JP4249756B2

JP4249756B2 - 携帯情報端末および音声再生方法

Info

Publication number: JP4249756B2
Application number: JP2006108691A
Authority: JP
Inventors: 毅小宮山
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: JP2007282090A

Description

本発明は、ＩＰネットワークを利用した無線による音声通信に関し、特に、受話音声を再生する技術に関する。

ＩＰネットワークを利用しての音声通話では、音声データパケットの受信時間のばらつき（ジッタ）に起因する音切れが発生することにより、通話品質が損なわれることがある。従来、その対策として、端末にジッタを吸収するためのバッファを設けることにより、受信パケットのばらつきを抑えるという方法がある。さらに、受信した音声データから有音・無音の検出する、あるいは、受信パケットの到着時間を計算するなどの方法でバッファ量を調整することにより、通話品質を高める技術がある。

ジッタを吸収するためのバッファにより再生音質を向上させる技術は、例えば、後述の特許文献１及び特許文献２に記載されている。特許文献１に記載の技術は、ＩＰ電話装置にジッタバッファを備え、パケットが遅延なく到着する間は、バッファ数を少なくすることで再生の遅延を可能な限り少なくし、パケットの遅延が多い通信状態においては、バッファ数を増加することで音飛びを防止するというものである。

また、特許文献２に記載されている方法は、受信パケットの有音・無音を識別し、無音期間にバッファの伸張・縮小をすることで、通話品質の劣化を防ぐというものである。
特開２００４−２３６０８２号公報特開２００５−１９７８５０号公報

ところで、通話に無線ＬＡＮのような無線通信を利用すれば、移動しながらの通話が可能となるが、移動の途中、アクセスポイントが切り換えられるローミング（ハンドオーバー）が発生することがある。ローミングでは、利用中のアクセスポイントとの物理層の通信を切断して新たなアクセスポイントを設定することから、一時的にデータ通信が停止する。

従来の技術は、ネットワークに接続した状態における比較的短い時間のジッタには有効であるが、前述のローミング時のように、データ通信自体が中断される状況には対処し難い。例えば、上記特許文献１に記載の技術にあっては、通信遅延が少ない状況であっても、ローミングが発生するとパケット損失により音切れが発生し易い。また、上記特許文献２に記載の技術も、同様にローミングに対処し難いうえ、例えば、移動先が工場など騒音が激しい場所である場合は、無音を検出し難く、結果、バッファの伸張・縮小が困難となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、通話中のローミングに起因する受話音声の音切れを防止する技術を提供することを目的とする。

本発明に係る携帯情報端末は、無線通信により受信した音声データをバッファメモリへ格納する手段と、無線基地局の切り換え時点より所定期間前の時点を電波の受信強度に基づき検知する手段と、前記バッファメモリにおける音声データの蓄積量が所定量に達したときに、前記時点が検知された場合は当該時点から前記バッファメモリの音声データを重複して再生し、且つ、前記時点が検知されない場合は前記バッファメモリの音声データを順次再生する手段とを備える。

本発明によれば、通話中の携帯情報端末が、無線基地局の切り換え処理に先立ち音声の重複再生を開始することから、切り換え処理前にバッファメモリからの読み出し量を抑制することができる。これにより、通常の再生時より多くの音声データがバッファメモリに貯えられることから、その後の切り換え処理に起因する通信の停止期間に受話音声が途切れることを防止することができる。

図１に、本発明の実施形態の構成を示す。本実施形態の構成は、それぞれ同様な構成を持つ携帯情報端末100A及び携帯情報端末100Bが、無線ＬＡＮによりＩＰネットワーク200に接続し、通話を行うという構成である。携帯情報端末100A及び携帯情報端末100Bは、無線ＬＡＮによる通話機能を具備する携帯電話機等の端末である。図１では、説明のため、携帯情報端末100Aを音声データの送信側、携帯情報端末100Bを受信側として示す。

各携帯情報端末（100A／100B）は、図１に示すように、ＩＰネットワーク200に対する通信処理を担う無線ＬＡＮ制御部（4A／4B）と、音声データの送信処理を担う送信ユニット（21A／21B）と、音声データの受信処理を担う受信ユニット（22A／22B）とを備える。

送信ユニット21A（21B）は、マイクロフォン（図示略）により捕捉した音声を入力する音声入力部1と、入力された音声を一定の時間間隔で符号化しパケットを形成する音声符号化部2と、送信すべきパケットを無線ＬＡＮ制御部4A（4B）へ供給するパケット送信部3とを備える。

受信ユニット22B（22A）は、その基本構成として、ＩＰネットワーク200から受信したパケットをバッファメモリであるジッタバッファ7へ格納するパケット受信部6と、ジッタバッファ7のパケットデータを復号化する音声復号部8と、復号された音声データをスピーカ（図示略）から出力する音声出力部9とを備える。

図２に、ジッタバッファ7の記憶形式を模式的に示す。本実施形態のジッタバッファ7は、リング記憶形式のバッファメモリである。パケット受信部6は、バッファの格納ポイント7aへ受信パケットを順次格納する。音声復号部8は、バッファに一定量が蓄積されたら再生ポイント7bからデータを取り出し復号処理を行う。

また、受信ユニット22B（22A）は、上記基本構成に加え、アクセスポイントからの電波の受信強度を監視しローミング処理を行う無線ＬＡＮ状態監視部10と、音声データの再生処理を制御する再生制御部11とを備える。

無線ＬＡＮ状態監視部10は、自端末の電波の受信強度を監視し、アクセスポイントを切り換えるローミング処理が必要となる受信強度よりも所定レベル高い受信強度となる時点を検知する。無線ＬＡＮ状態監視部10が検知すべき時点に対応する受信強度については、予め端末に登録しておく。再生制御部11は、無線ＬＡＮ状態監視部10による監視状況に応じて、受信した音声の再生形式を後述の重複再生とするか、あるいは重複させない通常の再生とするかを決定し、それを音声復号部8へ通知する。

本実施形態の動作について説明する。ここでは、図１に示す携帯情報端末100A及び携帯情報端末100B間にて通話が開始された状況において、携帯情報端末100Aが音声データを送信し、その音声データを携帯情報端末100Bにより受信するという動作について説明する。

携帯情報端末100Aは、音声入力部1が入力した音声データに対し、音声符号化部2によりＰＣＭ方式（Ｇ.７１１）の符号化処理を行う。具体的には、音声データを１秒間あたり８０００区間に分割し、１区間８ビットで標本化する。このとき、符号化速度は６４ｋビット／秒（８０００バイト／秒）となる。パケット送信部3は、符号化処理されたデータを４０ｍｓ間隔でパケットに形成する。形成されたパケットは無線ＬＡＮ制御部4AによりＩＰネットワーク200へ送信される。

図３に示すフローチャートを参照して、受信側の携帯情報端末100Bの動作について説明する。携帯情報端末100Bは、無線ＬＡＮ制御部4BがＩＰネットワーク200からパケットを受信すると（ステップS1）、そのパケットをパケット受信部6により一旦ジッタバッファ7へ格納する（ステップS2）。

音声復号部8は、ジッタバッファ7に一定量のデータが蓄積されると（ステップS3：YES）、順次データを取り出し、送信側のＰＣＭ方式に準じた復号処理を行い音声を再生する。このとき、再生の形式を以下に説明する手順により決定する（ステップS4）。

図４に示すフローチャートを参照して、再生形式の決定手順に関し説明する。無線ＬＡＮ状態監視部10は、無線ＬＡＮ制御部4Bから電波の受信強度の情報を定期的に取得し、現時点の受信強度Ｐを認識する（ステップS11）。そして、現時点の受信強度Ｐと、ローミング閾値となる受信強度より所定レベル高い受信強度として予め登録された設定値Ｐ_αとを比較する（ステップS12）。

その結果、現時点の受信強度Ｐが設定値Ｐ_αより高い場合、すなわち通話中の電波状況が良好である場合、無線ＬＡＮ状態監視部10は、音声の再生形式を通常再生とすることを再生制御部11へ通知する（ステップS13）。

一方、移動などにより電波の受信強度が低下しつつあり、通話中の受信強度Ｐがほぼ設定値Ｐ_αとなったことを検知したとき、無線ＬＡＮ状態監視部10は、音声の再生形式を重複再生とすることを再生制御部11へ通知する（ステップS14）。その後、さらに受信強度が低下しローミング閾値に達すると、ローミング処理によりアクセスポイントの切り換えを開始する。

なお、上記設定値（Ｐ_α）に関し、本事例は、ローミング閾値より高い特定の値を適用した例であったが、これに替えて、現時点の受信強度Ｐとローミング閾値Ｐ_Ltとの差分（Ｐ−Ｐ_Lt＞０）を設定値に利用してもよい。例えば、その設定値として「β」が登録された場合、無線ＬＡＮ状態監視部10は、現時点の受信強度Ｐとローミング閾値Ｐ_Ltとの差分が「β」となったとき、再生制御部11へ重複再生の旨を通知する。また、再生制御部11への通知は段階分けすることも可能である。

再生制御部11は、無線ＬＡＮ状態監視部10から通知された再生形式によりジッタバッファ7のデータを再生する（図３：ステップS5）。

図５に、音声の再生形式を模式的に示す。図示の例は、送信側にて６４ｋビット／秒（８０００ビット／秒）でＰＣＭ処理されたデータのパケットを受信側で通常再生または重複再生する様子である。通常再生の場合（図３：ステップS6）、図５の上段に示すように、受信した「P25」〜「P1」のパケットデータをジッタバッファ7から順次読み出し、これらを１秒間で再生する。

一方、重複再生の場合は（図３：ステップS7）、一連のデータをパケット単位で重複して再生することにより再生時間を延ばす。図５の下段に示す例は、伸長率が１２０％の例であり、ここでは、「P25」、「P20」、「P15」、「P10」及び「P5」の５パケット分のデータがそれぞれ重複して再生される。その結果、通常は１秒間で再生されるデータの再生時間が１.２秒となる。これは、重複再生の開始から１秒間経過した時点では、未だ０.２秒分のデータに相当する５パケット分のデータ（「P5」〜「P1」）がジッタバッファ7に残されることを意味する。

したがって、伸長時間が１秒間あたり０.２秒である伸長率１２０％の場合に、例えば、重複再生の開始からローミング開始までに５秒間あったとすると、ローミング開始時点で１秒分（０.２秒×５秒間）すなわち２５パケット分のデータがジッタバッファ7に残される。これにより、その後のローミング処理時に通信が中断されても、ジッタバッファ7に貯えられているデータを再生することで、通話の音切れを防止することができる。

なお、図５に示す例のように、重複再生を所定の周期で間欠的に行うことにより、重複箇所が均一に分散されることから、出力音声に影響を与え難くすることができるが、重複の頻度は、実施すべき伸長率に応じて適宜変更が可能である。例えば、重複対象を「P25」、「P24」、「P21」、「P15」・・・のように非周期的としてもよい。また、重複の回数も、図示の例のように２回ずつに限らず、３回以上、あるいは２回及び３回を混在させる等、種々の設定が可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、無線ＬＡＮでのローミングに先立ち、重複再生によりジッタバッファ7からのデータの読み出し量を抑制することから、ローミング開始までに、より多くのデータをジッタバッファ7に残すことができる。これにより、その後のローミング処理による通信の停止期間に音切れを防止することができる。

上記実施形態は、受信側での音声の再生時を考慮したものであったが、さらに音声の送信処理を考慮した構成も可能である。図６に、その形態における各携帯情報端末100A（100B）の送信ユニット21A´（21B´）の構成を示す。図示の構成において、無線ＬＡＮ制御部4A（4B）及び受信ユニット22A（22B）は、図１に示すものと同様であり、説明を省略する。

本実施形態の送信ユニット21A´（21B´）は、図１に示す構成にジッタバッファ12及び無線ＬＡＮ状態監視部13を付加したものと同等である。これらジッタバッファ12及び無線ＬＡＮ状態監視部13は、その基本的な機能が受信ユニット22A（22B）のもの（7、10）と同様であるので、両ユニットで共用する形態であってもよいが、バッファの記憶領域については、各ユニットで別個の領域を割り当てる。

図７に示すフローチャートを参照して、図６の構成による動作について説明する。携帯情報端末100A（100B）において、音声入力部1により送話音声が入力されると、音声符号化部2は、音声を符号化してパケットを形成し（ステップS21）、パケットデータをジッタバッファ12へ順次格納する（ステップS22）。

この間、無線ＬＡＮ状態監視部13は、電波の受信強度に基づきローミングの要否を監視している。電波状況が良好であることによりローミングが不要な間（ステップS24：NO）、パケット送信部3は、ジッタバッファ12にデータが一定量蓄積されると（ステップS23：YES）、順次データを読み出し、無線ＬＡＮ制御部4A（4B）にパケット送信を要求する（ステップS25）。

一方、移動などによる電波強度の低下に伴い、ローミングが必要となったとき（ステップS24：YES）、無線ＬＡＮ状態監視部13は、ローミング処理の開始に先立ち、パケット送信部3に対しパケットの送信を停止するよう通知する（ステップS26）。パケット送信部3は、無線ＬＡＮ状態監視部13からの通知を受けて、ジッタバッファ12に対するデータの読み出しを一旦停止する（ステップS27）。この読み出し処理が停止しても、音声符号化部2の符号化処理は継続される。よって、ジッタバッファ12に順次パケットデータが蓄積される。

その後、パケット送信部3は、無線ＬＡＮ状態監視部13からローミング処理の完了を通知されたとき（ステップS28：YES）、ジッタバッファ12に蓄積されたデータを順次読み出し、パケットの送信を再開させる（ステップS25）。

これにより、ローミング処理による通信の中断に起因する送信パケットの損失を防止することができ、結果、通話相手に欠落のない音声データを供給することができる。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。実施形態のジッタバッファに関する説明図である。実施形態の動作手順を示すフローチャートである。実施形態における音声の再生形式の設定に関するフローチャートである。実施形態の再生形式に関する説明図である。本発明の他の実施形態における送信ユニットの構成を示すブロック図である。他の実施形態の送信ユニットに関するフローチャートである。

符号の説明

１００Ａ、１００Ｂ携帯情報端末
２００ＩＰネットワーク
２１Ａ、２１Ｂ送信ユニット
２２Ａ、２２Ｂ受信ユニット
４Ａ、４Ｂ無線ＬＡＮ制御部
１音声入力部
２音声符号化部
３パケット送信部
６パケット受信部
７ジッタバッファ
８音声復号部
９音声出力部
１０無線ＬＡＮ監視部
１１再生制御部

Claims

無線通信により受信した音声データをバッファメモリへ格納する手段と、
無線基地局の切り換え時点より所定期間前の時点を電波の受信強度に基づき検知する手段と、
前記バッファメモリにおける音声データの蓄積量が所定量に達したときに、前記時点が検知された場合は当該時点から前記バッファメモリの音声データを重複して再生し、且つ、前記時点が検知されない場合は前記バッファメモリの音声データを順次再生する手段とを備えることを特徴とする携帯情報端末。
前記バッファメモリに格納された連続する音声データに対し所定周期により間欠的に重複再生することを特徴とする請求項１記載の携帯情報端末。
さらに、
無線通信により送信すべき音声データをバッファメモリへ格納する手段と、
無線基地局を切り換えるとき音声データの送信を停止し且つ前記切り換えが完了したとき音声データの送信を再開する手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の携帯情報端末。
前記バッファメモリに対しリング形式により音声データを格納することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の携帯情報端末。
音声データを無線ＬＡＮにより交信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の携帯情報端末。
コンピュータを請求項１乃至５のいずれか１項に記載の携帯情報端末として機能させることを特徴とするプログラム。
携帯情報端末が、
無線通信により受信した音声データをバッファメモリへ格納するステップと、
無線基地局の切り換え時点より所定期間前の時点を電波の受信強度に基づき検知するステップと、
前記バッファメモリにおける音声データの蓄積量が所定量に達したときに、前記時点が検知された場合は当該時点から前記バッファメモリの音声データを重複して再生し、且つ、前記時点が検知されない場合は前記バッファメモリの音声データを順次再生するステップとを実行することを特徴とする音声再生方法。
前記携帯情報端末が、音声データを再生する前記ステップにおいて、
前記バッファメモリに格納された連続する音声データに対し所定周期により間欠的に重複再生することを特徴とする請求項７記載の音声再生方法。
前記携帯情報端末が、さらに、
無線通信により送信すべき音声データをバッファメモリへ格納するステップと、
無線基地局を切り換えるとき音声データの送信を停止するステップと、
前記切り換えが完了したとき音声データの送信を再開するステップとを実行することを特徴とする請求項７又は８記載の音声再生方法。
前記携帯情報端末が、音声データをバッファメモリへ格納する前記ステップにおいて、
前記バッファメモリに対しリング形式により音声データを格納することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の音声再生方法。
前記携帯情報端末が、音声データを無線ＬＡＮにより交信することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の音声再生方法。