補償するように、周波数分布を変換する周波数分布変換手段と
    を有することを特徴とする受信装置。
  2. 対向装置から到来する所定時間当たりの符号化処理対象信号のサンプル数を計測する到来サンプル数計測手段と、
    上記到来サンプル数計測手段によって計測されたサンプル数に基づき、上記要素数変換情報及び上記周波数分布変換情報を生成する制御情報生成手段と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
  3. 符号化されている、音声信号若しくは音響信号でなる処理対象信号を受信する受信方法において、
    復号手段は、到来した符号化処理対象信号を復号し、
    サンプル数変換手段は、外部から与えられる要素数変換情報に従って、復号後における単位時間当たりの信号サンプル数を変換して、時間軸を伸長若しくは圧縮し、
    周波数分布変換手段は、外部から与えられる、要素数変換情報に対応した周波数分布変換情報に従って、上記サンプル数変換手段による単位時間当たりの信号サンプル数の変換で生じる周波数分布の変化を補償するように、周波数分布を変換する
    ことを特徴とする受信方法。
  4. 到来サンプル数計測手段は、対向装置から到来する所定時間当たりの符号化処理対象信号のサンプル数を計測し、
    制御情報生成手段は、計測されたサンプル数に基づき、上記要素数変換情報及び上記周波数分布変換情報を生成する
    ことを特徴とする請求項３に記載の受信方法。
  5. 符号化されている、音声信号若しくは音響信号でなる処理対象信号を受信する受信プログラムであって、
    コンピュータを、
    到来した符号化処理対象信号を復号する復号手段と、
    外部から与えられる要素数変換情報に従って、復号後における単位時間当たりの信号サンプル数を変換し、時間軸を伸長若しくは圧縮するサンプル数変換手段と、
    外部から与えられる、要素数変換情報に対応した周波数分布変換情報に従って、上記サンプル数変換手段による単位時間当たりの信号サンプル数の変換で生じる周波数分布の変化を補償するように、周波数分布を変換する周波数分布変換手段と
    して機能させることを特徴とする受信プログラム。
  6. コンピュータをさらに、
    対向装置から到来する所定時間当たりの符号化処理対象信号のサンプル数を計測する到来サンプル数計測手段と、
    上記到来サンプル数計測手段によって計測されたサンプル数に基づき、上記要素数変換情報及び上記周波数分布変換情報を生成する制御情報生成手段と
    して機能させることを特徴とする請求項５に記載の受信プログラム。
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