JP2539494B2 - 音声パケット補間方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はパケット交換機、より具体的には音声パケッ
ト交換機における欠落音声パケットの音声パケット補間
方法に関する。

（従来の技術） 音声パケット通信において、通信の実時間性は通信品
質の重要な要素である。このため、所定の制限時間を越
えても音声パケットが到着しない場合には、その音声パ
ケットを欠落したものとして扱い、通信の実時間性を保
証している。音声パケットの欠落はまた、たとえば交換
機の処理能力を越える負荷が発生した場合にも生じる。
このような音声パケットの欠落が生じると、その部分の
音声が再生されないため通信品質が劣化する。したがっ
て音声パケットが欠落した場合には、欠落した音声パケ
ットを想定して欠落部分に音声パケットを補間し、通信
品質の劣化を防ぐことが望ましい。

このような欠落音声パケットの補間方式として、たと
えばD.J.Goodman,et al,“Waveform Substitution Tech
niques for Recovering Missing Speech Segments in P
acket Voice Communicotions",IEEE Transactions on A
coustics,Speech,and Signal Processing、第ASSP−34
巻，第６号，第1440〜第1447頁（1986.12）に記載され
るものがある。これには、パターンマッチング法あるい
はピッチ検出法により、欠落部に波形を補間する際に非
欠落部と欠落パケットとのつなぎめがなめらかになるよ
うに欠落部前後の波形を変形する従来技術が示されてい
る。具体的には欠落部に補間する波形の直前および直後
の波形に重みづけ係数knを乗じた値と、欠落部直前およ
び直後の波形に重みづけ係数（１−Kn）を乗じた値とを
加算する。ここで係数Knは欠落部にそのまま補間する波
形部から離れるに従って「０」に近づく係数であり、こ
こではraised−cosine曲線を用いている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこのような従来技術では、欠落部前部の
変形を行なう場合、パケットの欠落が生じてからメモリ
に入力しているサンプル値を変更する。このため、後に
続くパケットが欠落しているかどうかを確認してからで
ないとサンプル値の出力ができず、処理遅延が生じて音
声パケットの実時間性が損なわれるという欠点があっ
た。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、欠落パ
ケットの補間処理および欠落部と非欠落部とをなめらか
つなげる処理を、処理遅延を生ずることなく行なう音声
パケット補間方式を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述の課題を解決するために、欠落した音声
パケットを、欠落以前に入力した音声パケットの信号に
より欠落部に補間する音声パケット補間方式は、音声パ
ケットの欠落に備え、最新に入力した音声パケットの次
に入力する音声パケットの補間信号を、補間サンプル値
としてあらかじめ入力された音声パケットの中から選択
するとともに、あらかじめ入力された音声パケットの信
号の中の所定の信号により、次に入力する音声パケット
の信号を予測サンプル値として求め、予測サンプル値と
補間サンプル値とにより補間信号の平均値領域における
重みづけ平均値を算出し、音声パケットの欠落が生じる
と、算出した重みづけ平均値を平均値領域に含む補間信
号を音声パケットの欠落部に補間する。

（作 用） 本発明によれば、音声パケットのサンプルを入力する
と、最新に入力した音声パケットの次に入力する音声パ
ケットの補間信号を、補間サンプル値としてあらかじめ
入力された音声パケットの中から選択する。また、あら
かじめ入力された音声パケットの信号の中の所定の信号
により、次に入力する音声パケットの信号を予測サンプ
ル値として求める。そして、予測サンプル値と補間サン
プル値とにより補間信号の平均値領域における重みづけ
平均値を算出する。音声パケットの欠落が生じると、算
出した重みづけ平均値を平均値領域に割り当て、これを
補間信号として音声パケットの欠落部に補間する。

（実施例） 次に添付図面を参照して本発明による音声パケット補
間方法の実施例を詳細に説明する。

第１図を参照すると、本発明による音声パケット補間
方式を、音声パケット交換機のパケット受信側に設けら
れるPCM補間処理装置に適用した実施例が示されてい
る。補間処理装置１は、音声パケットのPCM信号を入力
する入力端子101および音声パケットの欠落を知らせる
制御端子102に接続され、音声パケットが欠落するとそ
の部分を補間し、補間処理を行なったPCM信号を出力端
子103より出力する装置である。

第２図には本実施例における各種のパラメータ値が示
されている。同図に示すように本実施例では、音声パケ
ットを32バイト（4ms）、欠落したパケットの類似信号
を検出する基本信号であるテンプレートの長さを30バイ
ト（3.75ms）、欠落したパケットの類似信号を検出する
検索範囲であるサーチウィンドウを128バイト（16ms）
とした。サーチウィンドウ長は音声の平均的ピッチ周期
および演算量を考慮し、またテンプレート長は最適マッ
チング波形の誤検出防止および演算量よりそれぞれ適切
な数値を決めたものである。また、本実施例では欠落パ
ケットの前部重みづけ平均領域長を４バイト、欠落パケ
ットに続くパケットの先頭部である後部重みづけ平均領
域長を８バイトとした。なお、これら数値は一実施例を
示したものであり、勿論本発明がとくにこれらの値に限
定されるものではない。

また、本実施例では音声パケットを32サンプル（１バ
イト＝１サンプル）とし、１つのパケットの何番目のサ
ンプルかをサンプル番号ｍで、また入力したパケット信
号のｍ番目のサンプル値をｘ（ｍ）、さらにサーチウィ
ンドウ内の（ｎ＋ｍ−１）番目のサンプル値をｙ（ｎ＋
ｍ−１）でそれぞれ示す。なお、本実施例では最新に入
力したパケットの初めから30サンプルまでをテンプレー
トとし、これより前に入力した４パケットをサーチウィ
ンドウとした。

第１図に戻って波形置換切換部16は、入力150を介し
入力端子101に、また入力152を介し制御端子102に、さ
らに入力159を介し重みづけ平均値演算部15にそれぞれ
接続されている。切換部16は、制御端子102からのLOSS
信号により音声パケットの欠落の有無を判断し、パケッ
トが欠落したときには補間処理を行なう。すなわち、切
換部16は、入力したパケットが欠落信号であると判断し
た場合、重みづけ平均値演算部15より入力した前部重み
づけ処理を施した欠落パケットの補間信号で波形置換
し、出力154を介し出力端子103に出力する。切換部16は
また、パケットの欠落の有無を記憶し、欠落パケットの
次のパケットにはその先頭部分に後部重みづけ処理を行
なった信号を演算部15より入力し、この信号により波形
置換して出力端子103に出力する。切換部16は、入力し
たパケットが欠落パケットでなく、また欠落パケットに
続くパケットでもない場合には入力端子101より入力し
たPCM信号をそのまま出力端子103に出力する。出力154
は処理切換部11にも接続され、出力端子103に出力され
た信号は切換部11に入力される。

処理切換部11は、入力したパケットのサンプル番号ｍ
に応じて、非規格化差分演算処理部19、周期検出部18お
よび振幅補正係数導出部17を実行する。すなわち切換部
11は、入力したテンプレートのサンプル番号ｍがｍ＝１
〜30の場合には差分演算処理部19を、ｍ＝31のときは周
期検出部18を、ｍ＝32のときは振幅補正係数導出部17お
よびサンプル値予測部20をそれぞれ実行する。

差分演算処理部19は、テンプレートのサンプルとメモ
リ更新部12に蓄積されたパケットのPCM信号との最適マ
ッチング波形の検出をするための非規格化差分演算処理
を行なう処理部である。演算処理部19は、式（１）の演
算処理をｍ＝１〜30まで繰返し実行する。

Ｄ（ｎ）＝Σ|x（ｍ）−ｙ（ｎ＋ｍ−１）｜ （ｎ＝1,……,N−Ｍ＋１） （１） 但し、ｘ（ｍ）：テンプレート内の各サンプル値 M:テンプレートのサンプル数 ｙ（ｎ＋ｍ−１）：サーチウィンドウ内の各サンプル値 N:サーチウィンドウのサンプル数 式（１）の演算処理により求められたＤ（ｎ）は出力
180を介し周期検出部18に送られる。

周期検出部18は、処理切換部11より起動されると、非
規格化差分演算処理部19より入力したＤ（ｎ）、すなわ
ちＤ（１）〜Ｄ（97）の最小値となるｎを選択する。そ
して、選択したｎの値を129から引いた値がテンプレー
トと最適マッチング波形との時間間隔、すなわち音声波
形の基本周期PITCHである。検出部18は、出力182を介し
バッファメモリポインタ指定部13に、また出力186を介
し振幅補正係数導出部17にそれぞれ基本周期PITCHを出
力する。

通常、音声波形は包絡線の振幅が変化するので、波形
置換処理の際に振幅を補正してから波形置換することに
より、音声に不自然さを感じさせない効果が期待でき
る。

振幅補正に用いる振幅補正係数KLVLは、たとえば式
（２）に示されるようにテンプレートと最適マッチング
波形の振幅の絶対値和の比をとることが考えられる。

ただし、 ｘ（ｉ）：テンプレートのサンプル値 ym（ｉ）：サーチウィンドウ内の最適マッチング波形の
サンプル値 係数導出部17は、処理切換部11より起動されると、検
出部18より入力した基本周期PITCHに対応するサーチウ
ィンドウ内の最適マッチング波形のサンプル値ym
（ｉ），（ｉ＝1,…,32）およびテンプレートのサンプ
ル値ｘ（ｉ），（ｉ＝1,…,32）を入力する。導出部17
は、テンプレート部のパワとサーチウインドウ内の最適
マッチング波形部のパワとの比である振幅補正係数KLVL
を算出し、補正係数KLVLを出力184を介し振幅補正部14
に出力する。

さらにｍ＝32の場合、係数導出部17による処理終了
後、サンプル値予測部20が処理切換部11により起動され
る。予測部20はメモリ更新部12内のサンプル値より次に
入力すると予測される値を算出する。予測値の計算式と
してはたとえば、 ｘ（m_pre）＝ｘ（ｍ−１） あるいは ｘ（m_pre）＝２×ｘ（ｍ−１）−ｘ（ｍ−２） ＋KLVL×｛ｚ（ｍ）−２×ｚ（ｍ−１） ＋ｚ（ｍ−２）｝ （３） あるいは ｘ（m_pre） ＝ｘ（ｍ−１）＋｛ｘ（ｍ−１）−ｘ（ｍ−２）｝ ×｛ｚ（ｍ）−ｚ（ｍ−１）｝／｛ｚ（ｍ−１） −ｚ（ｍ−２）｝ （４） ただし ｘ（m_pre）：入力サンプルの予測値 ｘ（ｍ−ｉ）：入力サンプルのｉ個前のサンプル値 ｚ（ｍ）：入力サンプルの１ピッチ周期前のサンプル値 ｚ（ｍ−ｉ）:z（ｍ）のｉ個前のサンプル値 などがある。このように直前に入力したサンプル値を基
に予測値ｘ（m_pre）が決定されるため、この予測値ｘ
（m_pre）を欠落パケットに補間する補間信号の前部重み
づけ平均領域のパラメータとすることで、欠落パケット
直前のパケットとマッチングの良い適切な補間信号を算
出することができる。予測部20は算出した予測値ｘ（m
_pre）を出力192を介して重みづけ平均値演算部15に出力
する。

なお、切換部11は最初の２パケットについては上記処
理を行なわない。切換部11は入力152を介し制御端子102
に接続され、これよりパケットのPSYNC信号を受信す
る。PSYNC信号はLOSS信号とともに、入力サンプル値に
対応する制御信号に含まれており、PSYNC信号が１であ
るとき、入力サンプルがパケットの先頭サンプルである
ことを示す。切換部11は、このPSYNC信号を数えること
によりパケットが連続して３パケット以上入力したかど
うかを監視する。最初の３パケットのうちいずれかが欠
落した場合には基本周期PITCHの初期値が32であること
から前置補間を行なう。処理切換部11は、出力160を介
しバッファメモリ更新部12に接続され、波形置換切換部
16より入力した信号ｘ（ｍ）をメモリ更新部12に出力す
る。

バッファメモリ更新部12は、４パケット分のサーチウ
ィンドウ、１パケット分のテンプレート、および１サン
プル分の最新入力サンプルを蓄積可能なたとえば５パケ
ットと１サンプル分の音声パケットのPCM信号を蓄積す
る記憶部である。更新部12は、１サンプル入力毎にサン
プル値を更新していき、蓄積容量を越えると入力した順
に蓄積したPCM信号を廃棄する。

バッファメモリポインタ指定部13は、欠落した音声パ
ケットを補間するPCM信号を、周期検出部18より入力し
た基本周期PITCHを基に、メモリ更新部12から探し出
し、これを信号ｘ（m_opt）として振幅補正部14に出力す
る。

振幅補正部14は、信号ｘ（m_opt）および補正係数KLVL
をそれぞれ入力し、これら入力信号を乗算して音声波形
包絡に応じて振幅補正を施した補間信号KLVL×ｘ
（m_opt）を計算し、これを信号KLVL×ｘ（m_opt）として
重みづけ平均値演算部15に出力する。

重みづけ平均値演算部15は、補間信号KLVL×ｘ
（m_opt）および予測値ｘ（m_pre）をそれぞれ入力し、た
とえば式（５）により前部重みづけ平均領域に重みづけ
を行なった信号値を含む補間値、すなわち欠落パケット
の補間信号ｘ（m1_new）を算出する。演算部15はまた、
入力150を介し入力端子101に接続され、これより信号ｘ
（ｍ）を入力する。演算部15は、たとえば式（６）によ
り後部重みづけ平均領域に重みづけを行なった信号値を
含む補間値、すなわち欠落パケットに続く補間信号ｘ
（m2_new）を算出する。

ｘ（m1_new）＝k₁（ｉ）×ｘ（m_pre）＋｛１−k
₁（ｉ）｝ ×KLVL×ｘ（m_opt）（ｉ＝1,…,s₁） KLVL×ｘ（m_opt）（ｉ＝s₁＋1,…,32） （５） ただし、 s₁:前部重みづけ平均領域長である。

ｘ（m_opt）:1ピッチ周期前のサンプル値 ｘ（m2_new）＝k₂（ｉ）×ｘ（ｍ）＋｛１−k₂（ｉ）｝ ×KLVL×ｘ（m_optp）（ｉ＝1,…,s₂） ｘ（ｍ） （ｉ＝s₂＋1,…,32） （６） ただし、 s₂:後部重みづけ平均値領域長 ｘ（m_optp）：前パケット部での１ピッチ周期前のサン
プル値 である。なお、本実施例では前述のようにs₁＝４サンプ
ル、s₂＝８サンプルである。すなわち、補間信号ｘ（m1
_new）はサンプル番号ｉが１〜４の範囲では補間信号ｘ
（m1_new）は、 ｘ（m1_new）＝k₁（ｉ）×ｘ（m_pre）＋｛１−k
₁（ｉ）｝ ×KLVL×ｘ（m_opt） となり、サンプル番号ｉが５〜32の範囲では、 ｘ（m1_new）＝KLVL×ｘ（m_opt）となる。同様に補間
信号ｘ（m2_new）は、サンプル番号ｉが１〜８の範囲で
は、 ｘ（m2_new）＝k₂（ｉ）×ｘ（ｍ）＋｛１−k₂（ｉ）｝ ×KLVL×ｘ（m_optp） となり、サンプル番号ｉが９〜32の範囲では、ｘ（m2
_new）＝ｘ（ｍ）となる。平均演算部15は、算出した補
間信号ｘ（m1_new）およびｘ（m2_new）を出力156を介し
波形置換切換部16に出力する。

動作を説明する。入力端子101より入力150を介し音声
パケットであるPCM信号ｘ（ｍ）が波形置換切換部16に
入力されると、切換部16は、この信号が欠落パケットか
どうかをLOSS信号により判断し、欠落パケットでない場
合には直前に入力したパケットが欠落パケットかどうか
を確認する。信号ｘ（ｍ）が欠落パケットでなく、直前
のパケットが欠落パケットでないときには、この入力信
号ｘ（ｍ）は切換部16により出力端子103および処理切
換部11に出力される。

信号ｘ（ｍ）が処理切換部11に入力されると、処理切
換部11は、信号ｘ（ｍ）のサンプル番号ｍが１〜30のと
きにはこの信号ｘ（ｍ）をテンプレートとして差分演算
処理部19を、サンプル番号ｍが31のときには周期検出部
18を、サンプル番号ｍが32のときには振幅補正係数導出
部17およびサンプル値予測部20を実行する。これによ
り、テンプレートと最適マッチング波形との時間間隔で
ある音声波形の基本周期PITCHが求められ、信号ｘ
（ｍ）を含むパケットの次に入力するパケットが欠落パ
ケットである場合に、これを補間するのに最適であると
考えられる信号ｘ（m_opt）がバッファメモリ更新部12に
蓄積されたサーチウィンドウ内より選択される。また、
この信号ｘ（m_opt）が音声波形の包絡に適するように振
幅補正係数KLVLが算出される。

信号ｘ（m_opt）および補正係数KLVLが振幅補正部14に
入力されると、補正部14は信号ｘ（m_opt）に振幅補正係
数KLVLを乗算し、その信号KLVL×ｘ（m_opt）を重みづけ
平均値演算部15に出力する。さらにサンプル番号ｍが32
の場合、サンプル値予測部20が切換部11により実行され
る。これにより予測部20は、メモリ更新部12内のサンプ
ル値より、信号ｘ（32）の次に入力するパケットの信号
を前部重みづけのパラメータとして算出し、これを予測
値ｘ（m_pre）として平均値演算部15に出力する。

信号KLVL×ｘ（m_opt）および予測値ｘ（m_per）が演算
部15に入力されると、演算部15はこれから欠落パケット
が発生したときの補間信号ｘ（m1_new）を算出し波形置
換切換部16に出力する。補間信号ｘ（m1_new）は入力し
た信号が欠落パケットであることを切換部16が確認した
ほぼ同時に切換部16に入力されるため、切換部16はパケ
ットが欠落してもこの信号ｘ（m1_new）により実時間性
を損なうことなく補間信号ｘ（m1_new）を出力端子103に
出力することができる。また信号ｘ（m1_new）には、前
部重みづけ平均領域４バイトに重みづけが施されている
ため、以前に入力した信号ｘ（ｍ）との接続部がなめら
かになる。

波形置換切換部16が欠落パケットに続く非欠落パケッ
トに含まれる信号ｘ（ｍ）を入力すると、置換切換部16
はこの信号ｘ（ｍ）の代わりに、重みづけ平均値演算部
15より入力する補間信号ｘ（m2_new）を出力端子103に出
力する。欠落パケットに続く非欠落パケットに含まれる
信号ｘ（ｍ）が平均値演算部15に入力されると、演算部
15は信号ｘ（ｍ）と前欠落パケット部での１ピッチ周期
前のサンプル値ｘ（m_optp）との重みづけ処理を行な
い、補間信号ｘ（m2_new）を算出する。補間信号ｘ（m2
_new）の値は算出順に波形置換切換部16に出力され、波
形切換部がこの信号を入力すると出力端子103に出力す
る。信号ｘ（m2_new）には欠落パケットと接続される部
分、すなわち後部重みづけ平均値領域８バイトに重みづ
けが施されるため、欠落パケットと次に続く補間信号ｘ
（m2_new）との接続部がなめらかになる。

このように本実施例によれば、予測値と補間値の重み
づけ平均値を新たな補間値として用いることで音声パケ
ットが欠落した場合でも違和感の無い適切なPCM信号を
欠落部に補間することが可能である。また、本実施例で
はパケットの先頭サンプルが入力するタイミングでは常
に補間すべき音声波形が決定されているため、パケット
が欠落しても音声パケットの実時間性を損なうことない
補間が可能である。

なお、本実施例では本発明を欠落した音声パケットを
補間するPCM補間処理装置に適用したが、本発明は必ず
しもこれに限定されるものではなく、たとえばイメージ
情報などを伝送する伝送装置の受信側、またはデジタル
音声信号の再生装置などにも適用可能である。

（発明の効果） このように本発明によれば、欠落パケット前部の接続
部のサンプル値として予測値と補間値の重みづけ平均値
を用いる方法を導入した。このため、欠落パケットが生
じた場合でも、パケットの実時間性を損なうことなく欠
落パケットの補間およびパケットの欠落部と非欠落部と
をなめらかにつなげる処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による音声パケット補間方式の実施例を
PCM補間処理装置に適用した機能ブロック図、 第２図は、第１図に使用した各種パラメータの構成を示
すパラメータ構成図である。 主要部分の符号の説明 １……PCM補間処理装置 11……処理切換部 12……バッファメモリ更新部 13……バッファメモリポインタ指定部 14……振幅補正部 15……重みづけ平均値演算部 16……波形置換切換部 17……振幅補正係数導出部 18……周期検出部 19……非規格化差分演算処理部 20……サンプル値予測部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】欠落した音声パケットを、該欠落以前に入
   力した音声パケットの信号により該欠落部に補間する音
   声パケット補間方法において、該方法は、 音声パケットの欠落に備え、最新に入力した音声パケッ
   トの次に入力する音声パケットの補間信号を、前記欠落
   以前にあらかじめ入力された音声パケットの中から選択
   するとともに、 該あらかじめ入力された音声パケットの信号の中の所定
   のサンプル値により、次に入力すると予測される値を予
   測サンプル値として求め、 該予測サンプル値と前記補間信号の補間サンプル値とに
   より前記補間信号の前部の接続部の平均値領域における
   重みづけ平均値を算出し、 前記音声パケットの欠落が生じると、前記平均値領域に
   該算出した重みづけ平均値を含む補間信号を該音声パケ
   ットの欠落部に補間することを特徴とする音声パケット
   の補間方法。