JP5589308B2 - オーディオ信号受信装置、オーディオ信号再生装置および音響通信システム - Google Patents

Description

この発明は、オーディオ信号帯域でデータの送受信を行うオーディオ信号受信装置、オーディオ信号再生装置および音響通信システムに関する。

楽音信号等のオーディオ信号の高音域にデータ符号を重畳する方式として、たとえば特許文献１のような方式が提案されている。この方式は、データ符号で変調された変調信号を可聴周波数帯域の高音域に形成し、この変調信号を楽音信号（マスカー音）に重畳して出力する方式である。

特開２００７−１０４５９８号公報

上記特許文献１の方式では、高音域にデータ符号で変調された変調信号（データ信号）が重畳されるが、データ伝送の品質を維持するため、楽音信号がデータ信号の周波数帯域に重ならないように、楽音信号の高音域がカットされる。このため、楽音信号の音質が劣化してしまい、楽音を聴く聴衆に違和感を感じさせるという問題点があった。

この発明は、データ信号が重畳されたオーディオ信号を再生した場合でも良好な音質で再生が可能なオーディオ信号受信装置、オーディオ信号再生装置および音響通信システムを提供することを目的とする。

この発明のオーディオ信号受信装置は、伝送可能帯域のうち１３ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の高音域がカットされたオーディオ信号に前記高音域の一部または全部に連続して分布するデータ信号が重畳された合成信号を受信する合成信号受信部と、前記合成信号から前記データ信号とオーディオ信号とを分離するフィルタと、分離されたデータ信号からデータ符号を復調するデータ復調部と、分離されたオーディオ信号の前記カットされた伝送可能帯域の高音域を補完する高域拡張部と、前記カットされた高音域が補完されたオーディオ信号を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする。
この発明において、データ信号は、拡散信号のような連続した帯域を占有する信号であってもよい。

この発明の音響通信システムは、オーディオ信号の１３ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の高音域をカットするフィルタと、データ符号を前記高音域の一部または全部に連続して分布する信号に変調したデータ信号を生成するデータ変調部と、前記高音域がカットされたオーディオ信号と前記データ信号とを合成して合成信号を生成する合成部と、この合成信号を送信する送信部と、を有する送信装置と、前記合成信号を受信する合成信号受信部と、前記合成信号から前記データ信号と前記オーディオ信号とを分離するフィルタと、前記分離されたデータ信号から前記データ符号を復調するデータ復調部と、前記分離されたオーディオ信号の前記カットされた高音域を補完する高域拡張部と、前記高音域が補完されたオーディオ信号を出力する出力部と、を備えたオーディオ信号受信装置と、を含むことを特徴とする。
この発明において、データ信号は、拡散信号のような連続した帯域を占有する信号であってもよい。
この発明のオーディオ信号再生装置は、記録可能帯域のうち１３ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の高音域がカットされたオーディオ信号に前記高音域の一部または全部に連続して分布するデータ信号が重畳された合成信号を再生する合成信号再生部と、前記合成信号から前記データ信号とオーディオ信号とを分離するフィルタと、分離されたデータ信号からデータ符号を復調するデータ復調部と、分離されたオーディオ信号の前記カットされた記録可能帯域の高音域を補完する高域拡張部と、前記記録可能帯域の高音域が補完された信号を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする。
この発明において、データ信号は、拡散信号のような連続した帯域を占有する信号であってもよい。

この発明によれば、オーディオ信号に重畳してデータ符号を伝送できるとともに、良好な音質でオーディオ信号を再生することが可能になる。

この発明の実施形態である音響通信システムの構成を示す図 送信装置の各部で処理される信号の周波数スペクトルを示す図 受信装置の各部で処理される信号の周波数スペクトルを示す図

図面を参照してこの発明の実施形態である音響通信システムについて説明する。図１は、音響通信システムの構成を示す図である。この音響通信システムは、送信装置１、受信装置２で構成されている。送信装置１と受信装置２とは伝送線路５で接続されている。この伝送線路５はデジタル伝送線であってもアナログ信号伝送用のオーディオケーブルであってもよい。

送信装置１は、オーディオ信号である楽音信号３０にデータ符号３１の変調信号であるデータ信号を重畳した合成信号を送信する装置である。受信装置２は、送信装置１が送信した合成信号を受信し、オーディオ信号とデータ信号とを分離してオーディオ信号はスピーカ３から放音し、データ信号から復調したデータ符号をデータ処理装置４に入力する装置である。したがって、受信装置２には、スピーカ３およびデータ処理装置４が接続されている。

まず、送信装置１について説明する。図２は、送信装置１の各部で処理される信号の周波数スペクトルを示す図である。送信装置１は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１、データ変調部１２、加算部１３、送信部１４を備えている。

楽音信号３０は、図２（Ａ）に示すように、超低音から略２０ｋＨｚまでの周波数スペクトルを有している。ＬＰＦ１１は、このような楽音信号３０の高音域をカットするフィルタであり、一般のオーディオ用信号回路で処理可能な周波数帯域（たとえば２０ｋＨｚ以下）のうち、通常成人が殆ど聴き取り不可能な高音域（たとえば１３ｋＨｚ以上）をカットする。ＬＰＦ１１によって高音域をカットされた楽音信号の周波数スペクトルを図２（Ｂ）に示す。

データ変調部１２は、データ符号３１で拡散符号やキャリア信号を変調することにより、データ符号で変調されたデータ信号を生成する回路部である。データ変調部１２は、上記高音域（１３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）の周波数帯域に分布するデータ信号を生成する。図２（Ｃ）は、高音域に分布するデータ信号の周波数スペクトルを示している。

加算部１３は、上記高音高域がカットされた楽音信号と高音帯域に分布するデータ信号とを加算合成して、図２（Ｄ）に示すような周波数スペクトルの合成信号を生成する。送信部１４は、この合成信号を伝送線路５に送出する。

伝送線路５がアナログ信号用のオーディオケーブル（たとえばシールド線など）の場合、送信部１４はアナログ増幅回路で構成される。伝送線路５がデジタルのオーディオケーブル（たとえば光ファイバ線や同軸ケーブル）の場合、送信部１４はデジタルオーディオ信号のローストリーミング回路で構成される。また、伝送線路５がＬＡＮケーブル（たとえばａＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ケーブル）の場合、送信部１４は、パケットを送受するネットワーク回路で構成される。いずれにしても、上記のオーディオ信号の周波数帯域を処理可能な回路でよい。

次に、受信装置２について説明する。図３は、受信装置２の各部で処理される信号の周波数スペクトルを示す図である。受信装置２は、受信部２０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１、高域拡張部２２、オーディオアンプ２３、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２４、データ復調部２５を備えている。

受信部２０は、伝送線路５を介して送信されてくる合成信号を受信する回路部である。この受信部２０も送信部１４と同様に伝送線路５の形式にあわせた形式の回路で構成される。受信部２０が受信した合成信号は、図３（Ａ）に示すような周波数スペクトルを有している。この合成信号は、ＬＰＦ２１およびＨＰＦ２４に入力される。ＬＰＦ２１は、送信装置１のＬＰＦ１１と同様の特性の（たとえば１３ｋＨｚ以下を通過させる）フィルタであり、受信部２０が受信した合成信号のうち楽音信号３０が分布する帯域の信号成分のみを取り出す。図３（Ｂ）にＬＰＦ２１が取り出した信号成分の周波数スペクトルを示す。一方、ＨＰＦ２４は、ＬＰＦ１１，２１と逆の特性の（たとえば１３ｋＨｚ以上を通過させる）フィルタであり、受信部２０が受信した合成信号のうちデータ信号が分布する帯域（高音域）の信号成分のみを取り出す。図３（Ｃ）にＨＰＦ２４が取り出した信号成分の周波数スペクトルを示す。

ＨＰＦ２４が取り出した高音域の信号（図３（Ｃ）参照）は、上記データ信号を含む信号であり、データ復調部２５に入力される。データ復調部２５は、入力されたデータ信号に対して、データ変調部１２と逆の処理をしてデータ復調する。たとえば、データ変調部１２が、拡散符号を用いてデータ符号をスペクトラム拡散処理をしている場合、データ復調部２５は、同じ拡散符号を用いて相互相関のピークを検出し、このピーク値に基づいてデータ符号を復調する。また、データ変調部１２が、キャリア信号を位相変調している場合、データ復調部２５は、直交復調回路等を用いてデータ符号を復調する。復調されたデータ符号は、外部装置であるデータ処理装置４に出力される。

一方、ＬＰＦ２１が取り出した楽音信号成分（図３（Ｂ）参照）は、高域拡張部２２に入力される。高域拡張部２２は、現存する中低音域の信号成分に基づいて、欠落している高音域の信号成分を補完する処理部である。

この高域拡張部２２の処理手法としては、たとえば、本出願人が特許４２５４４７９号公報、特開２００７−１７８６７５号公報等に開示している手法を用いればよい。これら公報に開示される手法は、現存する中音域の周波数成分を高音域に周波数シフトすることにより、現存する周波数成分に対して違和感の無い高音成分を付加する手法である。

高域拡張部２２で高音域が拡張された楽音信号はオーディオアンプ２３に入力される。オーディオアンプ２３は、入力された楽音信号を増幅してスピーカ３に入力する。これにより、スピーカ３からは高音域も中低音域と同様に豊かな楽音が放音される。

なお、フィルタ１１，２１，２４のカットオフ周波数は上記に限定されない。また、データ変調１２の変調方式、データ復調部２４の復調方式も上に例示した方式に限定されるものではない。また、高域拡張部２２が行う高域拡張処理も上に例示した手法に限定されない。

また、上記実施形態では、送信装置１から受信装置２に向けて、有線の伝送線路５を介して合成信号を伝送される例を示したが、伝送線路５は無線であってもよい。また、１対１の伝送に限定されず、送信装置１がたとえば放送局で受信装置２が放送受信器であってもよい。

また、送信装置１に代えて、合成信号が記録されたオーディオメディアを用いてもよい。すなわち、合成信号が記録されたオーディオメディアを受信装置（オーディオ信号再生装置）２にセットし、受信部（再生部）２０がこのオーディオメディアを再生する構成にしてもよい。

この音響通信システムは、例えば、自動演奏ピアノシステムに適用することができる。この場合、送信装置１を楽音を放送する放送局、受信装置２を放送を受信する放送受信器、データ処理装置４を自動演奏ピアノとする。

この自動演奏ピアノシステムは、以下のように動作する。送信装置１は、自動演奏データを重畳した楽曲を放送する。受信装置２は、この放送を受信して楽曲を再生・放音するとともに、この楽音に重畳されている自動演奏データを復調してデータ処理装置４である自動演奏ピアノに入力する。そうすると、自動演奏ピアノ４は、再生されている楽曲に合わせて生の演奏音を発生する。このように、この音響通信システムによれば、音声放送以外のデータ伝送経路を持たなくても楽音に合わせた自動演奏を実現することが可能になる。

１ 送信装置
２ 受信装置
１１，２１ ＬＰＦ
１２ データ変調部
２２ 高域拡張部
２４ ＨＰＦ
２５ データ復調部

Claims (6)

1. 伝送可能帯域のうち１３ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の高音域がカットされたオーディオ信号に前記高音域に分布するデータ信号が重畳された合成信号を受信する合成信号受信部と、
   前記合成信号から前記データ信号とオーディオ信号とを分離するフィルタと、
   分離されたデータ信号からデータ符号を復調するデータ復調部と、
   分離されたオーディオ信号の前記カットされた伝送可能帯域の高音域を補完する高域拡張部と、
   前記カットされた高音域が補完されたオーディオ信号を出力する出力部と、
   を備えたオーディオ信号受信装置。
2. 前記データ信号は、連続した帯域を占有する信号である請求項１に記載のオーディオ信号受信装置。
3. オーディオ信号の１３ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の高音域をカットするフィルタと、データ符号を前記高音域に分布する信号に変調したデータ信号を生成するデータ変調部と、前記高音域がカットされたオーディオ信号と前記データ信号とを合成して合成信号を生成する合成部と、この合成信号を送信する送信部と、を有する送信装置と、
   前記合成信号を受信する合成信号受信部と、前記合成信号から前記データ信号と前記オーディオ信号とを分離するフィルタと、前記分離されたデータ信号から前記データ符号を復調するデータ復調部と、前記分離されたオーディオ信号の前記カットされた高音域を補完する高域拡張部と、前記高音域が補完されたオーディオ信号を出力する出力部と、を備えたオーディオ信号受信装置と、
   を含むことを特徴とする音響通信システム。
4. 前記データ信号は、連続した帯域を占有する信号である請求項３に記載の音響通信システム。
5. 記録可能帯域のうち１３ｋＨｚ以上で２０ｋＨｚ以下の高音域がカットされたオーディオ信号に前記高音域に分布するデータ信号が重畳された合成信号を再生する合成信号再生部と、
   前記合成信号から前記データ信号とオーディオ信号とを分離するフィルタと、
   分離されたデータ信号からデータ符号を復調するデータ復調部と、
   分離されたオーディオ信号の前記カットされた記録可能帯域の高音域を補完する高域拡張部と、
   前記記録可能帯域の高音域が補完された信号を出力する出力部と、
   を備えたオーディオ信号再生装置。
6. 前記データ信号は、連続した帯域を占有する信号である請求項５に記載のオーディオ信号再生装置。

Images