JP2011045013A - 音声信号処理装置、fm受信装置、及び音声データの処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】音声信号が異常になることを検出したときに、急激に音声レベルが変化することなくスムーズに補間処理を行うことが可能な音声信号処理装置及びFM信号受信装置を提供する。
【解決手段】音声信号を復調する復調部と、音声信号が異常になることを検出する異常検出部と、復調部が復調する音声信号を入力し異常検出部が少なくとも異常を検出している期間、異常を検出する前の音声信号を保持する保持部と、復調部が新たに復調する音声信号と保持部が保持する音声信号とを入力し異常から回復した後に保持部が保持する音声信号から復調部が復調する音声信号に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】音声信号を復調する復調部と、音声信号が異常になることを検出する異常検出部と、復調部が復調する音声信号を入力し異常検出部が少なくとも異常を検出している期間、異常を検出する前の音声信号を保持する保持部と、復調部が新たに復調する音声信号と保持部が保持する音声信号とを入力し異常から回復した後に保持部が保持する音声信号から復調部が復調する音声信号に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、音声信号処理装置、FM受信装置、及びその音声データの処理方法に関する。特に、TV放送の音声受信に関し、受信データに異常が生じた場合の補間処理に関する。
従来、自動車などの移動体に搭載されるFM受信機などでは、オーディオ信号受信の際に、周囲にある山やビルなどの障害物からの電磁波の反射に起因するマルチパス障害が発生し、音声復調信号が異常になることが知られている。
特許文献1には、マルチパス障害に対して異常時の欠落信号を補間する従来のFM受信装置が記載されている。図9は、特許文献1に記載の従来のFM受信装置の(a)ブロック図と、(b)補間信号による補間の説明図である。
図9(a)において、正常に受信できているときは、中間周波数信号1はディスクリミネータ(FM復調器)2によりFM復調され、ステレオ復調されたLPF6、7からの音声信号が電子スイッチャー47、48を介して左耳信号10、右耳信号11となって出力される。また、中間周波数信号1は、エンベロープ検波器41により振幅が検波され、振幅比較回路42により基準値43と比較され、振幅検波信号が基準値43より小さいときは、制御パルス発生器44により制御パルスを出力して電子スイッチチャー45、46、47、48をa側からb側に切り替え、補間を行う。補間は、遅延素子49、50により、切り替えを行う前の復調信号を所定の周期で繰り返し出力することにより行う。
図9(b)に示すように、t1からt2まで補間を行うときは、t1直前のt0〜t1の期間Tでの音声信号(A)をt1からt2まで繰り返して出力(B)することにより補間を行う。
また、特許文献2には、マルチパスノイズによるノイズが検出された場合に、現サンプリング時の入力信号を減衰させて出力信号を生成するFM信号の処理装置が記載されている。
以下の分析は本発明により与えられる。復調した音声信号の異常は、FM信号が過変調されている場合にも、生じる。FM信号が周波数帯域を越えて変調されていると、受信機の帯域フィルタの範囲外となり、音声情報が抜き出すことができなくなる。
また、特許文献1のようにノイズ期間を補間する場合、特に補間信号から正常信号に戻すときに補間信号と正常信号とのレベルの差が現れてしまい、聴感上耳障りな音を発生させてしまう場合がある。
本発明の1つの側面による音声信号処理装置は、音声信号を復調する復調部と、前記音声信号が異常になることを検出する異常検出部と、前記復調部が復調する音声信号を入力し、前記異常検出部が、少なくとも異常を検出している期間、異常を検出する前の音声信号を保持する保持部と、前記復調部が新たに復調する音声信号と、前記保持部が保持する音声信号と、を入力し、前記異常から回復した後に、前記保持部が保持する音声信号から前記復調部が復調する音声信号に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部と、を備える。
また、本発明の他の側面によるFM信号受信装置は、FM信号を受信し中間周波数信号を出力するチューナと、前記中間周波数信号をディジタル中間周波数信号に変換するAD変換器と、前記ディジタル中間周波数信号からディジタル音声信号を検波するFM検波器と、前記ディジタル中間周波数信号の異常を検出する中間周波数異常検出部と、前記中間周波数異常検出部が、異常を検出している間、検出する前の前記ディジタル音声信号を保持する保持部と、前記異常から回復した後に、前記保持部が保持するディジタル音声信号から前記FM検波器が新たに検波するディジタル音声信号に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部と、前記ディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するDA変換器と、を備える。
本発明のさらに他の側面による音声信号処理装置における音声データの処理方法は、音声データ信号に異常がないときは、前記音声データ信号を復調して出力し、前記音声データ信号に異常があるときは、異常になる前に復調した信号を出力し、前記音声データ信号の異常が回復したときは、前記異常になる前に復調した信号と、異常が回復してから復調した信号を、それぞれ重み付けして加算し、重み付けの比率を前記異常になる前に復調した信号から異常が回復してから復調した信号に徐々に移行することによって、異常になる前に復調した信号から異常が回復してから復調した信号にスムーズに移行させる。
本発明によれば、音声信号が異常になる場合、異常になる前の音声信号を継続して出力し、異常から回復した後に比重平均を取って異常になる前の音声信号から異常から回復した後の音声信号に徐々に切り替えるので、たとえ、音声信号が異常になった場合でも、聴感上の違和感を緩和することができる。
本発明の実施形態について、最初に全体の概要を説明する。なお、概要の説明において引用する図面及び図面の符号は実施形態の一例として示すものであり、それにより本発明による実施形態のバリエーションを制限するものではない。
本発明による一実施形態の音声信号処理装置は、一例として図1に示すように、音声信号134を復調する復調部101と、音声信号134が異常になることを検出する異常検出部102と、復調部101が復調する音声信号134を入力し、異常検出部102が、少なくとも異常を検出している期間、異常を検出する前の音声信号を保持する保持部103と、復調部101が新たに復調する音声信号134と、保持部103が保持する音声信号137と、を入力し、異常から回復した後に、保持部103が保持する音声信号137から復調部101が復調する音声信号134に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部107と、を備える。異常を検出したときに、復調部101が復調する音声信号から、復調部101が復調した音声信号を保持する保持部103に音声を切り替える。また異常から回復したときは、比重平均処理部107により保持部103が保持する音声信号から復調部101が新たに復調する音声信号に徐々に切り換えるので、音声信号に異常が生じたときに感じる違和感を緩和できる。
また、復調部101が、FM変調された音声中間周波数信号133から音声信号134を検波して復調し、異常検出部102が、音声中間周波数信号133を入力して音声信号134が異常になることを検出するものであってもよい。さらに、復調部101が音声中間周波数信号133から音声信号の復調に要する処理時間より、異常検出部102が音声中間周波数信号133を入力してから音声信号134が異常になることの検出に要する処理時間が短く、保持部103は、異常検出部102が異常を検出してから復調部101が異常な音声信号の出力を開始する直前の音声信号を保持する。
また、比重平均処理部107は、保持部103が保持する音声信号137と復調部101が復調する音声信号134とをそれぞれ重み付けし、かつ、重み付けの比重を保持部103が保持する音声信号137から復調部101が復調する音声信号134に徐々に移して平均を取り、平均を取った音声信号138を出力する。
さらに、復調部101が新たに復調する音声信号134と、保持部103が保持する音声信号137と、比重平均処理部107が出力する音声信号138と、の三つの音声信号(134、137、138)から一つを選択して出力する選択部106をさらに有する。選択部106は、異常検出部102が異常を検出していないときは、復調部101が新たに復調する音声信号134を選択して出力する。また、異常検出部102が異常を検出している間は、保持部103が保持する音声信号を選択して出力し、異常検出部102が異常からの回復を検出した後、一定の期間、比重平均処理部107が出力する音声信号を選択して出力する。
また、保持部103は、異常検出部102が異常を検出していないときは、復調部101が新たに復調する音声信号134によって保持するデータを更新し、比重平均処理部107が、保持部103が保持する音声信号137から復調部101が復調する音声信号134に徐々に切り換えて出力する処理を行っているときは、比重処理平均処理部107が出力する音声信号138によって保持するデータを更新する。さらに保持部103は、復調部101が出力する音声信号134と選択部106が出力する音声信号135とを選択する前置選択部104と、前置選択部104が選択した音声信号によってデータが更新されるフリップフロップ回路105と、を含む。前置選択部104は、異常検出部102が異常を検出していないときに復調部101が出力する音声信号134を選択する。また、前置選択部104は、異常検出部102が異常を検出しているとき及び比重平均処理部107が保持部103の音声信号137から復調部101の音声信号134に徐々に切り換えを行っているときに選択部106が出力する音声信号を選択する。
また、異常検出部102は、音声中間周波数信号133を入力し、音声中間周波数信号133の振幅が異常に小さいときに異常を検出する。異常検出部102は、音声中間周波133の振幅があらかじめ定めたしきい値をあらかじめ定めた回数連続して下回ったときに異常を検出する。音声信号処理装置は、1つの半導体基板の上に集積されて形成されている。すなわち、上記の構成要件は、すべて半導体集積回路として1チップ化することができる。
また、一例として図1に示すように、本発明の一実施形態のFM信号受信装置100は、FM信号131を受信し中間周波数信号132を出力するチューナ112と、中間周波数信号132をディジタル中間周波数信号133に変換するA/D変換器113と、ディジタル中間周波数信号133からディジタル音声信号134を検波するFM検波器101と、ディジタル中間周波数信号133の異常を検出する中間周波数異常検出部102と、中間周波数異常検出部102が、異常を検出している間、検出する前のディジタル音声信号134を保持する保持部103と、異常から回復した後に、保持部103が保持するディジタル音声信号137からFM検波器101が新たに検波するディジタル音声信号134に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部107と、ディジタル音声信号135をアナログ音声信号136に変換するD/A変換器114と、を備える。
また、上記A/D変換器113、FM検波器101、中間周波数異常検出部102と、保持部103と、比重平均処理部107と、D/A変換器114と、が1つの半導体基板の上に集積されて形成されている。すなわち、上記の構成は、一つの半導体集積回路120に含まれていてもよい。
さらに、処理の一例を図8に示すように本発明の一実施形態の音声信号処理装置における音声データの処理方法は、音声データ信号(ステップS1でA/D変換したデータ信号)に異常がないとき(ステップS3でNoの場合)は、音声データ信号を復調して出力し(ステップS4〜S6)、音声データ信号に異常があるとき(ステップS3Yesの場合)は、異常になる前に復調した信号を出力し(ステップS7〜S10)、音声データ信号の異常が回復したとき(ステップS11でYes)は、異常になる前に復調した信号(異常になる前にステップS5によりF/F105に格納されたデータ)と、異常が回復してから復調した信号(ステップS15によって復調したデータ)を、それぞれ重み付けして加算し(ステップS16)、重み付けの比率を前記異常になる前に復調した信号から異常が回復してから復調した信号に徐々に移行することによって、異常になる前に復調した信号から異常が回復してから復調した信号にスムーズに移行させる。なお、図8に示す実施例では、F/F105に格納されたデータは、ステップS17により比重平均計算(ステップS16)結果により更新されているが、更新されている最中におけるF/F105に格納されたデータは、異常になる前に復調した信号と、異常が回復してから復調した信号を、それぞれ重み付けして加算したデータである。従って、ステップS16による比重平均計算は、異常になる前に復調した信号と、異常が回復してから復調した信号を、単純に、重み付けして加算している訳ではないが、結果として、異常になる前に復調した信号と、異常が回復してから復調した信号を、重み付けして加算することになる。
次に、より具体的な実施例について説明をする前に、すでに本発明の課題として説明したFM信号の過変調についてもう少し詳しく説明しておく。図2(a)は、TV信号受信装置において映像信号と音声信号の周波数スペクトル分布を説明する図面である。よく知られているように、TV放送信号は、決められた周波数帯域(チャンネル)に映像信号と音声信号を混合し、搬送波に乗せ、送信される。TVチューナは放送信号を受信し、所望の周波数帯域(チャンネル)から映像信号と音声信号をそれぞれ抜き出す。図2(a)に示すように、音声信号は自チャンネルの映像信号の周波数帯域と隣接する次チャンネルの映像信号の周波数帯域の中間に周波数帯域が存在する。すなわち、図2(a)において、201が自チャンネルの映像信号、202が自チャンネルの音声信号、203が次チャンネルの映像信号、204が次チャンネルの音声信号である。自チャンネルの音声信号202は自チャンネルの映像信号201と次チャンネルの映像信号203の中間の周波数帯域に位置している。したがって、自チャンネルの音声信号を隣接する周波数の他の信号と区別して抜き出すため、バンドパスフィルタBPFが用いられる。バンドパスフィルタBPFで抜き出させる周波数帯域は、音声信号のFM変調幅より広く、かつ、隣接する周波数帯域の信号を遮断できるように狭く設定されている。そのようなバンドパスフィルタ特性を持っていれば、選択されたチャンネルの音声信号のみを抜き出すことができる。また、FM変調では、音量の大きさは、振幅ではなく、FM変調幅によって制御することが知られている。音量が大きいときは、FM変調幅が広がり、音量が小さいときはFM変調幅も小さくなる。
ここで、国土は広いがアンテナ設置が困難で設置数が少ない国では、ノイズの影響を少なくして放送電波を飛ばすために、FM変調を過度にかけて搬送波に乗せることがある。しかし過度に変調された音声の場合、TVチューナは異常な音声信号を出力してしまうことがある。それは、TVチューナが音声信号の抜き出しに失敗することがあるからと推測される。
図2(b)と図2(c)は、バンドパスフィルタの帯域と音声信号のFM変調幅について説明する図面である。図2(b)は、FM変調幅がバンドパスフィルタの帯域内に収まっている場合であり、図2(c)は、FM変調幅がバンドパスフィルタの帯域を越えてしまっている場合である。
例えば5.5MHzの周波数を27kHzでFM変調した場合、スペクトルとしては5.5MHz±27kHzの周波数帯域に位置するようになり、スペクトルは鋭くならず、横に広がりを持つようになる。通常BPFで抜き出す場合、図2(b)のように、横に広がったスペクトル全体をBPFで抜き出すようになる。しかしながら、FM変調が過度にかかっていると、そのスペクトルの広がりが大きくなりすぎてしまい、BPFの帯域を超えてしまう。すると、図2(c)に示すように、バンドパスフィルタBPF帯域を越えてFM変調された周波数帯域251が存在し、この範囲の音声信号を抜き出すことができない。
図2(b)のようにバンドパスフィルタBPFの帯域内に収まってFM変調された場合には、図3(a)のようにFM変調された音声信号を正常に抜き出すことができる。一方、図2(c)のように過変調され、バンドパスフィルタBPFの帯域を越えてFM変調させた場合には、図3(b)に示すように、過変調され、抜き出しに失敗している箇所は振幅が異常に小さくなり、音声信号がほとんど消えノイズとなっている。TVチューナが過変調の音声信号に対応できなかった場合に異常信号が出力されてしまい、FM検波器には異常信号が入力される。
図4にこのようなチューナにより過変調された音声信号の抜き出しに失敗した信号をFM検波器でFM復調した場合の波形を示す。図4(a)は、過変調により抜き出しに失敗した中間周波数信号の波形である。図4(a)でT1からT2の区間、過変調により振幅が異常に小さくなっている。このような中間周波数信号をFM検波器でFM復調すると、図4(b)のような音声信号が得られる。FM検波器(復調部)で復調処理に要する処理時間が係るので、図4(a)において、区間T1からT2の異常な中間周波数信号は、図4(b)では、区間T3からT4で音声信号のノイズとして出力される。図4(c)は、図4(b)の時間軸を圧縮して波形図である。
FM変調の音声信号の場合、変調が大きくなればなるほど、音量(復調した後の振幅)は大きくなる。従って、過変調の場合は、音量が最大になった箇所でノイズが入ることになり、余計にノイズが目立つことになる。そこで、図4(d)のように、音声信号が異常になることを検出して異常な区間は、異常になる直前の音声を維持することによって補間し、音声信号が正常に戻ったところで、補間した音声信号から復調部が復調した音声信号に切り換えることが考えられる。図4(d)では、復調部が異常な音声信号を出力することになるT3からT4の区間で異常になる直前の音声信号を維持して補間し、復調部が正常な音声信号を復調できるようになってタイミングT4以降復調部が復調した音声信号を出力している。このような処理をしてもタイミングT4で補間した音声信号から新たに復調した音声信号の切り換える際に急減に信号のレベルが変化しており、聴感上耳障りな音(ノイズ)を発生させてしまう。
次に、上記のような問題点を解決する本発明の実施例について具体的に説明する。
図5は、本発明の一実施例において、(a)異常な中間周波数信号の波形図と、(b)復調部の出力信号波形図と、(c)時間軸の範囲を拡大した復調部の出力信号波形図と、(d)選択部の出力信号波形図である。図5(a)〜(c)は、図4(a)〜(c)にサンプリングポイントを追加したものに等しい。また、図5(d)では、タイミングT4で正常な音声信号を出力できるようになっても、図4(d)のように異常な区間に補間した音声信号から新たに復調した音声信号に一気に切り換えるのではなく、区間T4からT5までの時間をかけて徐々に補間した音声信号から新たに復調部が復調した音声信号に切り換えて出力している。具体的には、補間した音声信号と、新たに復調が復調した音声信号にそれぞれ重み付けを与え、タイミングT4からタイミングT5まで時間をかけて、重み付けの比重をタイミングT4まで補間した音声信号から新たにT4以降に復調した音声信号に移し、この両者の比重平均を取った音声信号をタイミングT4からタイミングT5までの区間で出力している。
図6は、このタイミングT4からタイミングT5をさらに拡大した本発明の実施例による比重平均処理のイメージを説明する図面である。図6において、601は音声信号が異常である区間に出力される補間音声信号のレベル、603は音声信号が異常な状態から正常な状態に回復した後に復調した音声信号のレベル、602は601と603の両者の比重平均を取った音声信号のレベルである。比重平均信号602のレベルと復調信号603のレベルとのレベル差をX、補間信号601のレベルと比重平均信号602のレベルとのレベル差をYとすると、タイミングT4では、比重平均信号602における補間信号601と復調信号603との比重は、「補間信号601」対「復調信号603」の比重は「1」対「0」である。従って、比重平均信号602は、補間信号601のレベルに等しく、復調信号603と比重平均信号602とのレベル差X=1とすると、補間信号601と比重平均信号602とのレベル差Y=0である。
その後、T4からT5に向けて補間信号601の比重を減らし、復調信号603の比重を増やしていく。すると、両者の比重平均信号602は、補間信号601より徐々に復調信号603に近づいていく。
そして、タイミングT5では、比重平均信号602における「補間信号601」対「復調信号603」の比重は「0」対「1」となる。従って、比重平均信号602のレベルは、復調信号603のレベルと等しくなり、復調信号603と比重平均信号602とのレベル差X=0、補間信号601と比重平均信号602とのレベル差Y=1となる。上記処理によって、補間信号601から復調信号603へ緩やかに移行しているので、図4(d)に示したような聴感上耳障りな音(ノイズ)の発生を防ぐことができる。
次に、上記比重平均処理を実現するFM受信装置の具体的な構成の実施例について説明する。図1は、本発明の実施例1によるFM受信装置全体のブロック図である。図1はTV放送の特に音声信号を受信するFM受信装置である。TV放送は決められた周波数帯域(チャンネル)に映像信号と音声信号を混合し、搬送波に乗せ、放送信号として送信される。放送信号131はアンテナ111で受信され、TVチューナ112に入力される。TVチューナ112は所望の周波数帯域(チャンネル)から映像信号と音声信号をそれぞれ抜き出す。音声信号は自チャンネルと次チャンネルの中間に周波数帯域が存在するため、チューナ112に含まれるバンドパスフィルタBPFで抜き出される。その抜き出された音声中間周波数信号(SIF)132はTVチューナ1112から出力され、アナログ/ディジタル変換器(A/D変換器)113に入力される。
A/D変換されたディジタル音声中間周波数信号(SIF)133は復調部(FM検波器)101と異常検出部(SIF異常検出回路)102に入力される。復調部101は、音声中間周波数信号133から音声信号134をFM検波・復調する。異常検出部102は、音声中間周波数信号133の異常を検出し、異常を検出した場合に補間処理を制御する。保持部103、比重平均処理部107、選択部106は、音声中間周波数信号133に異常がある場合、復調部101の復調した音声信号をそのまま出力せずに補間処理及び補間処理からの回復処理を行う。保持部103は、復調部101の復調した音声信号または、前回補間処理により出力した音声信号を保持する。比重平均処理部107は、音声中間周波数信号133が異常な状態から正常な状態に回復したときに、補間信号から復調部が回復後に新たに復調した信号に徐々に切り換える比重平均処理を行う。選択部106は、復調部101が復調した音声信号134、保持部103が保持する音声信号137、比重平均処理部107が音声信号134と137の比重平均を取った音声信号138の三つの音声信号134、137、138の中から一つの音声信号135を選択して出力する。
D/A変換器114は、ディジタル音声信号135をアナログ音声信号136に変換する。スピーカ115は電気信号であるアナログ音声信号136を音声に変換する。保持部103はセレクタである前置選択部104とデータを保持するフリップフロップ回路105により構成され、前置選択部(セレクタ)104は、復調部101の出力する音声信号134と選択部106が出力する音声信号135のいずれを選択してフリップフロップ回路105に送る。フリップフロップ回路105は、前置選択部104が出力するデータを一時的に保持する。
なお、図1に示すFM信号受信装置100の各構成要素のうち、アンテナ111、TVチューナ112、スピーカ115を除く、A/D変換器113からD/A変換器114までの構成は、一つの半導体基板の上に形成した1チップの半導体集積回路として容易に構成することができる。1チップ化することにより、より低消費電力でより高速なデータ処理を行うことができる。
次に、図1のFM信号受信装置100の動作について、図8の音声データの処理方法を説明するフロー図も用いて説明する。初期状態では、中間周波数信号133の振幅には異常はないものとする。このとき、図1において、前置選択部104、選択部106は、それぞれ復調部101が出力する音声信号134を選択している。図8のステップS1では、A/D変換器113は、アナログ音声中間周波数信号132を入力し、ディジタル音声中間周波数信号133に変換する。ステップS2では、異常検出部102は、ディジタル音声中間周波数信号133の振幅を測定する。中間周波数信号133の波形に異常のないので、ステップS3で異常検出部102は、中間周波数信号133の振幅に異常がないと判断する(Noと判定)。また、異常検出部102は、初期設定により、選択部制御信号139により、前置選択部104と選択部106をいずれも復調部の出力する音声信号134を選択するように設定している。ステップS4で復調部101はFM復調を行って音声信号134を出力し、ステップS5で保持部103はその音声信号134を取り込み、フリップフロップ回路(F/F)105に保持するデータを更新する。復調部101で復調したディジタル音声信号134は選択部106を介してD/A変換器114によりアナログ音声信号136に変換されスピーカ115から音声として出力される(ステップS6)。このステップS1からステップS6に至る処理は、図5の波形図においてタイミングT1で中間周波数信号133の振幅が異常になるまで繰り返す。
図5(a)のタイミングT1になり、中間周波数信号133の振幅が異常になると、図8のステップS3で異常検出部102が異常を検出することになる(Yesと判定)。ステップS3でYesと判定した場合には、異常検出部102はタイミングT3で復調部101が異常な音声信号を出力し始めるタイミングを見計らって、選択部制御信号139を出力する(ステップS7)。それぞれ選択部制御信号139に応答して、選択部(セレクタ)106が入力データを復調部101で復調したディジタル音声信号134からフリップフロップ回路105が保持するディジタル音声信号に切り換えると共に、前置選択部(セレクタ)104が入力データを復調部101で復調したディジタル音声信号134から選択部106が選択したディジタル音声信号135に切り換える(ステップS8)。この前置選択部104と選択部106が選択部制御制御信号に応答して切り換わるタイミングは、タイミングT3になる。
選択部106が入力データを復調部101が復調した音声信号134からフリップフロップ回路105の出力する音声信号137に切り換えると音声信号134に代えてフリップフロップ回路105の保持する音声信号137が選択部106から出力する(ステップS9)。音声信号137はさらにD/A変換器114によりアナログ音声信号136に変換されスピーカ115から音声として出力される(ステップS10)。ここで、振幅の異常が回復するまで、ステップS9に戻りフリップフロップ回路105に格納されている補間音声信号の出力を繰り返す(ステップS11でNoと判定)。
図5(a)において、タイミングT2となり、振幅の異常から回復した場合には、復調器101が正常な音声信号134の出力を開始するタイミングT4を見計らってステッブS11でYesと判断し、ステップS12へ進む。
ステップS12では、異常検出部102は、選択部制御信号139を出力する。選択部106はその選択部制御信号139を受けて入力信号を比重平均処理部107が出力するディジタル音声信号138に切り換える(ステップS13)。一方、A/D変換器113は、異常から回復した後のアナログ音声中間周波数信号132をディジタル音声中間周波数信号133に変換する(ステップS14)。復調部101はこれを受けてFM復調を行い復調したディジタル音声信号134を出力する(ステップS15)。比重平均処理部107は復調部101が出力する復調したディジタル音声信号134と保持部103が出力するディジタル音声信号137を入力し、両者の比重平均を計算により求める(ステップS16)。比重平均処理部107が出力するディジタル音声信号138は選択部106と前置選択部104を介して保持部103のフリップフロップ回路105に取り込まれ、フリップフロップ回路105が保持するデータが更新される(ステップS17)。また、比重平均処理部107が出力するディジタル音声信号138が選択部106により選択されD/A変換部114に入力され、さらにアナログ音声信号136に変換されてスピーカ115から音声として出力される(ステップS18)。
このステップS14からステップS18の処理は、図5の波形図において、タイミングT5となり平均化処理が完了するまで繰り返し行われる(ステップS19でNoの場合)。平均化処理では、比重平均処理部107は、平均を取る比重を保持部103(フリップフロップ回路105)が保持する音声信号137から復調部101が新たに復調した音声信号に移す。比重平均処理部107の平均化処理が完了した場合(ステップS19においてYesの場合)には、選択部(セレクタ)106と前置選択部(セレクタ)104を復調器101の復調した音声信号134に切り換え、初期状態に戻る(ステップS20)。以上の処理を繰り返して音声の再生処理を行う。
次に図1に示す異常検出部102の異常検出動作についてさらに詳しく説明する。異常検出部102は、ディジタル音声中間周波数信号133の振幅のピークツーピーク(Peak to Peak)を調査し、その値がある閾値を数回下回った時に異常と判定する。FM変調においては、音量によって中間周波数信号の振幅変位は起きないため常に一定の振幅になる。このことから、1周期毎に振幅がほぼ一定値を示しているなら、正常な中間周波数信号が入力されていると考えられる。図3(a)は振幅が一定で正常なFM変調の音声中間周波数信号SIF、それに対し図3(b)は振幅が急激に途切れてしまった異常時の音声中間周波数信号SIFを表している。
図3(b)の波形において、301の部分は充分な振幅を示しており、閾値303を超えているため、異常検出部(SIF異常検出回路)102では正常と判定される。しかしながら、振幅が異常に小さい302の部分では音声中間周波数信号SIFの振幅が途切れており、閾値303よりも小さな振幅になっている。そのため、例えば図3(b)中のポイントA,Bと閾値303を下回った振幅を2回検出すると異常と判定される。なお、異常検出部102が、振幅異常を検出するにあたって、この検出回数や閾値303のレベルは必要に応じて適宜任意に設定することができる。
次に、比重平均処理部107が行う比重平均処理についてさらに詳しく説明する。比重平均処理部107はFM復調された正常時の音声サンプリングデータ134とフリップフロップ回路105に格納されていたデータ137との比重平均を取る。比重平均の計算方法は以下に示す(式1)の通りである。
D=(Xa+Yb)/R, X+Y=R ・・・(式1)
ここで、Dは出力データ、XとY(正の数)は比率、aはフリップフロップ回路に格納されていたデータ、bはFM復調されたサンプリングデータ、Rはビット幅である。ここでは、ビット幅R=16としている。
上記(式1)により比重平均処理を行う例を以下の表1と図7に示す。表1において、a、b、X、Yはそれぞれ(式1)に代入する数値の値であり、(式1)の計算結果Dを出力として示す。図7にプロットしたデータのうち、「復調出力」はbの値であり、「比重平均出力」は計算結果Dの値である。また、図7において、X軸の時間の値は、Yの値に等しいとする。
比重平均処理の開始に当たって、フリップフロップ回路105に10という値が格納されており、異常時から正常時に切り替わった直後の正常なサンプリングデータを4と仮定した。aはフリップフロップ回路105に格納されているデータなので、異常な状態にあるときは、異常になる直前の値である10を維持し、常に10を出力する。bは復調データのため、図7の「復調出力」に示すようなカーブを描いて出力されると仮定すると、表1の“出力”の項目のように4,3,2・・・と出力される。選択部106が比重平均処理部107の出力データに切り替わった直後はa=10,b=4で、XとYの比率がX:Y=16:0で計算される。b側の比率は0のため、a側の値がそのまま出力Dとなり、D=10となる。フリップフロップ回路105にはその出力が格納される。次のサンプリング時には、a=10,b=3となり、比率はX:Y=15:1となる。今度はb側にも重みづけがされているので、(式1)の計算により、出力DはD=9.5625となる。フリップフロップ回路105には今の出力Dが格納され、つまり9.5625が格納されたことになる。次はフリップフロップ回路105に格納されたa=9.5625とサンプリングデータb=2との計算となり、(式1)により、出力DはD=8.617188となる。これらの処理を繰り返し、平均化を行うと図7の「比重平均出力」のような波形が出力される。
この波形は“FM復調サンプリングデータ”の波形(正常時の音声データ)に、滑らかに変化をして近づきながら出力していることがわかる。このような処理を含むことで、急激に音声レベルが変化することなく補間処理を行うことが可能なため、聴感上耳障りな音(ノイズ)を出力せずに済む。X:Y=16:0〜0:16までの処理を終えると、比重平均処理を終えたこととなる。
なお、図6では、比重平均処理を行っている間、保持するデータ601のレベルが変化しないとしたが、図1の回路では、保持部103に保持するデータは比重平均処理を行うことにより更新されているので、図7に示す比重平均を取った結果は図6と若干異なっている。しかし、どちらも比重平均処理を行うことにより、異常時に補間したデータから回復後に復調したデータに漸進的に、なめらかに、徐々に移行させていることにおいて変わりはない。なお、図1の回路において、タイミングを異常検出部102が新たに異常になることを検出したときのみにフリップフロップ回路105にデータを取り込む様にすれば、図6に示すとおりの補間を行うこともできる。
また、上記実施例において、比重平均処理部107に選択部106の機能を持たせ、選択部106を省略するとともに常に比重平均処理部107から復調部101で復調した音声信号134と、保持部103が保持する音声信号137と、両者の比重平均を取った音声信号と、のいずれかを出力するようにしてもよい。
なお、保持部では、音声ディジタル信号をたとえばフーリエ級数で近似した波形として保持し、比重平均部では、復調部で復調した音声信号の波形と保持部で保持する波形との比重平均を取って音声信号として出力することも可能である。
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
本発明は、TV放送の受信において、音声信号が過変調されている場合の復調に特に有効であるが、それに限られるものではない。FMモノラル放送に限られず、FMステレオ放送、FMデュアル放送にも適用できる。過度にFM変調されている音声信号の再生等に一般的に有効である。さらには、FM変調に限らず、音声信号の復調において、音声信号が異常になる場合に聴感上できるだけ違和感なく補間して再生する場合に用いることができる。
100:FM信号受信装置
101:復調部(FM検波器)
102:異常検出部
103:保持部
104:前置選択部(セレクタ)
105:フリップフロップ回路(F/F)
106:選択部(セレクタ)
107:比重平均処理部
111:アンテナ
112:TVチューナ
113:A/D変換器
114:D/A変換器
115:スピーカ
120:半導体集積回路
131:アンテナで受信した放送信号(FM信号)
132:アナログ音声中間周波数信号
133:ディジタル音声中間周波数信号
134:復調部で復調したディジタル音声信号
135:選択部が選択したディジタル音声信号
136:アナログ音声信号
137:保持部が保持するディジタル音声信号
138:比重平均処理部が比重平均を取ったディジタル音声信号
139:選択部制御信号
201、203:映像信号
202、204:音声信号
251:バンドパスフィルタBPF帯域を越えてFM変調された周波数帯域
301:正常な中間周波数信号の振幅(ピークツーピーク)
302:異常な中間周波数信号の振幅(ピークツーピーク)
303:中間周波数信号の判定レベル(閾値)
601:異常を検出する直前に復調部が復調した信号レベル(保持部が保持する信号レベル)
602:比重平均部の出力信号レベル
603:異常から回復直後に復調部が復調する信号レベル
T0:受信開始タイミング
T1:中間周波数信号が正常から異常になるタイミング
T2:中間周波数信号が異常から正常に戻るタイミング
T3:復調部が復調する音声信号が正常から異常になるタイミング
T4:復調部が復調する音声信号が異常から正常に戻るタイミング
T5:比重平均処理部が比重平均処理を完了するタイミング
101:復調部(FM検波器)
102:異常検出部
103:保持部
104:前置選択部(セレクタ)
105:フリップフロップ回路(F/F)
106:選択部(セレクタ)
107:比重平均処理部
111:アンテナ
112:TVチューナ
113:A/D変換器
114:D/A変換器
115:スピーカ
120:半導体集積回路
131:アンテナで受信した放送信号(FM信号)
132:アナログ音声中間周波数信号
133:ディジタル音声中間周波数信号
134:復調部で復調したディジタル音声信号
135:選択部が選択したディジタル音声信号
136:アナログ音声信号
137:保持部が保持するディジタル音声信号
138:比重平均処理部が比重平均を取ったディジタル音声信号
139:選択部制御信号
201、203:映像信号
202、204:音声信号
251:バンドパスフィルタBPF帯域を越えてFM変調された周波数帯域
301:正常な中間周波数信号の振幅(ピークツーピーク)
302:異常な中間周波数信号の振幅(ピークツーピーク)
303:中間周波数信号の判定レベル(閾値)
601:異常を検出する直前に復調部が復調した信号レベル(保持部が保持する信号レベル)
602:比重平均部の出力信号レベル
603:異常から回復直後に復調部が復調する信号レベル
T0:受信開始タイミング
T1:中間周波数信号が正常から異常になるタイミング
T2:中間周波数信号が異常から正常に戻るタイミング
T3:復調部が復調する音声信号が正常から異常になるタイミング
T4:復調部が復調する音声信号が異常から正常に戻るタイミング
T5:比重平均処理部が比重平均処理を完了するタイミング
Claims (16)
- 音声信号を復調する復調部と、
前記音声信号が異常になることを検出する異常検出部と、
前記復調部が復調する音声信号を入力し、前記異常検出部が、少なくとも異常を検出している期間、異常を検出する前の音声信号を保持する保持部と、
前記復調部が新たに復調する音声信号と、前記保持部が保持する音声信号と、を入力し、前記異常から回復した後に、前記保持部が保持する音声信号から前記復調部が復調する音声信号に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部と、
を備えることを特徴とする音声信号処理装置。 - 前記復調部が、FM変調された音声中間周波数信号から前記音声信号を検波して復調し、
前記異常検出部が、前記音声中間周波数信号を入力して前記音声信号が異常になることを検出することを特徴とする請求項1記載の音声信号処理装置。 - 前記復調部が音声中間周波数信号から音声信号の復調に要する処理時間より、前記異常検出部が前記音声中間周波数信号を入力してから前記音声信号が異常になることの検出に要する処理時間が短く、前記保持部は、前記異常検出部が前記異常を検出してから前記復調部が異常な音声信号の出力を開始する直前の音声信号を保持することを特徴とする請求項2記載の音声信号処理装置。
- 前記比重平均処理部は、前記保持部が保持する音声信号と前記復調部が復調する音声信号とをそれぞれ重み付けし、かつ、前記重み付けの比重を前記保持部が保持する音声信号から前記復調部が復調する音声信号に徐々に移して平均を取り、前記平均を取った音声信号を出力することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の音声信号処理装置。
- 前記復調部が新たに復調する音声信号と、前記保持部が保持する音声信号と、前記比重平均処理部が出力する音声信号と、の三つの音声信号から一つを選択して出力する選択部をさらに有することを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の音声信号処理装置。
- 前記選択部は、
前記異常検出部が異常を検出していないときは、前記復調部が新たに復調する音声信号を選択して出力し、
前記異常検出部が異常を検出している間は、前記保持部が保持する音声信号を選択して出力し、
前記異常検出部が異常からの回復を検出した後、一定の期間、前記比重平均処理部が出力する音声信号を選択して出力する
ことを特徴とする請求項5記載の音声信号処理装置。 - 前記保持部は、
前記異常検出部が異常を検出していないときは、前記復調部が新たに復調する音声信号によって保持するデータを更新し、
前記比重平均処理部が、前記保持部が保持する音声信号から前記復調部が復調する音声信号に徐々に切り換えて出力する処理を行っているときは、前記比重処理平均処理部が出力する音声信号によって保持するデータを更新することを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の音声信号処理装置。 - 前記保持部は、前記復調部が出力する音声信号と前記選択部が出力する音声信号とを選択する前置選択部と、前記前置選択部が選択した音声信号によってデータが更新されるフリップフロップ回路と、含み、
前記前置選択部は、前記異常検出部が異常を検出していないときに前記復調部が出力すする音声信号を選択し、前記異常検出部が異常を検出しているとき及び前記比重平均処理部が保持部の音声信号から前記復調部の音声信号に徐々に切り換えを行っているときに前記選択部が出力する音声信号を選択することを特徴とする請求項5又は6記載の音声信号処理装置。 - 前記復調部が、FM変調された音声中間周波数信号から前記音声信号を検波して復調し、
前記異常検出部が、前記音声中間周波数信号を入力し、前記音声中間周波数信号の振幅が異常に小さいときに異常を検出することを特徴とする請求項1乃至8いずれか1項記載の音声信号処理装置。 - 前記異常検出部は、前記音声中間周波数信号の振幅があらかじめ定めたしきい値をあらかじめ定めた回数連続して下回ったときに異常を検出することを特徴とする請求項9記載の音声信号処理装置。
- 請求項1乃至10いずれか1項記載の音声信号処理装置が、1つの半導体基板の上に集積されて形成されていることを特徴とする音声信号処理装置。
- FM信号を受信し中間周波数信号を出力するチューナと、
前記中間周波数信号をディジタル中間周波数信号に変換するAD変換器と、
前記ディジタル中間周波数信号からディジタル音声信号を検波するFM検波器と、
前記ディジタル中間周波数信号の異常を検出する中間周波数異常検出部と、
前記中間周波数異常検出部が、異常を検出している間、検出する前の前記ディジタル音声信号を保持する保持部と、
前記異常から回復した後に、前記保持部が保持するディジタル音声信号から前記FM検波器が新たに検波するディジタル音声信号に徐々に切り換えて出力する比重平均処理部と、
前記ディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するDA変換器と、
を備えるFM信号受信装置。 - 前記保持部が保持するディジタル音声信号、前記比重平均処理部が処理するディジタル音声信号、前記FM検波部が出力するディジタル音声信号のいずれかを選択して前記DA変換器へ出力する選択部をさらに有することを特徴とする請求項12記載のFM信号受信装置。
- 前記チューナがTVチューナであることを特徴とする請求項12又は13記載のFM信号受信装置。
- 前記AD変換器と、前記FM検波器と、前記中間周波数異常検出部と、前記保持部と、前記比重平均処理部と、前記DA変換器と、が1つの半導体基板の上に集積されて形成されていることを特徴とする請求項12乃至14いずれか1項記載のFM信号受信装置。
- 音声データ信号に異常がないときは、前記音声データ信号を復調して出力し、
前記音声データ信号に異常があるときは、異常になる前に復調した信号を出力し、
前記音声データ信号の異常が回復したときは、前記異常になる前に復調した信号と、異常が回復してから復調した信号を、それぞれ重み付けして加算し、重み付けの比率を前記異常になる前に復調した信号から異常が回復してから復調した信号に徐々に移行することによって、異常になる前に復調した信号から異常が回復してから復調した信号にスムーズに移行させることを特徴とする音声信号処理装置における音声データの処理方法。
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