JPH01280943A - パケット符号化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パケット廃棄が生じた場合の品質劣化を小さ
く抑える音声パケット符号化方式に関するものである。

（従来の技術） 音声をパケット化して伝送すると、送信側でのフリーズ
アウト（締め出し）、パケットｍ内でのヘッダ一部消失
、許容限度を越える伝送遅延等によってパケットが廃棄
されることが起こる。この廃棄されたパケットを受信側
で再生する方式として、従来、（ａ）　零値置換、（ｂ
）波形置換、（Ｃ）波形補間の三つの方法があった。以
下に各方法の構成を述べる。

（ａ）零値置換 零値置換による廃棄パケット再生の基本構成を第３図（
ａ）に示す。入力音声は送信側で符号器２−３によって
符号化され、この符号化信号をパケット組立器４−５に
より一定長まとめてパケット化する。

パケット網６を経てきたパケットは受信側でパケット分
解器７〜８によりパケット分解され、このときパケット
廃棄の仔無を検出する。パケット廃棄が起こらなかった
場合は、受信符号化信号を復号器９−１０により復号化
して出力する。パケット廃棄が起きた場合には、０の値
で置き換えて切換器１３により出力する。この廃棄パケ
ット再生法は、構成が最も簡単である。

（ｂｌ波形置換 波形置換による廃棄パケット再生の基本構成を第３図（
ｂ）に示す。この波形置換方法（ｂ）は、零値置換方法
（ａ）を改善したものであり、パケット廃棄が起きた直
前の波形を用いて、過去の信号から最も類似した波形を
選択し、廃棄パケット時の再生出力として置換する。Ｃ
Ｄ、Ｊ、Ｇｏｏｄｍａｎ、　Ｇ、Ｂ、Ｌｏｃｋｈａｒｔ
。

０、Ｊ、Ｗａｓｅｍ　ａｎｄ　Ｗ、Ｗｏｎｇ　：　’Ｗ
ａｖｅｆｏｒｍ　５ｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎＴｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ　Ｍｉｓｓ
ｉｎｇ　ＳｐｅｅｃｈＳｅｇｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｐａｃ
ｋｅｔ　Ｖｏｉｃｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ″
。

ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、　　ｏｎ　　Ａｃｏｕｓｔ、
　　５ｐｅｅｃｈ　　Ｓｉｇｎａｌ　　Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇ、　ｖｏｌ、ＡＳＳＰ−３４，Ｎｏ、６＋　ｐｐ
、１４４０−１４４８．　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９８６、
）具体的には、受信側で復号器出力信号を信号蓄積器１
４により常にある一定長蓄積しておき、パケット廃棄が
起きた場合にパケット廃棄直前の部分的な蓄積信号をテ
ンプレートとして用いて、過去の蓄積信号の中からテン
プレートと最も類似性の高い波形をパターン整合器１５
により探索する。

そして、テンプレートと最も類似性の高い時点から後の
Ｉパケット製分の波形を置換波形として切換器１３によ
り出力する。

（Ｃ）波形補間 波形補間による廃棄パケット再生の基本構成を第３図（
Ｃ）に示す。この波形補間方法（Ｃ）では、送信側にお
いて奇数番目のサンプルの符号化信号と偶数番目のサン
プルの符号化信号とをパケット組立器４，５により別々
にパケット化し、廃棄された奇数（または偶数）サンプ
ルのパケットを、受信された偶数（または奇数）サンプ
ルのパケットを用いて補間再生する。（Ｎ、Ｓ、Ｊａｙ
ａｎｔ　ａｎｄ　Ｓ、Ｗ。

Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ　：　”Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　
Ｐａｃｋｅｔ　Ｌｏｓｓｅｓ　ｉｎＷａｖｅｆｏｒｍ　
Ｃｏｄｅｄ　５ｐｅｅｃｈ　ａｎｄ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍ
ｅｎｔｓ　Ｄｕｅｔｏ　ａｎ　０ｄｄ−Ｅｖｅｎ　Ｓａ
ｍｐｌｅ−Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｄ
ｕｒｅ’。

ＴＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎ、＋　ｖ
ｏｌ、ｃＯＭ−２９＋　ｐｐ、１０１−１．０９．　Ｉ
’ｅｂｒｕａｒｙ　１９８１．）具体的には、第４図（
ａ）に示すように２Ｎ個のサンプルを一つおきに抽出し
たそれぞれＮ個の奇数番目のサンプルと偶数番目のサン
プルとに分解し、別々にパケット化する。ここで、例え
ば偶パケットが廃棄されたとすると、第４図（ｂ）に示
すように、偶数番目の欠落サンプルを奇数番目の受信サ
ンプルを用いて、 ｘ（２ｎ）　＝　αｘ（２ｎ−１）＋βｘ（２ｎ＋１）
　　　　　　　　（１）に従って補間する。ここでα、
βは補間係数である。補間誤差ｅ　（ｎ）を最小にする
α、βの値は、ｅ”（ｎ）＝　（ｘ（ｎ）　　（αｘ（
ｎ−１）＋βｘ（ｎ＋１））　）　”　　（２）で表さ
れる補間誤差電力のｎ＝１．・・・・、２Ｎでの平均値
をα、βで偏微分してその結果を０と置くことによって
、次のように求められる。

α＝β＝Ｉ？（Ｊ）　／　（１＋Ｉ？（２））　　　　
　　　　　　（３）ここで、Ｒ（ｉ）はｉ次の自己相関
関数であり、で定義される。このとき、ｅ２（ｎ）の平
均値Ｅ　（ｅ２（ｎ））の最小値は、 Ｅ　（ｅ２（ｎ））の最小値 ＝Ｅ　（ｘ２（ｎ））　　（１−２Ｒ”（１）　／　（
１＋Ｒ（２））　）　　（５）で与えられる。

以上説明した廃棄パケット再生法では、符号器・復号器
はどのようなものを想定してもよいが、ＰＣＭ符号化方
式と、適応アルゴリズムに基づく符号化方式とでは発生
する問題点に相違があるので、従来方式の欠点について
は符号化方式別に説明することとする。

■ＰＣＭ符号化方式を用いた場合 方法（ａ）の零値置換による廃棄パケット再生方法は、
パケット廃棄時の再生出力が無音となって音声の一部が
伝わらないことと、バケント廃棄前後の出力波形との不
連続性（クリック性雑音）とにより再生音声の品質が非
常に劣っている。

方法（ｂ）の波形置換による廃棄パケット再生方法は、
前記の零値置換による廃棄パケット再生より品質的にす
ぐれているが、廃棄パケット長が長い場合や、音声の性
質の遷移区間（有声音から無声音、またはその逆の遷移
）が廃棄パケント内に含まれる場合には波形置換は失敗
し、品質劣化が大きい。

方法（Ｃ）の波形補間による廃棄パケット再生方法は、
再生品質が音声信号の自己相関関数の値に依存する。す
なわち自己相関関数の値が大きい区間では補間誤差は小
さいが、自己相関関数の値の小さい区間では補間誤差が
増大する。

■適応アルゴリズムに基づく符号化方式を用いた場合 適応アルゴリズムに基づく符号化方式（例えば、ＡＰＣ
Ｍ、　ＤＰＣＭ、　ＡＤＰＣＭ等の符号化方式）では、
ＰＣＭ符号化方式で述べた欠点のほかに、以下で詳細に
述べるような符号器復号器間の非同期的動作による大き
な劣化が起こる。

廃棄パケット再生方法の（ａ）零値置換と（ｂ）波形装
置は、ある区間長の符号化信号が連続して欠落する。符
号器では廃棄パケットが起きた区間でも内部パラメータ
の更新が行われているので、復号器でパケット廃棄後の
符号化信号に基づいて内部パラメータを更新しても、符
号器・復号器の内部状態は一致していない。適応アルゴ
リズムでは通常、伝送路符号誤りで起こるこのような非
同期動作を速やかに収束させるため、各パラメータの更
新Ｇこ対してリーク機能を持たせている。従って、パケ
ット廃棄に伴う符号器・復号器間の非同期動作も収束は
するが、非同期動作の最初での不一致量が大きいので、
再生信号の品質は太き（劣化する。

次に再生方法（Ｃ）の、波形補間による廃棄バケント再
生法の適応アルゴリズムに基づく符号化方式への適用可
能性を述べる。符号化方式としては最も簡易な適応符号
化であるＡＰＣＭと叶ＣＭを例として取り上げて説明す
る。

第５図にワンワードメモリ（ｏｎｅ　ｗｏｒｄ　ｍｅｍ
ｏｒｙ）によってステップ幅の更新を行う八ＰＣＨの符
号器・復号器を示す（ワンワードメモリによる量子化ス
テップ幅更新法は、時点ｎでのステップ幅をΔ（ｎ）、
符号化信号をＩ（ｎ）とするとき、Ｉ（ｎ）によって定
まる定数Ｍ（１（ｎ））を用いて次の時点ｎ＋１でのス
テップ幅がΔ（ｎ＋１）　＝　Ｍ（１（ｎ））Δ（ｎ）
の関係式で求める方法であり、ステップ幅の適応化には
広く用いられている。詳細は、Ｎ、Ｓ、Ｊａｙａｎｔ　
：“Δｄａｐｔｉｖｅ　Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ　ｗ
ｉｔｈ　Ｏｎｅ　Ｗｏｒｄ　Ｍｅｍｏｒｙｌｌ＋Ｂ、Ｓ
、Ｔ、Ｊ、　ｖｏｌ、５２．　Ｎｏ、７．　ｐｐ、１１
１９−１１４４．１９７３．）。

ＡＰＣＭ符号器の出力符号を偶・奇パケットに分解し、
偶パケット（Ｉ（ｎ＋１）、　Ｉ（ｎ＋３）、−・−）
が廃棄された場合の復号器での再生信号ｄ　（ｎ）と、
ステップ幅Δ（ｎ）の演算処理を書き下すと、 奇：　　ｄ（ｎ）＝Δ（ｎ）Ｉ（ｎ） Δ（ｎ＋１）　＝Ｍ（Ｉ　（ｎ））Δ（ｎ）（下線部は
パケット廃棄により欠落する変数を示す） となり、決定できない変数の数が次第に増えてゆき補間
処理では出力信号の再生が不可能となる。

ここで、ステップ幅の更新を、符号信号を１／２に間引
いて行う（２回に１回更新する）とすると、奇：　　ｄ
（ｎ）−Δ（ｎ）Ｉ（ｎ） Δ（ｎ＋１）　＝Ｍ（Ｉ（ｎ））Δ（ｎ）Δ（ｎ＋２）
＝Δ（ｎ＋１） 奇：　　ｄ（ｎ＋２）＝Δ（ｎ＋２）　Ｉ　（ｎ＋２）
Δ（ｎ＋３）−門（１（ｎ＋２））Δ（ｎ＋２）Δ（ｎ
＋４）＝　Δ（ｎ＋３） （下線部はパケット廃棄により欠落する変数を示す） となる。従って、ＡＰＣＭの場合には、補間を行うこと
によって再生信号ｄ　（ｎ）を求めることは可能である
。

次に第６図に固定ステンプ幅量子化によるＤＰＣＭの符
号器・復号器を示す。ＤＰＣＭ符号器の出力符号を、偶
・奇パケットに分解し、偶パケットが廃棄された場合の
復号器での演算処理を書き下すと、奇：　　ｒ（ｎ）＝
ｄ（ｎ）＋Σａ４ｒ（ｎ−ｉ）奇：　　ｒ　（ｎ＋２）
　＝　ｄ　（ｎ＋２）十ΣａＨｒ（ｎ＋２−４）（下線
部はパケット廃棄により欠落する変数を示す） となり、再生信号ｒ　（ｎ）の補間は不可能である。た
だし、残差信号ｄ　（ｎ）の補間は以下に示すように可
能である。

奇：　　ｄ（ｎ）＝ΔＴ（ｎ） 奇：　　ｄ（ｎ＋２）＝ΔＩ（ｎ＋２）偶：　　ｄ（ｎ
＋３）＝Δ（ｎ＋３） （下線部はパケット廃棄により欠落する変数を示す） ステップ幅をワンワードメモリによって更新する＾叶囲
でも、ＡＰＣＭ符号化で述べたステップ幅更新方法を用
いれば、残差信号の補間再生までは可能である。しかし
、補間再生法の構成の説明で述べたように、補間誤差は
補間対象となる信号の自己相関関数の値に依存する。残
差信号は、予測器１９によって入力音声信号の相関が除
去された信号であるので、自己相関関数の値は非常に小
さく、残差信号の補間は大きな補間誤差を発生する。予
測器１９が適応形であれば、この補間誤差が予測器１９
の非同期動作をさらに助長し、大きな品質劣化となる。

結局、適応アルゴリズムによる符号化方式を用いた場合
、最も簡単なＡＰＣＭ符号化方式以外では従来方式によ
って廃棄パケットの再生を小さい品質劣化で行うことは
不可能である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、適応アルゴリズムを用いた符号化方式に対し
ても、パケット廃棄に伴う品質劣化が少ない廃棄パケッ
ト再生法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、送信側に、人力音声サンプルを奇数番目のサ
ンプルと偶数番目のサンプルとに分ける回路と、奇数番
目のサンプルを符号化するための第１の符号器と、偶数
番目のサンプルを符号化するための第２の符号器と、奇
数番目と偶数番目のサンプルの符号化信号をそれぞれ独
立にパケット化する第１および第２のパケット組立器と
を備え、受信側に、受信パケットから奇数番目と偶数番
目の符号化信号をそれぞれ分離するとともに、その際パ
ケット廃棄が生じていたかを表わす制御信号を出力する
第１および第２のパケット分解器と、奇数番目の符号化
信号を復号化する第１の復号器と、偶数番目の符号化信
号を復号化する第２の復号器と、前記第１の復号器の出
力と第２の復号器の出力とを交互に並べて出力する合成
器と、信号系列の中間値を補間によって補った信号を出
力する波形補間回路と、前記制御信号に基づいてパケッ
ト廃棄が起きなかった場合には合成器の出力を選択し、
奇数（または偶数）サンプルのパケット廃棄が起きた場
合には偶数（または奇数）サンプルの復号値を波形補間
回路に入力して得られる出力を選択して、最終出力を得
る切換器とを備える。

従来の技術とは、奇数番目と偶数番目のサンプルを符号
化・復号化する符号器・復号器を独立して備える点が異
なる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

送信側では標本化された入力音声信号は、分配器１によ
って奇数番目の時刻のサンプルと偶数番目の時刻のサン
プルとに分配される。次に奇数番目と偶数番目のサンプ
ルは、各々独立に符号器２゜３によって符号化され、伝
送符号に変換される。

さらにこの伝送符号は各々別々に一定のサンプル数（こ
の長さをフレームと称する）だけまとめてパケット組立
器４．５によりパケット化され、パケットｍ６に送られ
る。パケット網６では送信側でのフリーズアウト（締め
出し）、網内でのヘッダ一部消失、許容限度を越える伝
送遅延等によってパケット廃棄が起こる場合がある。廃
棄されるパケットは偶・奇いずれでもよいが、ここで示
す実施例は奇数番目サンプルのパケットの廃棄が起こる
場合を説明する。

従って、受信側でパケット網から受は取る１フレ一ム分
の信号に相当するパケットは、偶・奇パケットの組合せ
かまたは奇パケットが廃棄されて欠除したパケットのい
ずれかである。

受信側では最初に、パケット網６から受信されたパケッ
トを奇数番目パケットと、偶数番目パケットとを、各々
別々に奇数番目サンプルのパケット分解器７と偶数番目
サンプルのパケット分解器８とにより、パケット分解し
、得られた符号化信号をぞれぞれ奇数番目サンプルの復
号器９と偶数番目サンプルの復号器１０に入力する。こ
の際、奇パケットの分解でパケット廃棄の有無を表わす
制御信号も同時に出力される。最終的な出力を得るには
、パケット廃棄が起きた場合と起きない場合とで異なる
。パケット廃棄が起きない場合には、合成器１１におい
て奇数番目のサンプルの復号値と偶数番目のサンプルの
復号値とを交互に並べて、パケット廃棄の有無を示す制
御信号に基づいて出力を切り換える切換器１３により、
出力する。パケット廃棄が起きた場合には当然奇数番目
のサンプルに対応した符号を知ることはできないので、
この間、奇数サンプルのための復号器の動作は停止する
。従って、最終出力は偶数番目のサンプルの復号値と、
式（１）に基づいて偶数番目のサンプルの復号値を波形
補間回路１２で補間して得られる奇数番目の補間サンプ
ルとを、交互に並べて切換器１３により出力することに
よって得られる。

第２図は、奇数番目のパケット廃棄が生じた場合の復号
器の動作と最終出力のタイムチャートを表わしている。

フレームＡは奇数・偶数両パケットが共に廃棄されずに
受信されており、最終出力は雨後号器の出力を合成器に
よって交互に並び換えて得られる。次のフレームＢは奇
数サンプルのパケットが廃棄されており、このときは偶
数サンプルの復号器出力を波形補間回路によって補間し
て得られる。次のフレームＣは再び偶数・奇数両パケッ
トが廃棄されずに受信されるが、このときき奇数サンプ
ルの復号器はフレームＢの符号欠落のため符号器・復号
器間の非同期動作が生じており、特にフレームＣの最初
では大きな歪を生ずる。

ところが適応符号化アルゴリズムには伝送路符号誤りの
ための対策としてパラメータ適応化にリーク機能が付与
されているので、ここで起こる不一致動作は漸次収束す
る。そこで、フレームＣでもフレームＢと同様にして偶
数サンプルがらの補間によって最終出力を得て、奇数サ
ンプルの符号器・復号器非同期動作の収束を持つ。次の
フレームＤでも偶・奇両パケットが廃棄されずに受信さ
れ、しかも奇数サンプルの符号器・復号器間の非同期動
作による歪も収束しているので、このフレームから再び
フレームＡと同様に偶数・奇数サンプルの復号値を合成
器によって交互に並び換えて最終出力を得る。

通常、音声信号のサンプル間相関は高いので、波形補間
による廃棄パケットの保証を行えば品質劣化が少なく再
生できる。しかも以上述べたように奇数サンプルと偶数
サンプルを符号化する符号器を各々独立に用意したので
、パケット廃棄による符号欠落に伴う符号器・復号器間
の非同期動作で生ずる大きな歪が出力されることなく１
、高品質な再生出力が得られる。

パケット網内で偶数サンプルのパケットが廃棄される場
合であっても、以上の説明において奇数と偶数を読み換
えることによって、全く同様に廃棄パケットの再生が可
能である。

通常のパケンＨＭにおけるパケット廃棄率は数％と考え
られるので、奇数番目サンプルのパケットと偶数番目サ
ンプルのパケットが連続して廃棄されることは非常にま
れである。また、連続する二つのパケットを廃棄する必
要が生じた場合に、同一フレーム内の奇数と偶数パケッ
トを廃棄することはせず、隣接フレームの奇数・偶数パ
ケットの組合せで廃棄を行うようにパケット網内で制御
すれば、このような制御を行わない方式に比べて、本発
明による廃棄パケット再生品質をさらに向上させること
ができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は符号器・復号器を奇数サ
ンプルと偶数サンプルとで別々に用意し、奇数または偶
数サンプルのパケットが廃棄された場合でも、他方のパ
ケットの復号値を補間した値で置き換えるように構成し
たので、パケット廃棄による音声区間の欠落や、符号欠
落による符号器・復号器の非同期動作による大きな歪が
出力されることを避けることが可能となり、パケット廃
棄時の再生品質が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、 第２図は本発明におけるパケット廃棄が生じた場合の復
号器の動作と最終出力のタイムチャートを示す図、 第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は従来の廃棄パケッ
ト再生の基本構成図、 第４図（ａ）、　（ｂ）は波形補間によって廃棄パケッ
トの再生を行う方法における１ブロック符号の奇パケッ
トと偶パケットへの分解と偶パケットが廃棄された場合
の波形再生方法の説明図、 第５図はＡＰＣＭの構成図、 第６図はＤＰＣＭの構成図である。 １・・・入力信号を奇数番目と偶数番目のサンプルに分
離する分配器 ２．２−３・・・奇数番目サンプルの符号器３・・・偶
数番目サンプルの符号器 ４．４−５・・・奇数番目サンプルの符号化信号のパケ
ット組立器 ５・・・偶数番目サンプルの符号化信号のパケット組立
器 ６・・・パケット網 ７．７−８・・・奇数番目サンプルのパケット分解器８
・・・偶数番目サンプルのパケット分解器９．９−１０
・・・奇数番目サンプルの復号器１０・・・偶数番目サ
ンプルの復号器 １１・・・奇数番目サンプルの復号値と偶数番目サンプ
ルの復号値とを交互に並べ換える合成器、１２・・・偶
数番目サンプルの復号値の補間を行って奇数番目サンプ
ルの出力値を補う波形補間回路１３・・・パケット廃棄
の有無を示す制御信号に基づいて出力を切り換える切換
器 １４・・・信号蓄積器 １５・・・パターン整合器 １６・・・量子化器 １７・・・ステップ幅適応器 １８・・・逆量子化器 １９・・・予測器 特許出願人　　日本電信電話株式会社 第４図 （ａ） イブロックの符号（２Ｎサノフ６ル） 奇へ寸ット（Ｎサンブルン　　　　　　　　　　　　　
　　イ島へ’）ｆ、、Ｌ（Ｎサン７＃ル）（ｂｔ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、送信側に、入力音声サンプルを奇数番目のサンプル
   と偶数番目のサンプルとに分ける分配器と、奇数番目の
   サンプルを符号化するための第１の符号器と、偶数番目
   のサンプルを符号化するための第２の符号器と、奇数番
   目と偶数番目のサンプルの符号化信号をそれぞれ独立に
   パケット化する第１および第２のパケット組立器とを備
   え、受信側に、受信パケットから奇数番目と偶数番目の
   符号化信号をぞれぞれ分離するとともにその際パケット
   廃棄が生じていたかを表わす制御信号を出力する第１お
   よび第２のパケット分解器と、奇数番目の符号化信号を
   復号化する第１の復号器と、偶数番目の符号化信号を復
   号化する第２の復号器と、第１の復号器の出力と第２の
   復号器の出力とを交互に並べて出力する合成器と、信号
   系列の中間値を補間により補った信号を出力する波形補
   間回路と、合成器の出力と波形補間回路の出力とを選択
   して出力する切換器とを備えたパケット符号化方式であ
   って、前記制御信号に基づいてパケット廃棄が起きなか
   った場合には合成器の出力を選択し、奇数（または偶数
   ）サンプルのパケット廃棄が起きた場合には偶数（また
   は奇数）サンプルの復号値を波形補間回路に入力して得
   られる出力を選択して、切換器により最終出力を得るこ
   とを特徴とするパケット符号化方式。