JP2018160872A - 音データ処理装置及び音データ処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、音データを含むデータパケットを定期的に受信して、その音データを再生する技術については、特許文献1及び特許文献2にも記載されている。
すなわち、不足する音データを、修復と同様な手法により取得するとしても、どのようなタイミングでどれだけの音データを取得すればよいか不明であり、非特許文献1に記載の技術を適用しても効率のよい処理はできない。
また、この発明は、上記した具体的な態様の他、システム、方法、プログラム、記録媒体等、任意の態様で実施することができる。
〔実施形態:図1乃至図14〕
図1に、この発明の音データ処理装置の一実施形態のハードウェア構成を示す。
図1に示す音データ処理装置は、ハードウェアとしては汎用コンピュータであるPC(パーソナルコンピュータ)である。より具体的には、PC100は、CPU101、フラッシュメモリ102、RAM103、通信I/F104、表示器105、操作子106、音信号出力部107を備え、これらがシステムバス108によって接続されている。
これらのうちCPU101は、PC100全体の動作を制御する制御部であり、フラッシュメモリ102に記憶された所要のプログラムを実行して所要のハードウェアを制御することにより、図2及び図3を用いて説明するものをはじめとする種々の機能を実現する。
RAM103は、一時的に記憶すべきデータを記憶したり、CPU101のワークメモリとして使用したりする記憶手段である。
表示器105は、CPU101からの制御に従い種々の画面を表示する、液晶ディスプレイ等による表示部である。
操作子106は、ユーザからの操作を受け付けるための操作部であり、ディスプレイに積層されたタッチパネルに加え、キーやスイッチ等により構成することができる。
図2に示す制御部120が、CPU101により実現される機能と対応する。この制御部120は、ネットワークドライバ121、オーディオドライバ122及び音データ処理部200の機能を備える。
図3に示すように、音データ処理部200は、受信部211、保存部212、出力部213、補間部214、およびバッファ管理部215の機能を備える。また、音データ処理部200は、音データを格納するための記憶領域として、オーディオバッファ221(第1バッファ)、補間バッファ222(第2バッファ)、バックアップバッファ223(第3バッファ)、および一時バッファ224を備えている。これらの各バッファは、例えばRAM103に設けることができる。
まず図4に、補間の準備を含む、通常状態での音データの送受信動作を示す。
図4に示すように、音データ処理部200へは、音データ供給源から供給される複数の受信パケットPが順次到着する。ここでは、各受信パケットPは96(=B1)サンプルの音データを含む。
この構造は基本的にはオーディオバッファ221でも変わらないが、オーディオバッファ221では、まだ出力部213により読み出されて送信されていないサンプル(「未送信データ」と呼ぶ)が、有効に格納されている音データであると取り扱う。
補間動作が行われるのは、大きく分けて、オーディオバッファ221内の未送信データが減ってしまい、出力部213が読み出すための未送信データが不足する(又は不足が予想される)場合及び、パケットが欠落したことにより、欠落箇所の手前の音データと欠落箇所の後の音データとの間を埋める必要が生じた場合である。図5に示すのは、前者の場合の例であり、これが起こるのは、例えばパケットの到着が遅延している場合等である(その後パケットの欠落が判明する場合もある)。
類似度Lは、例えば、未送信データ側の各サンプル値をX=(x1,x2,・・・,xn)、補間用データ側の各サンプル値をY=(y1,y2,・・・,yn)として、X,Yをそれぞれベクトルとして見た場合に、L=(X・Y)/(|X||Y|)によりベクトル同士がなす角のコサイン値として求めることが考えられる。ただし、X・YはベクトルXとベクトルYの内積であり、|X|はベクトルXの大きさである。しかし、共分散や相関係数など他の方法で類似度を求めることも妨げられない。
なお、図5(c)〜(e)では、元々の由来を分かりやすくするために、補間処理によりオーディオバッファ221に書き込まれた音データに補間用データと同じハッチングを付している。しかし、補間処理によりオーディオバッファ221に書き込まれた音データは、以後、元々オーディオバッファ221に格納されていた音データと区別せずに、一連の未送信データとして取り扱われる。
補間部214は、この指示に応じて補間処理を実行する。そしてこのときには、図5(e)に示すように、一時バッファ224内に、まだオーディオバッファ221にコピーしていない未使用の補間用データが、十分な量(コピー1回分の256サンプル以上)残っている。
この実施形態では、補間バッファ222のサイズはオーディオバッファ221の2倍であるが、上述のように補間バッファ222のサイズ上限の制約は小さいため、さらに大きいサイズの補間バッファ222を用いてもよい。大きなサイズの補間バッファ222を用いる場合には、一時バッファ224にコピーできる補間用データのサイズもその分大きくなることが期待でき、負荷軽減の効果は一層大きくなる。
ここで、補間バッファ222に格納される補間用データは、補間後の音データにノイズが混じらないよう、連続性(途中に欠落がないこと)が保証された音データであることが求められる。音データ処理部200に到着するパケットに欠落がない限りは、各パケットの音データを到着順に補間バッファ222に書き込んでいくことでこの連続性は保証される。
この状態で、保存部212が次に第(n+2)パケットを受け取った場合を考える。このことは、第(n+1)パケットが(後で到着する可能性はあるが)欠落したことを意味するものである。そして、この第(n+2)パケットを補間用バッファ222に続けて書き込んでしまうと、補間用データの連続性が保証されなくなってしまう。そこで、保存部212は、パケットの欠落を検出すると、バッファ管理部215にこれを通知する。
すなわち、バックアップバッファ223を設けることにより、補間用データの連続性保証と、常に補間処理が可能な状態とを、低い処理負荷で両立させることができる。
CPU101は、音データ処理部200の機能の起動時に、図7のフローチャートに示すメイン処理を開始し、以後、音データ処理部200の機能が有効である間はこの処理の実行を続ける。
図7の処理において、CPU101はまず初期処理を実行する(S11)。この処理は、ネットワークドライバ121と音データ処理部200とを接続して音データの取得に係る通信機能を有効にする処理、オーディオドライバ122と音データ処理部200とを接続して音データの出力機能を有効にする処理、各バッファのサイズ設定処理等を含む。
この処理において、CPU101はまず、オーディオドライバ122へ送信するB2サンプルの未送信データがオーディオバッファ221に格納されているか否か判断する(S21)。通常状態ではこの判断はYesになるが、この場合には、CPU101は、オーディオバッファ221の先頭からB2サンプルの未送信データを読み出してオーディオドライバ122に渡し(S22)、読み出したデータをオーディオバッファ221から削除して(S23)、元の処理に戻る。また、ステップS23の削除は、上述したように、読み出しポインタの移動により実質的に行うことができる。これらの処理は、図4の出力側の動作と対応するものである。
図9の処理において、CPU101はまず、ステップS27又はS29で発見した類似領域231以降の補間用データを、一時バッファ224にコピーする(S32)。この処理は、図5(b)と対応し、コピー元は補間バッファ222の場合とバックアップバッファ223の場合とがある。
その後、CPU101は、一時バッファ224の先頭にある類似領域231のデータを、オーディオバッファ221の未送信データとクロスフェードさせ(S34)、一時バッファ224の類似領域231の後ろのB3サンプル分の音データを、オーディオバッファ221のクロスフェード済みデータの続きの領域にコピーする(S35)。さらに、ここでクロスフェード又はコピーしたサンプルのデータを、一時バッファ224から削除する(S36)。この削除も、上述したように、読み出しポインタの移動により実質的に行うことができる。以上のステップS34乃至S36の処理は、図5(c)と対応する。
以上の処理により、オーディオバッファ221中の未送信データをオーディオドライバ122へ出力する出力手順の処理と、オーディオバッファ221中の未送信データが不足する場合の補間処理に係る補間手順の処理とを実行することができる。
図10の処理において、CPU101はまず、オーディオバッファ221中の未送信データの最大振幅と、ステップS32でコピーされた一時バッファ224中の類似領域231の音データの最大振幅とを求める(S51,S52)。対象範囲内に、振幅として信頼性のある値を求められる程度のサンプル数がない場合には、サンプル値の絶対値の最大値を、最大振幅として採用してもよい。
以上の後、元の処理に戻る。
この効果は,ステップS53の判断がなくても、すなわち、未送信データと類似領域231の音データのどちらの最大振幅が大きいかに関わらず振幅調整を行っても、ある程度は得ることができる。しかし、例えば音楽でよくある減衰音は、途中で音量が大きくなる箇所があると人の耳に目立って聞こえる一方、途中からより小さな音量に減衰してしまっても、それほど不自然に聞こえない。このため、類似領域231の音データの方が最大振幅が大きい場合のみ、補間用データの振幅を下げる調整を行う方が、より聞き手に違和感を感じさせないような結果が得られる。
この処理において、CPU101はまず、前回のパケットと連続するパケットが到着したか、または初回のパケットが到着したかのどちらかであるか否かを判断する。これらのどちらかであれば(S61のYes)、補間処理は不要と判断する。これは、図13(a)に示すように、オーディオバッファ221に対し、第nパケットのデータの直後に第(n+1)パケットのデータを書き込める場合である。初回のパケットである場合には、補間処理を行うことなくオーディオバッファ221の先頭に音データを書き込める。
ステップS62で書き込むデータとステップS64で書き込むデータとは同じものである。また、ステップS64の書き込みにより、同時にステップS63を実行できるようにする構成を取り得ることは、図4の説明で述べた通りである。以上のステップS62乃至S64の処理は、図4の書き込み側の動作と対応するものである。
また、ステップS65でNoの場合、処理は図12のステップS73に進む。ここでは、CPU101は、パケットの欠落が発生しており、かつ、オーディオバッファ221の未送信データの後端が、以前の補間処理で書き込まれた補間用データである、という条件が満たされるか否か判断する(S73)。補間処理においてどのアドレス範囲に補間用データを書き込んだかを記録しておけば、それを参照してステップS73の判断を行うことができる。
いずれにせよ、CPU101は、ステップS73でYesの場合、まず到着したパケットの音データを本来格納すべき位置を算出する(S74)。この処理は、ステップS66と同じものである。
すなわち、図14(a)に示すように、ドットハッチングで示した補間用データとパケットの音データの格納位置との間に隙間があるケース、図14(b)に示すように、補間用データと上記格納位置とがちょうど隣り合うケース、図14(c)に示すように、補間用データと上記格納位置とが一部重なるケース、図14(d)に示すように、上記格納位置が補間用データ内に包含されるケースである。図11のステップS69からステップS75に進んだ場合には、このうち図14(a)のケースになると考えられる。
また、補間用データと格納位置とが一部重なるケースでは、CPU101は、今回到着したパケットの音データを、既にオーディオバッファ221に格納されている補間用データとクロスフェードさせつつ、ステップS74で求めた本来の格納位置へ書き込む(S78)。
また、ステップS73でNoの場合には、過去のパケットが後から届いた等の場合が考えられるが、この場合にはエラー処理を行って(S80)、オーディオバッファ221や補間バッファ222への書き込みは行わずに図11及び図12の処理を終了する。
以上で実施形態の説明を終了するが、装置の具体的な構成、具体的な処理の手順、取り扱う音データの形式やサンプル数、通信の方式などが、上述の実施形態で説明したものに限られないことはもちろんである。
また、この発明の実施形態は、図3に示した各部を全て備えているものに限られることもない。
また、これらの他、図10に示した振幅調整処理も、必須ではなく、この処理を省略することも可能である。
また、上述した実施形態の音データ処理装置の機能は、任意に複数の装置に分散して設けることもできる。
また、以上述べてきた構成及び変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて適用することも可能である。
Claims (7)
- それぞれデジタル波形データである音データを格納するための記憶領域である第1バッファ、第2バッファ及び第3バッファと、
音データを受信する受信部と、
前記受信部が受信した音データを受信順に前記第1バッファ及び前記第2バッファに書き込む音データ保存部と、
所定の要求を検出した場合に前記第1バッファに格納されている音データを格納順に出力する出力部と、
前記第1バッファに格納されている未出力の音データの量が所定の閾値以下になったことを検出した場合に、前記第2バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込む補間部と、
前記受信部において音データの受信の欠落が発生したことを検出した場合に、前記第2バッファが格納している音データを前記第3バッファにコピーすると共に、前記第2バッファをクリアするバッファ管理部とを備え、
前記補間部は、前記第2バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択できない場合に、前記第3バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込むことを特徴とする音データ処理装置。 - 請求項1に記載の音データ処理装置であって、
音データを格納するための記憶領域である一時バッファをさらに備え、
前記補間部は、前記第1バッファに格納されている未出力の音データの量が前記所定の閾値以下になったことを検出したことに応じて、
a)前記一時バッファに所定量以上の未使用の音データが記憶されていなければ、前記未出力の音データに続けるべき箇所の音データを前記一時バッファに書き込んだ後、前記一時バッファに格納されている音データを前記所定量だけ前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込み、
b)前記一時バッファに前記所定量以上の未使用の音データが記憶されていれば、前記一時バッファに格納されている前回の書き込みの続きの音データを、前記所定量だけ前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込むことを特徴とする音データ処理装置。 - それぞれデジタル波形データである音データを格納するための記憶領域である第1バッファ、第2バッファ及び一時バッファと、
音データを受信する受信部と、
前記受信部が受信した音データを受信順に前記第1バッファ及び前記第2バッファに書き込む音データ保存部と、
所定の要求を検出した場合に前記第1バッファに格納されている音データを格納順に出力する出力部と、
前記第1バッファに格納されている未出力の音データの量が所定の閾値以下になったことを検出したことに応じて、
a)前記一時バッファに所定量以上の未使用の音データが記憶されていなければ、前記第2バッファに記憶されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記一時バッファに書き込んだ後、前記一時バッファに格納されている音データを前記所定量だけ前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込み、
b)前記一時バッファに前記所定量以上の未使用の音データが記憶されていれば、前記一時バッファに格納されている前回の書き込みの続きの音データを、前記所定量だけ前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込む、補間部と、
を備えることを特徴とする音データ処理装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の音データ処理装置であって、
前記補間部は、前記第1バッファに音データを書き込む場合に、該書き込もうとする音データの振幅を、前記未出力の音データの振幅に合わせる振幅調整を行い、その振幅調整後の音データを前記第1バッファに書き込むことを特徴とする音データ処理装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の音データ処理装置であって、
前記音データ保存部は、前記受信部において音データの受信の欠落が発生し、欠落箇所の後の音データを受信した場合に、前記第1バッファについては、該受信した音データを、前記欠落がなかったとした場合にその音データを書き込むべき位置へ書き込み、
前記補間部は、前記欠落箇所の後の音データが書き込まれる位置が、未出力の音データの末尾よりも後ろである場合に、前記第2バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込むことにより、前記欠落箇所の後の音データが書き込まれる位置までの記憶領域を埋めることを特徴とする音データ処理装置。 - 第1バッファ、第2バッファ及び第3バッファは、それぞれデジタル波形データである音データを格納するための記憶領域であり、
音データを受信する受信手順と、
前記受信手順で受信した音データを受信順に前記第1バッファ及び前記第2バッファに書き込む音データ保存手順と、
所定の要求を検出した場合に前記第1バッファに格納されている音データを格納順に出力する出力手順と、
前記第1バッファに格納されている未出力の音データの量が所定の閾値以下になったことを検出した場合に、前記第2バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込む補間手順と、
前記受信手順における音データの受信の欠落が発生したことを検出した場合に、前記第2バッファが格納している音データを前記第3バッファにコピーすると共に、前記第2バッファをクリアするバッファ管理手順とを備え、
前記補間手順は、前記第2バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択できない場合に、前記第3バッファに格納されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込む手順であることを特徴とする音データ処理方法。 - 第1バッファ、第2バッファ及び一時バッファは、それぞれデジタル波形データである音データを格納するための記憶領域であり、
音データを受信する受信手順と、
前記受信手順で受信した音データを受信順に前記第1バッファ及び前記第2バッファに書き込む音データ保存手順と、
所定の要求を検出した場合に前記第1バッファに格納されている音データを格納順に出力する出力手順と、
前記第1バッファに格納されている未出力の音データの量が所定の閾値以下になったことを検出したことに応じて、
a)前記一時バッファに所定量以上の未使用の音データが記憶されていなければ、前記第2バッファに記憶されている音データから前記未出力の音データに続けるべき箇所を選択して、その箇所の音データを前記一時バッファに書き込んだ後
、前記一時バッファに格納されている音データを前記所定量だけ前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込み、
b)前記一時バッファに前記所定量以上の未使用の音データが記憶されていれば、前記一時バッファに格納されている前回の書き込みの続きの音データを、前記所定量だけ前記第1バッファの最新の音データの直後に書き込む、補間手順と、
を備えることを特徴とする音データ処理方法。
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