JP4564985B2 - キー再同期区間の音声データを見積もるためのベクトル情報の挿入方法、ベクトル情報伝送方法、およびベクトル情報を用いたキー再同期区間の音声データ見積り方法 - Google Patents

Description

本発明は、キー再同期区間の音声データを見積もるためにベクトル情報を挿入する方法、ベクトル情報を伝送する方法、およびベクトル情報を用いたキー再同期区間の音声データを見積もる方法に関し、単方向無線通信環境において暗号化されたデジタル音声を伝送するとき、キー再同期処理で起きる黙音(silent)区間に対応する音声データを見積もることが可能である。さらに詳しくは、本発明は、急激には変わらないサイン波を描く音声の特徴から音声の変化方向情報を抽出することによって構成されるベクトル情報をキー再同期フレームに挿入する方法、ベクトル情報を伝送する方法、およびベクトル情報を用いてキー再同期処理で起きる黙音区間の音声データを見積もる方法に関する。

従来の通信方法では、キーデータが音声データとして処理されるか、または以前の音声データがキー再同期の処理で再利用されるかの方式で、キー再同期区間を処理する。しかし、この方法は、元の音声と出力音声との間に大きい差異を引き起こし、したがって聴者にとってキー再同期区間での音質の損失を認識させる。

特に、単方向無線環境においてデータは一方向のみに伝送されるので、データの普通に受信したかどうかを確認することは不可能である。よって、このような環境で暗号化されたデータを伝送する場合において、受信側が初期のキー情報を受信できないと、その対応する間の全てのデータが復号化されない。

遅い参加問題のこのような問題を解決するために、周期的にキー情報を伝送するためのキー再同期方法を、単方向無線環境における暗号化通信のために用いる。暗号化された通信を解して送信および受信されたデータがデジタル化された音声である状態で、キー再同期方法を用いると、再同期区間だけ黙音区間が起きる。この黙音区間は周期的に起きるので、受信側の通話品質を低下させる。

本発明は、単方向無線暗号通信において、キー再同期区間の黙音区間内の音声データ値を見積もる技術に関し、損失フレームを修正する技術にも関する。

ＨＡＭ、Ｓｐｌｉｃｉｎｇ、Ｓｉｌｅｎｃｅ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ、Ｎｏｉｓｅ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ、Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ等の単方向無線通信において、音声データの伝送の間に起きるフレームの損失を処理する方法を使用することができる。

これらの技術は、単方向無線通信における損失した音声フレームの値を見積もることである。Ｓｐｌｉｃｉｎｇは二つの隣接したフレームを重畳する方法であり、損失によるギャップが起きないが、ストリームのタイミングが崩壊される欠点を有する。Ｓｉｌｅｎｃｅ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎは、損失された区間に黙音を追加する方法である。しかし、損失パケットの大きさが増加するにつれて、性能は悪化する。

Ｎｏｉｓｅ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎとは、音声信号が省かれる部分に雑音が追加される場合において、周辺の信号を用いて省かれた音声を再格納する方法である。この方法は音素復元の人の能力を用い、これは個人個人で大幅に異なるかもしれない。Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎは、音声損失区間において最も最近に受信した音声信号を繰り返し挿入する方法である。この方法はフレームが長い場合、音も長くなるという欠点を有する。

さらに、音声圧縮コーデックの状態情報を用いることによって、音声損失区間において黙音を再格納する技術がある。この方法は、コーデック毎に異なりうる状態情報を用いるので、完全にコーデックに依存し、圧縮の量が大幅に増加する。

したがって、本発明は、キー再同期区間内の音声データを見積もるためにベクトル情報を挿入する方法、ベクトル情報を伝送する方法、およびベクトル情報を用いてキー再同期区間の音声データを見積もる方法を目的とし、これは、関連技術の制限および不利点のために、１以上の問題を大幅に防ぐ。

単方向無線通信環境において、キー再同期区間の音声データを見積もるため、サイン波音声の特徴を用いてベクトル情報を構成し、キー再同期区間にこのベクトル情報を挿入する方法と、このベクトル情報を伝送する方法を提供する。

本発明の他の目的は、単方向無線通信環境において、音声の変化方向情報であるベクトル情報を用いて、周期的に起きるキー再同期区間での黙音区間に対応する音声データ値を見積もる方法を提供する。

（発明を解決するための手段）
本発明のさらなる利点、目的、および特徴は、一部は続く記述で説明され、一部続く調査で当業者にとって明らかとなるか、または本発明の実践から学ぶかもしれない。本発明の目的および他の利点は、書かれた明細書およびその特許請求の範囲、ならびに添付の図面で特に指摘された構造によって知得され、実現されうる。

上記の目的を達成するために、本発明の実施形態に従って、単方向無線環境を用いた暗号化されたデジタル音声通信の伝送側でキー再同期区間の音声通信を見積もるためのベクトル情報を挿入する方法が存在し、これは、伝送されるフレームに対してキー再同期の時間となっている場合、キー再同期区間の音声データを削除するステップと、現在フレームの音声データと以前フレームの音声データの差を取得するステップと、差の取得の結果である （＋、−） 情報でベクトル情報を構成するステップと、ベクトル情報を削除された音声データからキー再同期区間に挿入するステップとを含む。

本発明の別の態様において、単方向無線環境を用いた暗号化されたデジタル音声通信の伝送側でキー再同期区間の音声データを見積もるためにベクトル情報を伝送する方法が提供され、これは、入力された音声をボコーディングすることによって音声データで符号化するステップと、符号化された音声データに対してキー再同期の時間となっているかどうかを判定するステップと、判定の結果に従って、音声の変化方向情報で構成されたベクトル情報を挿入することによってキー再同期フレームを生成するステップと、音声データから音声フレームを生成し、生成したキー再同期フレームと音声フレームを伝送するステップとを含む。

本発明の別の態様においても、単方向無線環境を用いた暗号化されたデジタル音声通信の受信側でベクトル情報を用いたキー再同期区間の音声データを見積もる方法が提供され、これは、フレームのヘッダを分析することによって受信したフレームの種類を分析するステップと、受信したフレームがキー再同期フレームである場合、伝送されるキー再同期フレームからキー再同期情報とベクトル情報を抽出するステップと、抽出されたキー再同期情報を用いてキー再同期を実行し、ベクトル情報と受信されたフレームの音声データの傾きを取得し、比較するステップと、ベクトル情報から分析された音声の変化方向情報と傾きが同じ方向である場合、傾き線上で音声データ値を抽出し、さもなければ、傾き線と対称な線上で音声データ値を抽出するステップと、抽出された音声データ値でキー再同期区間の音声データを見積り、音声データを音声に対応する出力にデコーディングするステップとを含む。

以上の一般的な説明および続く本発明の詳細な説明は、典型および例示であり、特許請求の範囲にあるように、本発明の更なる説明のために提供されることを意図する。

本発明の更なる理解を提供し、明細書の一部を構成する含まれる添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、明細書と共に、本発明の本質を説明するために、供給される。

るキー再同期区間の音声データを見積もるためのベクトル情報を挿入する方法と、ベクトル情報を伝送する方法と、本発明の実施形態によるベクトル情報を使用してキー再同期区間の音声データを見積もる方法とを、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態によるベクトル情報を用いたキー再同期区間の音声データを見積もる装置の全体構成を示すビューである。

図１を参照すると、本発明の実施形態に従って、キー再同期区間の音声データを見積もる装置は、簡単に送信側１０と受信側１００で構成される。

送信側１０は、マイクロフォンからの音声の入力を受ける入力部１１、入力された音声をボコーディングすることによって入力された音声を符号化するボコーダ１２、符号化された音声データに対してキー再同期区間を判定して、キー再同期フレームおよび音声フレームを構成するフレーム構成部１３ および構成されたフレームを伝送するフレーム伝送部１４を含む。

フレーム構成部１３は、現在音声データと直前の音声データとの差を取得し、差の取得の結果である音声変化方向（＋、−） 情報を累積し続けて格納する。

さらに、キー再同期情報を伝送するためのキー再同期フレームを生成する際、フレーム構成部１３は、キー再同期区間の音声データを削除し、累積された音声変化方向（＋、−）情報でベクトル情報を構成し、その後、キー再同期情報と共にキー再同期区間にベクトル情報を挿入する。その後、フレーム構成部１３は、生成されたキー再同期フレームを受信側１００に伝送する。また、フレーム構成部は、音声フレームを伝送する時、ベクトル情報を音声フレームに挿入する。

すなわち、フレーム構成部１３は、音声データの音声変化方向（＋、−）情報を累積して格納し、音声フレームを伝送するとき、伝送される音声データに対してキー再同期の時間となっているかどうかを判定する。キー再同期時間となっている場合、フレーム構成部１３は、格納された音声変化方向（＋、−）情報でベクトル情報を構成し、キー再同期区間にベクトル情報を挿入することによってキー再同期フレームを生成する。

しかし、キー再同期の時間となっていないと、伝送される音声データに対して音声フレームを構成し、ベクトル情報を音声フレームに挿入する。

ここで、ベクトル情報は、（＋）および（−）方向の間の差異のみで構成されるかもしれない。例えば、（＋）を１、（−）を０にそれぞれマッピングすることも可能である。したがって、（＋）および（−）方向の間の差異のための様々な種類の方法を、ベクトル情報を構成するのに用いることができる。

一方で、受信側１００は、伝送側１０から伝送されるフレームらを受信する受信部１０１、受信したフレームのキー再同期情報の存在／非存在を判定することによってフレームの種類を分析するフレーム分析部１０２、ならびに受信したフレームがキー再同期フレームである場合に、キー再同期区間の黙音区間に対応する音声データ値を見積り、音声信号を再生するために音声データを再生するデコーダ１０３、および音声信号を出力するための出力部１０４を含む。

フレーム分析部１０２は、受信したフレームのヘッダを分析することによってキー再同期情報の存在／非存在を判定する。ヘッダにキー再同期情報がある場合、フレーム分析部は、キー再同期フレームの存在を判定し、フレームからベクトル情報を抽出する。

その後、フレーム分析部１０２は、最近受信した以前フレームから音声データの傾きを取得し、取得した音声データらの傾きと抽出した音声データのベクトル情報を用いて、キー再同期区間の音声データ値を計算する。

すなわち、抽出した音声データのベクトル情報が（＋）に対応する場合、フレーム分析部は、取得した音声データの傾きからキー再同期区間の音声データ値を取り、一方でベクトル情報が（−）に対応する場合、フレーム分析部は、取得した音声データの傾きと対称な傾きを取得し、傾き線上のキー再同期区間の音声データ値を取る。

図２は、本発明の実施形態にしたがって、キー再同期区間の音声データが、伝送側１０で見積られるように、ベクトル情報を挿入する処理を概念的に示すフローチャートである。

マクロフォンなどの入力部１１を介して入力された音声２００を、ボコーディング処理を通して、音声データに符号化する（ステップ２１０）。

伝送することになる音声データのフレームが、キー再同期の時間となっているかどうかを判定して（ステップ２２０）、キー再同期の時間となっている場合、（ステップ２２０の「Ｙ」）、対応する現在フレームの音声データを除去する（ステップ２３０）。その後、以前フレームの音声データと現在フレームの音声データとの間の差から、音声変化方向（＋、−） 情報を取得する（ステップ２３１）。

音声データ値が増加方向にある場合、音声変化方向（＋、−） 情報は増加し続け、一方で音声データ値が減少方向の場合、サイン波音声波形の特徴のために、音声変化方向（＋、−） 情報は減少し続ける。現在音声データと直前の音声データの差が（＋）である場合、音声データは増加方向にあり、一方で、差が（−）である場合、音声データは減少方向である。

抽出した音声データの音声変化方向（＋、−） 情報でベクトル情報を構成し（ステップ２３２）、キー再同期情報と共に音声データを削除した区間にベクトル情報を挿入することによってキー再同期フレームを構成し（ステップ２３３）、構成されたキー再同期フレームを伝送する（ステップ２３４）。

キー再同期の時間となっていない場合（ステップ２２０における「Ｎ」）、音声データを用いて音声フレームを構成し（ステップ２４０）、以前フレームと現在フレームの音声データを分析することによって（ステップ２４１） ベクトル情報を構成する。音声フレームおよびベクトル情報は、伝送側の内部メモリ（図示せず）に格納され（ステップ２４２）、また構成された音声フレームは伝送される（ステップ２４３）。

図３は、本発明の実施形態に従って、受信側１００でベクトル情報を抽出することによって、キー再同期区間の音声データを見積もる処理を概略的に示すフローチャートである。

受信側１００は、伝送されるフレームを受信し（ステップ３００）、受信したフレームのヘッダを分析（ステップ３０１）することによって、受信したフレームの種類を分析する（ステップ３２０）。

分析の結果として、受信したフレームがキー再同期フレームである場合（ステップ３２０における「Ｙ」）、受信側は、受信したフレームからキー再同期情報と、音声変化方向（＋、−） 情報で構成されたベクトル情報を抽出する（ステップ３３０）。

受信側は、抽出されたキー再同期情報を用いてキー再同期を実行し（ステップ３３１）、受信されたフレームの音声データから取得した傾き情報とベクトル情報とを比較することによって、傾きとベクトル情報の音声変化方向が同じ方向であるか判定する（ステップ３３２）。

受信側の内部メモリ（図示せず）に格納されている受信したフレームの音声データから取得した傾きとベクトル情報との音声変化方向が同じ方向である場合（ステップ３２２における「Ｙ」）、受信側の内部メモリに格納されている受信したフレームの音声データから取得される傾き線上で、黙音区間の音声データ値を抽出する（ステップ３３３）。

判定の結果として、それらが同じ方向ならば（ステップ３３２における「Ｎ」）、受信したフレームの音声データらから取得した傾きと対称な傾きを取得し、対称の傾き線上で黙音区間の音声データ値を抽出する（ステップ３３４）。抽出された音声データ値は、キー再同期区間の黙音区間の音声データとして見積り（ステップ３３６）、デコーディング処理を通じて音声として出力される（ステップ３３５）。

一方で、判定の結果として、受信したフレームがキー再同期フレームではない場合（ステップ３２０における「Ｎ」）、デコーディングを通じて受信した音声データを音声信号として提供する（ステップ３４０）。その後、以前フレームと現在フレームを用いて現在の音声データの傾きを計算して格納し（ステップ３４１）、現在フレームを後で使うために、受信側の内部メモリに格納する（ステップ３４２）。その後、受信した音声信号を実際の音声として出力する（ステップ３４３）。

したがって、受信側１００は、受信した音声フレームの音声データ値と、抽出した音声データのベクトル情報の音声変化方向情報との変化比率、すなわち傾きを使用することによって、単方向の無線通信環境でキー再同期の間に起きる黙音区間に、音声データ値を原音に近く見積ることができる。

図４は、本発明の実施形態にしたがって、キー再同期区間の音声データを見積もる装置において、ベクトル情報を使用してキー再同期区間の黙音区間での音声データ値を見積もる処理を概略的に示すビューである。特にａは、伝送側がベクトル情報を構成して挿入することを示し、ｂは、受信側がベクトル情報を抽出してキー再同期区間の黙音区間での音声データ値を見積もることを示す。

図４を参照して、区間５番および８番がキー再同期の時間に対応するものと仮定する。伝送側１０のサイン波音声を符号化する処理で（ステップ２００）キー再同期の時間となる場合、キー再同期の時間に対応する区間である５番、８番の音声データは、削除され、キー再同期情報によって置き換えられる。

すなわち、５番の音声データは、４番の音声データと５番の音声データとの間の差を用いて取得した音声の変化方向（＋）と、キー再同期情報Ｘによって置き換えられる。８番の音声データは、７番の音声データと８番の音声データとの間の差を用いて取得した音声の変化方向（−）と、キー再同期情報Ｙによって置き換えされる。このように再構成されたデータが受信側１００に伝送される。

区間５番に対応するキー再同期データとなると、受信側１００は、区間３番および４番の音声データを用いて取得した傾き値（＋）が受信したフレーム内の音声方向（＋）情報と同一なので、Ａ線上に位置する音声データ値としてこれを見積もる。

区間８番に対応するキー再同期データとなると、受信側１００は、区間６番および７番の音声データを用いて取得した傾き値（＋）が受信したフレーム内の音声方向（＋）情報と異なるので、Ｂ線と対称のＣ線上に位置する音声データ値としてこれを見積もる。

特に、区間８番の場合、区間６番および７番の音声データから計算された傾き値（＋）が区間８番の音声方向（＋）情報と異なるので、線Ｂに対称な線Ｃは計算され、その後、区間Ｃ上に位置する音声データ値を見積もる。

以上のように、本発明によって、区間的なキー再同期のために、黙音区間での音声データ値は、緩やかな変化を示す音声データ値の特徴を用いることによって、単方向の無線通信環境において同様に見積られ、したがって受信側の通信品質を改善できる。さらに、本発明による方法は、音声を修整するのに追加の情報をほとんど必要とせず、従来の方法と比較して比較的少ない演算を必要とするので、さらなる負荷はシステムに適用されない。

本発明によるリアルタイムにサイバー閾値情報を伝送するシステムおよび方法が、その好適な実施形態を参照して個々で説明され、示される一方で、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなし、さまざまな変更および修正が本発明になされうることを当業者によって理解されたい。

本発明の実施形態によって、ベクトル情報を用いてキー再同期区間の音声データを見積もるための装置の全体構成を示すビューである。 本発明の実施形態によって、キー再同期区間の音声データを伝送側で見積ることができるように、ベクトル情報を挿入する処理を概略的に示すフローチャートである。 本発明の実施形態によって、受信側でのベクトル情報を抽出することによって、キー再同期区間の音声データを見積もる処理を概略的に示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、キー再同期区間の音声データを見積もるための装置において、ベクトル情報を用いてキー再同期区間の黙音区間での音声データ値を見積もる処理を概略的に示すビューであって、ａは、伝送側でベクトル情報を構成して挿入することを示し、ｂは、受信側がベクトル情報を抽出し、キー再同期区間の黙音区間での音声データ値を見積もることを示す。

符号の説明

１０ 送信側
１１ 入力部
１２ ボコーダ
１３ フレーム構成部
１４ フレーム伝送部
１００ 受信側
１０１ フレーム受信部
１０２ フレーム分析部
１０３ デコーダ
１０４ 出力部

Claims (3)

1. 単方向無線環境を用いたデジタル音声暗号化通信の受信側においてキー再同期区間内の音声データを見積もる方法であって、
   受信したフレームのヘッダを分析してキー再同期情報の存否を判定することによって、前記受信したフレームの種類を分析するステップと、
   前記受信したフレームがキー再同期フレームである場合、前記受信したフレームから前記キー再同期情報およびベクトル情報を抽出するステップと、
   前記受信したフレームの１つ前のフレーム及び２つ前のフレームを用いて、前記音声データの傾きを取得するステップと、
   前記ベクトル情報から分析された音声の変更方向情報と前記傾きが同じ符号の場合、前記傾きを有する第１の直線上の音声データ値を抽出し、符号が異なる場合、前記第１の直線に対称な第２の直線上の音声データ値を抽出するステップと、
   抽出された前記音声データ値で前記キー再同期区間内の前記音声データを見積もり、前記音声データを音声に対応する出力にデコーディングするステップと
   を備えたことを特徴とする方法。
2. 前記判定の結果として前記受信したフレームが前記キー再同期フレームではない場合、以前のフレームと現在のフレームを使用して、前記受信した音声データをデコーディングし、現在の音声データの傾きを計算して格納することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ベクトル情報は、現在のフレームの音声データと以前のフレームの音声データとの差によって取得される（＋、−）の音声の変化方向情報であって、サイン波を描く音声の特徴を用いて、前記（＋）情報が増加方向にある前記音声データに対応し、（−）情報が減少方向にある前記音声データに対応する方式で構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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