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

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

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。

特開平６−１５２５５１号公報 特開２００３−２８３３４９号公報

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。

本発明の一実施例によるＦＭ受信装置全体のブロック図である。 ＴＶ信号受信装置において（ａ）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と、（ｂ）音声信号のＦＭ変調幅がＢＰＦ帯域内に収まっている状態を説明する図面と、（ｃ）音声信号のＦＭ変調幅がＢＰＦ帯域を越えている状態を説明する図面である。 ＦＭ受信装置における（ａ）正常な中間周波数信号波形の波形図と、（ｂ）異常な中間周波数信号波形の波形図である。 （ａ）異常な中間周波数信号波形と、（ｂ）異常な中間周波数信号から音声信号を復調した場合の音声信号波形と、（ｃ）（ｂ）の時間軸を圧縮した音声信号波形と、（ｄ）中間周波数信号に異常が発生した場合に、異常になる前の音声信号を維持した場合の音声信号波形図である。 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。 本発明における比重平均処理の波形イメージ図である。 一実施例において異常から回復した後のＦＭ検波出力波形と比重平均出力波形との関係を示す図である。 一実施例における音声データの処理方法を説明するフロー図である。 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。

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

Claims (16)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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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