JP2008005541A - Modulation device, modulation method, demodulation device and demodulation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To transmit information with an audible sound waves, based on a level which is not unpleasant to the sense of hearing of human beings, and to improve the bit rate of transmission information. <P>SOLUTION: A modulation device 4B is provided with an acoustic signal generating part 54 for generating a synthetic acoustic signal, by superimposing an acoustic signal from which the components of the frequency band of a carrier are removed by a band pass filter 48 and a guard time signal and a signal frame, connected by a guard time signal generation part 43 and a frame synchronizing signal generated by a frame synchronizing signal generation part 45. At the generation of the synthetic acoustic signal, the acoustic signal generation part 54 arranges the frame synchronizing signal, in a frequency band in which the acoustic signal is transmitted that is different from the frequency band in which the guard time signal and the signal frame are to be transmitted. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、音波で情報を伝達する音波情報通信技術に関するものである。   The present invention relates to a sound wave information communication technique for transmitting information by sound waves.

音波を用いて情報を伝達する通信技術には、超音波を用いるものと可聴音波を用いるものがある。２つの音波のうち可聴音波を利用することにより次のような利点がある。まず、現在市販されているスピーカ及びマイクロフォン等を用いて通信を行うことができることである。また、音波の伝搬は媒質の粘性による吸収減衰が生じる為、この吸収減衰は周波数に比例して大きくなる。よって、可聴音波の方が超音波よりも減衰は小さくなり、可聴音波の方が超音波よりも通信距離を長くすることができる。   Communication technologies for transmitting information using sound waves include those using ultrasonic waves and those using audible sound waves. The use of an audible sound wave of the two sound waves has the following advantages. First, it is possible to perform communication using commercially available speakers and microphones. Further, since the propagation of sound waves causes absorption attenuation due to the viscosity of the medium, this absorption attenuation increases in proportion to the frequency. Therefore, the attenuation of the audible sound wave is smaller than that of the ultrasonic wave, and the communication distance of the audible sound wave can be made longer than that of the ultrasonic wave.

しかし、可聴音波で通信する場合は、伝送信号の音が人間に聞こえるため、人間にとっては不快な騒音が発生することとなる。そこで、伝送信号をスペクトル拡散して音声又は音楽に重畳する技術がある（下記特許文献１参照）。この特許文献１に記載された技術では、心理音響モデルを用いて周波数マスキング閾値を計算し、伝送信号に拡散符号系列を乗算して全周波数帯に拡散させた拡散信号をマスキング閾値以下になるようにして重畳している。
国際公開第02/45286号パンフレット However, when communication is performed using audible sound waves, the sound of the transmission signal is heard by humans, and noise that is uncomfortable for humans is generated. Therefore, there is a technique for spreading the transmission signal and superimposing it on speech or music (see Patent Document 1 below). In the technique described in Patent Document 1, a frequency masking threshold is calculated using a psychoacoustic model, and a spread signal obtained by multiplying a transmission signal by a spreading code sequence and spreading the entire frequency band is equal to or less than the masking threshold. Are superimposed.
International Publication No. 02/45286 Pamphlet

上記特許文献１に記載の方法では、音声・音楽から伝送信号を抽出するため拡散符号の拡散利得を高くする必要がある。しかし、拡散利得を高くすることにより伝送できる情報量が少なくなる。実際に人間の聴覚に知覚できないレベルに伝送信号のレベルを抑えると、上記特許文献１に記載の方法では１秒間で数ビット程度しか情報を伝送できない。   In the method described in Patent Document 1, it is necessary to increase the spreading gain of a spreading code in order to extract a transmission signal from speech / music. However, the amount of information that can be transmitted is reduced by increasing the spreading gain. If the level of the transmission signal is suppressed to a level that cannot actually be perceived by human hearing, the method described in Patent Document 1 can transmit information only about several bits per second.

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、人間の聴覚に不快でないレベルに基づいた可聴音波で情報を伝送すると共に伝送情報のビットレートを向上させることを課題とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to transmit information with an audible sound wave based on a level that is not unpleasant to human hearing and to improve the bit rate of transmitted information.

本発明の変調装置は、入力された音響信号をフーリエ変換し、前記音響信号のスペクトル包絡を計算するスペクトル包絡振幅調整部と、前記入力された音響信号における搬送波の周波数帯域の成分を除去するバンドパスフィルタと、前記スペクトル包絡振幅調整部により計算された前記音響信号のスペクトル包絡の計算結果に基づいて、ＯＦＤＭ変調方式に基づく搬送波周波数における前記搬送波の振幅を前記音響信号のスペクトル包絡に合わせると共に、前記搬送波周波数における前記搬送波をＯＦＤＭ変調方式に基づいて変調し、変調後の各搬送波を合成して信号フレームを形成する変調部と、前記変調部により形成された信号フレームの後方区間を複製し、複製した後方区間をガード時間信号として前記信号フレームの前方に連結させるガード時間信号生成部と、フレーム同期を取るためのフレーム同期信号を生成するフレーム同期信号生成部と、前記バンドパスフィルタにより前記搬送波の周波数帯域の成分が除去された前記音響信号と、前記ガード時間信号生成部により連結された前記ガード時間信号及び前記信号フレームと、前記フレーム同期信号生成部により生成された前記フレーム同期信号と、を重畳して合成音響信号を生成する音響信号生成部と、を備え、前記音響信号生成部は、前記合成音響信号を生成する際に、前記ガード時間信号及び前記信号フレームを伝送する周波数帯とは異なる、前記音響信号を伝送する周波数帯に、前記フレーム同期信号を配置する、ことを特徴とする。   The modulation device according to the present invention includes a spectrum envelope amplitude adjusting unit that performs Fourier transform on an input acoustic signal and calculates a spectral envelope of the acoustic signal, and a band that removes a frequency band component of a carrier wave in the input acoustic signal. Based on the calculation result of the spectral envelope of the acoustic signal calculated by the pass filter and the spectral envelope amplitude adjusting unit, the amplitude of the carrier at the carrier frequency based on the OFDM modulation scheme is matched with the spectral envelope of the acoustic signal, Modulating the carrier at the carrier frequency based on an OFDM modulation scheme, and combining the modulated carriers to form a signal frame, and copying a rear section of the signal frame formed by the modulator, The duplicated back section is connected to the front of the signal frame as a guard time signal. A guard time signal generation unit; a frame synchronization signal generation unit that generates a frame synchronization signal for frame synchronization; the acoustic signal from which a component of a frequency band of the carrier wave is removed by the bandpass filter; and the guard time An acoustic signal generation unit that generates a synthesized acoustic signal by superimposing the guard time signal and the signal frame connected by a signal generation unit and the frame synchronization signal generated by the frame synchronization signal generation unit; And the acoustic signal generation unit generates the frame synchronization signal in a frequency band for transmitting the acoustic signal different from a frequency band for transmitting the guard time signal and the signal frame when generating the synthesized acoustic signal. It is characterized by arranging.

本発明の復調装置は、フレーム同期信号成分のある周波数帯域と、信号フレーム成分のある周波数帯域と、を含む音響信号を復調する復調装置において、前記音響信号を、前記フレーム同期信号成分のある周波数帯域の信号としてのフレーム同期信号と、前記信号フレーム成分のある周波数帯域の信号としてのＯＦＤＭ変調信号とに、分割するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタにより分割された前記フレーム同期信号に基づいてフレーム同期ポイントを認識し、認識したフレーム同期ポイントに応じて前記ＯＦＤＭ変調信号をフレーム単位に分割するフレーム同期部と、を備えたことを特徴とする。   The demodulating device of the present invention is a demodulating device that demodulates an acoustic signal including a frequency band having a frame synchronization signal component and a frequency band having a signal frame component, wherein the acoustic signal is converted to a frequency having the frame synchronization signal component. Based on a frame synchronization signal as a band signal and an OFDM modulation signal as a signal in a frequency band with the signal frame component, based on the band synchronization filter and the frame synchronization signal divided by the bandpass filter A frame synchronization unit that recognizes a frame synchronization point and divides the OFDM modulated signal into frame units according to the recognized frame synchronization point.

本発明の変調方法は、ＯＦＤＭ変調方式に基づく変調を行う変調装置により実行される変調方法であって、入力された音響信号をフーリエ変換し、前記音響信号のスペクトル包絡を計算するステップと、前記入力された音響信号における搬送波の周波数帯域の成分を除去するステップと、前記計算された前記音響信号のスペクトル包絡の計算結果に基づいて、ＯＦＤＭ変調方式に基づく搬送波周波数における前記搬送波の振幅を前記音響信号のスペクトル包絡に合わせると共に、前記搬送波周波数における前記搬送波をＯＦＤＭ変調方式に基づいて変調し、変調後の各搬送波を合成して信号フレームを形成するステップと、前記形成された信号フレームの後方区間を複製し、複製した後方区間をガード時間信号として前記信号フレームの前方に連結させるステップと、フレーム同期を取るためのフレーム同期信号を生成するステップと、前記搬送波の周波数帯域の成分が除去された前記音響信号と、前記連結された前記ガード時間信号及び前記信号フレームと、前記生成された前記フレーム同期信号と、を重畳して合成音響信号を生成するステップと、を備え、前記合成音響信号を生成する際には、前記ガード時間信号及び前記信号フレームを伝送する周波数帯とは異なる、前記音響信号を伝送する周波数帯に、前記フレーム同期信号を配置する、ことを特徴とする。   The modulation method of the present invention is a modulation method executed by a modulation device that performs modulation based on an OFDM modulation scheme, and performs a Fourier transform on an input acoustic signal to calculate a spectral envelope of the acoustic signal; Removing the component of the frequency band of the carrier wave in the input acoustic signal, and calculating the amplitude of the carrier wave at the carrier frequency based on the OFDM modulation scheme based on the calculated spectral envelope of the acoustic signal. Matching the spectral envelope of the signal, modulating the carrier at the carrier frequency based on an OFDM modulation scheme, and combining the modulated carriers to form a signal frame; and a rear section of the formed signal frame And the copied rear section is used as a guard time signal in front of the signal frame. Connecting, generating a frame synchronization signal for frame synchronization, the acoustic signal from which the frequency band component of the carrier wave is removed, the connected guard time signal and the signal frame, Generating a synthesized acoustic signal by superimposing the generated frame synchronization signal, and when generating the synthesized acoustic signal, a frequency band for transmitting the guard time signal and the signal frame The frame synchronization signal is arranged in a frequency band different from the above in which the acoustic signal is transmitted.

本発明の復調方法は、フレーム同期信号成分のある周波数帯域と、信号フレーム成分のある周波数帯域と、を含む音響信号を復調する復調装置、により実行される復調方法において、前記音響信号を、前記フレーム同期信号成分のある周波数帯域の信号としてのフレーム同期信号と、前記信号フレーム成分のある周波数帯域の信号としてのＯＦＤＭ変調信号とに、分割するステップと、前記分割された前記フレーム同期信号に基づいてフレーム同期ポイントを認識し、認識したフレーム同期ポイントに応じて前記ＯＦＤＭ変調信号をフレーム単位に分割するステップと、を備えたことを特徴とする。   The demodulation method of the present invention is a demodulation method executed by a demodulation device that demodulates an acoustic signal including a frequency band having a frame synchronization signal component and a frequency band having a signal frame component. Dividing into a frame synchronization signal as a signal in a frequency band having a frame synchronization signal component and an OFDM modulation signal as a signal in a frequency band having a signal frame component; and based on the divided frame synchronization signal Recognizing a frame synchronization point, and dividing the OFDM modulated signal into frame units according to the recognized frame synchronization point.

本発明の変調装置および変調方法によれば、合成音響信号を生成する際に、ガード時間信号及び信号フレームを伝送する周波数帯とは異なる、音響信号を伝送する周波数帯に、フレーム同期信号を配置するため、フレーム同期を取るために特別な周波数帯域を必要としない。   According to the modulation device and the modulation method of the present invention, when generating a synthesized acoustic signal, a frame synchronization signal is arranged in a frequency band for transmitting an acoustic signal different from a frequency band for transmitting a guard time signal and a signal frame. Therefore, no special frequency band is required for frame synchronization.

本発明の復調装置および復調方法によれば、フレーム同期信号成分のある周波数帯域と信号フレーム成分のある周波数帯域とを含む音響信号を復調するにあたり、ＯＦＤＭ変調信号をフレーム単位に適切に分割することができる。   According to the demodulation device and the demodulation method of the present invention, when demodulating an acoustic signal including a frequency band having a frame synchronization signal component and a frequency band having a signal frame component, the OFDM modulation signal is appropriately divided into frame units. Can do.

本発明に係る第１〜第３実施形態のシステムは、可聴音の音波で情報を伝達する音波情報通信システムである。以下、図面を参照しながら第１〜第３実施形態について説明する。   The system according to the first to third embodiments of the present invention is a sound wave information communication system that transmits information using an audible sound wave. Hereinafter, first to third embodiments will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１に第１実施形態に係る音響信号送信システムＴＳ１の構成図を示し、図２に第１実施形態に係る音響信号受信システムＲＳ１の構成図を示す。本実施形態の音波情報通信システムは、図１、２に示す音響信号送信システムＴＳ１と音響信号受信システムＲＳ１とを備えて構成される。本実施形態の音波情報通信システムにおいて、音響信号送信システムＴＳ１が、伝達する情報を含む伝送データ信号１Ｔを音波７に乗せて出力する。そして、音響信号受信システムＲＳ１が、音響信号送信システムＴＳ１から出力された音波７を受信して、音波７から伝送データ信号１Ｒを抽出する。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration diagram of an acoustic signal transmission system TS1 according to the first embodiment, and FIG. 2 shows a configuration diagram of an acoustic signal reception system RS1 according to the first embodiment. The sound wave information communication system according to the present embodiment includes the acoustic signal transmission system TS1 and the acoustic signal reception system RS1 shown in FIGS. In the sound wave information communication system of the present embodiment, the acoustic signal transmission system TS1 puts a transmission data signal 1T including information to be transmitted on the sound wave 7 and outputs it. Then, the acoustic signal reception system RS1 receives the sound wave 7 output from the acoustic signal transmission system TS1, and extracts the transmission data signal 1R from the sound wave 7.

音響信号送信システムＴＳ１は、伝送データ信号１Ｔを誤り訂正符号で符号化する誤り訂正符号装置２と、誤り訂正符号で符号化された符号化伝送信号３（ベースバンド信号）を可聴音帯域の音響信号である送信音響信号５Ａ（音響信号）に変換する変調装置４Ａと、送信音響信号５Ａを可聴音の音波７として再生するスピーカ６と、を備えて構成される。   The acoustic signal transmission system TS1 includes an error correction encoding device 2 that encodes a transmission data signal 1T with an error correction code, and an encoded transmission signal 3 (baseband signal) encoded with the error correction code in an audible sound band. A modulation device 4 </ b> A that converts a transmission acoustic signal 5 </ b> A (acoustic signal), which is a signal, and a speaker 6 that reproduces the transmission acoustic signal 5 </ b> A as an audible sound wave 7 are configured.

音響信号受信システムＲＳ１は、音波７を受信して音響信号である受信音響信号９Ａ（音響信号）を生成するマイクロフォン８と、受信音響信号９Ａを復調して受信伝送信号１１を抽出する復調装置１０Ａと、受信伝送信号１１の誤りを訂正して伝送データ信号１Ｒを出力する誤り訂正復号装置１２と、を備えて構成される。   The acoustic signal receiving system RS1 receives a sound wave 7 and generates a received acoustic signal 9A (acoustic signal) that is an acoustic signal, and a demodulator 10A that demodulates the received acoustic signal 9A and extracts a received transmission signal 11. And an error correction decoding device 12 that corrects an error in the received transmission signal 11 and outputs a transmission data signal 1R.

以下、本実施形態に係る変調装置４Ａ及び復調装置１０Ａについて詳細に説明する。   Hereinafter, the modulation device 4A and the demodulation device 10A according to the present embodiment will be described in detail.

図３に、第１実施形態に係る変調装置４Ａの構成図を示す。変調装置４Ａは、Ｓ／Ｐ変換部４１、変調部５１（変調手段）、ガード時間信号生成部４３、マスカー音生成部４４（マスカー音生成手段）、音響信号生成部５２（音響信号生成手段）、フレーム同期信号生成部４５、及びＤ／Ａ変換部４６を備えて構成される。   FIG. 3 shows a configuration diagram of the modulation device 4A according to the first embodiment. The modulation device 4A includes an S / P conversion unit 41, a modulation unit 51 (modulation unit), a guard time signal generation unit 43, a masker sound generation unit 44 (masker sound generation unit), and an acoustic signal generation unit 52 (acoustic signal generation unit). The frame synchronization signal generation unit 45 and the D / A conversion unit 46 are provided.

Ｓ／Ｐ変換部４１は、符号化伝送信号３を入力して、シングルビットストリームの符号化伝送信号３をパラレルビットストリームに変換する。Ｓ／Ｐ変換部４１は、変換したパラレルビットストリームを変調部５１へ出力する。   The S / P converter 41 receives the encoded transmission signal 3 and converts the single bit stream encoded transmission signal 3 into a parallel bit stream. The S / P conversion unit 41 outputs the converted parallel bit stream to the modulation unit 51.

変調部５１は、入力したパラレルビットストリームの各パラレル伝送ビットで各周波数の搬送波４２を変調し、変調した搬送波４２の信号を合成し、信号フレーム（変調信号）を形成する。変調部５１は、OFDM変調方式を用いて変調する。すなわち、搬送波４２の周波数（搬送波周波数）は、互いに直交関係にある直交周波数である。また、搬送波４２は、可聴音帯域の音波である。変調部５１は、各パラレル伝送ビットを各搬送波周波数のスペクトル係数として割り当てて、逆フーリエ変換をすることで搬送波４２の変調を行う。そして、変調部５１は、変調した各周波数の搬送波４２を合成して、信号フレームを形成する。変調部５１は、形成した信号フレームをガード時間信号生成部４３へ出力する。   The modulator 51 modulates the carrier wave 42 of each frequency with each parallel transmission bit of the input parallel bit stream, and synthesizes the modulated carrier wave 42 signal to form a signal frame (modulated signal). The modulation unit 51 modulates using the OFDM modulation method. That is, the frequency of the carrier 42 (carrier frequency) is an orthogonal frequency that is orthogonal to each other. The carrier wave 42 is a sound wave in the audible sound band. The modulation unit 51 assigns each parallel transmission bit as a spectrum coefficient of each carrier frequency, and modulates the carrier 42 by performing an inverse Fourier transform. Then, the modulation unit 51 synthesizes the modulated carrier waves 42 of each frequency to form a signal frame. The modulation unit 51 outputs the formed signal frame to the guard time signal generation unit 43.

ガード時間信号生成部４３では、入力した信号フレームの後方区間を複製して、複製した後方区間をガード時間信号として信号フレームの前方に連結させる。このガード時間信号によって反射波等のマルチパス干渉を回避することができる。ガード時間信号生成部４３は、信号フレーム及び生成したガード時間信号をマスカー音生成部４４へ出力する。   The guard time signal generation unit 43 duplicates the rear section of the input signal frame and connects the duplicated rear section to the front of the signal frame as a guard time signal. With this guard time signal, multipath interference such as reflected waves can be avoided. The guard time signal generation unit 43 outputs the signal frame and the generated guard time signal to the masker sound generation unit 44.

マスカー音生成部４４は、マスカー信号を生成する。マスカー信号とは、信号フレームおよびガード時間信号と共に音波７として伝送した場合に、信号フレーム及びガード時間信号のマスカー音として出力される信号である。マスカー音は、信号フレーム及びガード時間信号が伝送される際の音をマスキングして人間に聞こえにくくする音である。マスカー音生成部４４は、マスカー音として少なくとも１つの周波数の正弦波を選択してマスカー信号を生成する。   The masker sound generation unit 44 generates a masker signal. The masker signal is a signal output as a masker sound of the signal frame and the guard time signal when transmitted as the sound wave 7 together with the signal frame and the guard time signal. The masker sound is a sound that masks the sound when the signal frame and the guard time signal are transmitted to make it difficult for humans to hear. The masker sound generation unit 44 selects a sine wave having at least one frequency as the masker sound and generates a masker signal.

また、マスカー音生成部４４は、各マスカー音のうち少なくとも一部の連続したマスカー音の周波数が所定のパターンとなるようにマスカー信号の周波数を選択する。より具体的には、マスカー音生成部４４は、各信号フレームに含まれる各マスカー音が伝送される際に一連のメロディとなるように、挿入するマスカー音の周波数を選択する。マスカー音生成部４４は、複数の正弦波を合成してマスカー音を生成し、マスカー音の音色を変化させてもよい。更に、マスカー音生成部４４は、マスカー音の周波数として、搬送波４２の周波数帯域と関連付けられた周波数又は周波数パターンが選択される。すなわち、生成されたマスカー信号は、搬送波４２の周波数帯域を示す情報を含むこととなる。マスカー音生成部４４は、生成したマスカー信号、信号フレーム、及びガード時間信号を音響信号生成部５２へ出力する。   Further, the masker sound generation unit 44 selects the frequency of the masker signal so that the frequency of at least a part of the continuous masker sounds among the masker sounds has a predetermined pattern. More specifically, the masker sound generation unit 44 selects the frequency of the masker sound to be inserted so that a series of melody is formed when each masker sound included in each signal frame is transmitted. The masker sound generation unit 44 may generate a masker sound by synthesizing a plurality of sine waves, and may change the tone of the masker sound. Further, the masker sound generator 44 selects a frequency or frequency pattern associated with the frequency band of the carrier wave 42 as the frequency of the masker sound. That is, the generated masker signal includes information indicating the frequency band of the carrier wave 42. The masker sound generation unit 44 outputs the generated masker signal, signal frame, and guard time signal to the acoustic signal generation unit 52.

音響信号生成部５２は、信号フレームにマスカー信号を付加して音響信号を生成する。音響信号生成部５２は、ガード時間信号の前方および信号フレームの後方にマスカー信号を付加して音響信号を生成する。つまり、音響信号生成部５２は、マスカー信号が挿入された音響信号を生成する。また、音響信号生成部５２は、マスカー音とガード時間および信号フレームが位相不連続になるのを防ぐために、マスカー音区間の前方では、まず前方の信号フレームをフェードアウトさせ、マスカー音をフェードインさせるように音響信号を生成する。そして、音響信号生成部５２は、マスカー音の終端では、マスカー音をフェードアウトさせ、ガード時間をフェードインさせるように音響信号を生成する。   The acoustic signal generator 52 adds a masker signal to the signal frame to generate an acoustic signal. The acoustic signal generation unit 52 generates an acoustic signal by adding a masker signal in front of the guard time signal and behind the signal frame. That is, the acoustic signal generation unit 52 generates an acoustic signal in which a masker signal is inserted. In addition, the acoustic signal generation unit 52 first fades out the front signal frame and fades in the masker sound in front of the masker sound section in order to prevent the masker sound, the guard time, and the signal frame from becoming phase discontinuous. An acoustic signal is generated as follows. Then, the acoustic signal generation unit 52 generates an acoustic signal so that the masker sound is faded out and the guard time is faded in at the end of the masker sound.

より具体的には、音響信号生成部５２は、前方信号フレームの前方を複製して複製を後方に連結して、前方信号フレームをフェードアウトさせるフェードアウト信号を生成する。また、音響信号生成部５２は、あらかじめガード時間を長く生成して、ガード時間をフェードインさせるフェードイン信号を生成する。音響信号生成部５２は、生成した音響信号をフレーム同期信号生成部４５へ出力する。   More specifically, the acoustic signal generation unit 52 generates a fade-out signal that duplicates the front of the front signal frame and connects the duplicates to the rear to fade out the front signal frame. The acoustic signal generation unit 52 generates a fade-in signal that fades in the guard time by generating a long guard time in advance. The acoustic signal generation unit 52 outputs the generated acoustic signal to the frame synchronization signal generation unit 45.

フレーム同期信号生成部４５は、フレーム同期信号を生成して音響信号に付加する。フレーム同期信号は、音響信号に含まれる信号フレーム、ガード時間信号、及びマスカー信号のそれぞれの場所を受信側で特定するための信号である。具体的には、フレーム同期信号は、Ｍ系列符号で変調したＰＮ（疑似ノイズ）信号である。フレーム同期信号生成部４５は、フレーム同期信号を付加した音響信号をＤ／Ａ変換部４６へ出力する。   The frame synchronization signal generation unit 45 generates a frame synchronization signal and adds it to the acoustic signal. The frame synchronization signal is a signal for specifying the location of each of the signal frame, guard time signal, and masker signal included in the acoustic signal on the receiving side. Specifically, the frame synchronization signal is a PN (pseudo noise) signal modulated with an M-sequence code. The frame synchronization signal generation unit 45 outputs the acoustic signal with the frame synchronization signal added thereto to the D / A conversion unit 46.

Ｄ／Ａ変換部４６は、音響信号をアナログ信号に変換し、送信音響信号５Ａとしてスピーカ６へ出力する。   The D / A converter 46 converts the acoustic signal into an analog signal and outputs the analog signal to the speaker 6 as the transmission acoustic signal 5A.

図４に、送信音響信号５Ａに含まれる信号フレーム、ガード時間信号、マスカー信号、フレーム同期信号の周波数利用例を示す。フレーム同期信号の先頭は、マスカー音の開始ポイントと一致させる。スペクトル拡散したフレーム同期信号は、環境雑音の多い低音域で伝送される。マスカー音、ガード時間、及び信号フレームは、高音域で伝送される。すなわち、フレーム同期信号は、信号フレーム、ガード時間及びマスカー信号を伝送する周波数帯とは異なる周波数帯で伝送する。   FIG. 4 shows an example of frequency usage of the signal frame, guard time signal, masker signal, and frame synchronization signal included in the transmission acoustic signal 5A. The head of the frame synchronization signal is matched with the start point of the masker sound. The spread spectrum frame synchronization signal is transmitted in a low sound region with a lot of environmental noise. The masker sound, guard time, and signal frame are transmitted in the high sound range. That is, the frame synchronization signal is transmitted in a frequency band different from the frequency band for transmitting the signal frame, the guard time, and the masker signal.

引き続いて、変調装置４Ａにおける変調方法について図５を参照しながら説明する。図５は、第１実施形態に係る変調方法のフローチャートである。   Subsequently, a modulation method in the modulation device 4A will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart of the modulation method according to the first embodiment.

まず、符号化伝送信号３が、Ｓ／Ｐ変換部４１によってシングルビットストリームからパラレルビットストリームに変換される（Ｓ１１）。すると、各搬送波４２が、パラレルビットストリームの各パラレル伝送ビットで変調部５１によって変調（逆フーリエ変換）され、変調された各搬送波４２が合成されて信号フレームが形成される（Ｓ１２）。   First, the encoded transmission signal 3 is converted from a single bit stream to a parallel bit stream by the S / P converter 41 (S11). Then, each carrier 42 is modulated (inverse Fourier transform) by the modulation unit 51 with each parallel transmission bit of the parallel bit stream, and each modulated carrier 42 is synthesized to form a signal frame (S12).

形成された信号フレームの後方区間が、ガード時間信号生成部４３によって複製されて前方に連結され、ガード時間信号が生成される（Ｓ１３）。ガード時間が生成されると、マスカー信号が、マスカー音生成部４４によって生成される（Ｓ１４）。生成されたマスカー信号が、音響信号生成部５２によってガード時間の前方および信号フレームの後方に付加され、音響信号が生成される（Ｓ１５）。   The rear section of the formed signal frame is duplicated by the guard time signal generation unit 43 and connected to the front to generate a guard time signal (S13). When the guard time is generated, a masker signal is generated by the masker sound generator 44 (S14). The generated masker signal is added to the front of the guard time and the rear of the signal frame by the acoustic signal generator 52, and an acoustic signal is generated (S15).

音響信号が生成されると、Ｍ系列符号で変調したＰＮ（疑似ノイズ）信号が、フレーム同期信号生成部４５によって生成され、フレーム同期信号として音響信号に付加される（Ｓ１６）。このように生成した音響信号が、Ｄ／Ａ変換部４６によってアナログ信号に変換され、送信音響信号５Ａとして出力される。   When the acoustic signal is generated, a PN (pseudo noise) signal modulated by the M-sequence code is generated by the frame synchronization signal generation unit 45 and added to the acoustic signal as a frame synchronization signal (S16). The acoustic signal generated in this way is converted into an analog signal by the D / A converter 46 and output as a transmission acoustic signal 5A.

このようにして出力された送信音響信号５Ａは、スピーカ６から音波７として出力され、マスカー信号に基づくマスカー音がメロディを奏でると共に空間を信号が伝搬する。そして、音波７がマイクロフォン８によって受信される。マイクロフォン８によって受信された音波７は、受信音響信号９Ａとして復調装置１０Ａへ出力される。   The transmission acoustic signal 5A output in this way is output as a sound wave 7 from the speaker 6, and the masker sound based on the masker signal plays a melody and the signal propagates through the space. Then, the sound wave 7 is received by the microphone 8. The sound wave 7 received by the microphone 8 is output as a received acoustic signal 9A to the demodulator 10A.

次に復調装置１０Ａについて説明する。図６に、第１実施形態に係る復調装置１０Ａの構成図を示す。復調装置１０Ａは、Ａ／Ｄ変換部１０１、フレーム同期部１０２、マスカー音・ガード時間除去部１０３（除去手段）、復調部１１２（復調手段）、格納部１１３（格納手段）、検出部１１４（検出手段）、及びＰ／Ｓ変換部１０５を備えて構成される。   Next, the demodulator 10A will be described. FIG. 6 shows a configuration diagram of the demodulator 10A according to the first embodiment. The demodulator 10A includes an A / D conversion unit 101, a frame synchronization unit 102, a masker sound / guard time removal unit 103 (removal unit), a demodulation unit 112 (demodulation unit), a storage unit 113 (storage unit), and a detection unit 114 ( Detection means) and a P / S converter 105.

Ａ／Ｄ変換部１０１は、受信音響信号９Ａをサンプリングし、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１０１は、変換したデジタル信号をフレーム同期部１０２へ出力する。   The A / D converter 101 samples the received acoustic signal 9A and converts it into a digital signal. The A / D conversion unit 101 outputs the converted digital signal to the frame synchronization unit 102.

フレーム同期部１０２は、入力したデジタル信号を１サンプルおよび数サンプルずつずらしながらM系列符号で変調したＰＮ信号との相関をとり、相関値の最も高いポイントをフレーム同期ポイントと認識し、フレーム単位に分割する。フレーム同期部１０２は、フレーム単位に分割した分割信号をマスカー音・ガード時間除去部１０３へ出力する。   The frame synchronization unit 102 obtains a correlation with the PN signal modulated with the M-sequence code while shifting the input digital signal by one sample and several samples, recognizes the point with the highest correlation value as a frame synchronization point, To divide. The frame synchronization unit 102 outputs the divided signal divided into frame units to the masker sound / guard time removal unit 103.

マスカー音・ガード時間除去部１０３は、分割されたフレームごとにマスカー信号及びガード時間を分割信号から除去し、信号フレームを抽出する。マスカー音・ガード時間除去部１０３は、抽出した信号フレームを復調部１１２へ出力する。マスカー音・ガード時間除去部１０３は、信号フレームから除去したマスカー信号を検出部１１４へ出力する。   The masker sound / guard time removal unit 103 removes the masker signal and the guard time from the divided signal for each divided frame, and extracts a signal frame. The masker sound / guard time removal unit 103 outputs the extracted signal frame to the demodulation unit 112. The masker sound / guard time removal unit 103 outputs the masker signal removed from the signal frame to the detection unit 114.

復調部１１２は、信号フレームを各搬送波１０４で復調する。復調部１１２に入力される信号フレームにおいて、搬送波１０４の周波数帯が異なる信号フレームが混在する場合、復調部１１２は、それぞれの搬送波１０４の周波数帯に対応して復調する。すなわち、復調部１１２は、格納部１１３及び検出部１１４の機能を利用して復調する搬送波１０４の周波数帯を選択する。   The demodulator 112 demodulates the signal frame with each carrier wave 104. When signal frames having different frequency bands of the carrier wave 104 are mixed in the signal frame input to the demodulation unit 112, the demodulation unit 112 demodulates corresponding to the frequency band of each carrier wave 104. That is, the demodulation unit 112 selects the frequency band of the carrier wave 104 to be demodulated using the functions of the storage unit 113 and the detection unit 114.

格納部１１３は、搬送波１０４の周波数帯とマスカー信号の周波数とを関連付けて格納している。マスカー信号の周波数は、音響信号に含まれる特定のマスカー信号でもよいし、一連のメロディを構成する周波数パターンでもよい。例えば、格納部１１３は、搬送波１０４の周波数帯Ａとマスカー信号の周波数ａとを関連付けて格納する。また、例えば格納部１１３は、搬送波１０４の周波数帯Ｂとマスカー信号の周波数パターンを示す周波数パターン情報ｂとを関連付けて格納する。   The storage unit 113 stores the frequency band of the carrier wave 104 and the frequency of the masker signal in association with each other. The frequency of the masker signal may be a specific masker signal included in the acoustic signal, or a frequency pattern constituting a series of melodies. For example, the storage unit 113 stores the frequency band A of the carrier wave 104 and the frequency a of the masker signal in association with each other. For example, the storage unit 113 stores the frequency band B of the carrier wave 104 and the frequency pattern information b indicating the frequency pattern of the masker signal in association with each other.

検出部１１４は、マスカー音・ガード時間除去部１０３から入力したマスカー信号をフーリエ変換してマスカー信号の周波数を検出する。検出部１１４は、検出したマスカー信号の周波数を示す情報を復調部１１２へ出力する。   The detection unit 114 performs Fourier transform on the masker signal input from the masker sound / guard time removal unit 103 to detect the frequency of the masker signal. The detection unit 114 outputs information indicating the frequency of the detected masker signal to the demodulation unit 112.

復調部１１２は、マスカー信号の周波数を示す情報を入力すると、入力したマスカー信号の周波数と格納部１１３によって関連付けて格納された周波数帯に基づいて、復調する搬送波１０４の周波数帯を決定する。そして、復調部１１２は、決定して周波数帯の搬送波１０４で信号フレームを復調する。   When receiving information indicating the frequency of the masker signal, the demodulation unit 112 determines the frequency band of the carrier 104 to be demodulated based on the frequency of the input masker signal and the frequency band stored in association with the storage unit 113. Then, the demodulation unit 112 determines and demodulates the signal frame with the carrier wave 104 in the frequency band.

復調部１１２が、例えば、ＯＦＤＭ復調方式で復調する場合は、信号フレームをフーリエ変換する。復調部１１２は復調により得た各搬送波１０４のスペクトル係数をＰ／Ｓ変換部１０５へ出力する。   For example, when the demodulating unit 112 demodulates by an OFDM demodulation method, the signal frame is Fourier transformed. Demodulation section 112 outputs the spectrum coefficient of each carrier wave 104 obtained by demodulation to P / S conversion section 105.

Ｐ／Ｓ変換部１０５は、入力したスペクトル係数からパラレル伝送ビットを抽出する。そして、Ｐ／Ｓ変換部１０５は、抽出したパラレル伝送ビットをシングルビットストリームに変換し、受信伝送信号１１として出力する。   The P / S converter 105 extracts parallel transmission bits from the input spectrum coefficient. Then, the P / S conversion unit 105 converts the extracted parallel transmission bits into a single bit stream and outputs it as a received transmission signal 11.

以上のように構成された復調装置１０Ａは、以下のように動作する。まず、受信音響信号９Ａが入力されると、受信音響信号９ＡがＡ／Ｄ変換部１０１によってデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号が、フレーム同期部１０２によってフレーム単位に分割される。分割された信号が、マスカー音・ガード時間除去部１０３によってフレームごとにマスカー信号及びガード時間信号が除去され、信号フレームが抽出される。また、除去されたマスカー信号は、検出部１１４によってフーリエ変換され、マスカー音の周波数が検出される。   The demodulator 10A configured as described above operates as follows. First, when the received acoustic signal 9A is input, the received acoustic signal 9A is converted into a digital signal by the A / D converter 101. The converted digital signal is divided into frames by the frame synchronization unit 102. The masked signal and guard time signal are removed from the divided signal for each frame by the masker sound / guard time removing unit 103, and a signal frame is extracted. The removed masker signal is Fourier transformed by the detection unit 114, and the frequency of the masker sound is detected.

検出したマスカー音の周波数と関連付けて格納部１１３によって格納された周波数帯の搬送波１０４で、抽出されたそれぞれの信号フレームが復調部１１２によって復調される。復調により得られた搬送波１０４のスペクトル係数からパラレル伝送ビットがＰ／Ｓ変換部１０５によって抽出される。抽出されたパラレル伝送ビットは、シングルビットストリームにＰ／Ｓ変換部１０５によって変換されて受信伝送信号１１が生成される。   Each of the extracted signal frames is demodulated by the demodulator 112 using the carrier 104 in the frequency band stored by the storage unit 113 in association with the detected frequency of the masker sound. Parallel transmission bits are extracted by the P / S converter 105 from the spectral coefficient of the carrier wave 104 obtained by demodulation. The extracted parallel transmission bits are converted into a single bit stream by the P / S conversion unit 105, and the reception transmission signal 11 is generated.

引き続いて、第１実施形態に係る変調装置４Ａ及び変調方法、並びに、復調装置１０Ａ及び復調方法についての作用効果について説明する。   Subsequently, functions and effects of the modulation device 4A and the modulation method, and the demodulation device 10A and the demodulation method according to the first embodiment will be described.

上記変調装置４Ａ及び変調方法では、変調部５１が、可聴音帯域の搬送波４２をパラレル伝送ビット３で変調して信号フレームを生成するので、可聴音波によってパラレル伝送ビットに含まれる情報をより高いビットレートで伝送可能な状態とすることができる。そして、マスカー音生成部４４が信号フレームの伝送音を聞こえにくくするマスカー音として出力されるマスカー信号を生成し、音響信号生成部５２が信号フレームにマスカー信号を付加して音響信号を生成するので、情報を伝送する可聴音波を聞こえにくい状態で伝送することができる。すなわち、人間の聴覚に不快でないレベルにもとづいた可聴音波で情報を伝送すると共に伝送情報のビットレートを向上させることができる。   In the modulation device 4A and the modulation method described above, the modulation unit 51 modulates the audible sound band carrier 42 with the parallel transmission bit 3 to generate a signal frame. It is possible to transmit at a rate. The masker sound generation unit 44 generates a masker signal that is output as a masker sound that makes it difficult to hear the transmission sound of the signal frame, and the acoustic signal generation unit 52 adds the masker signal to the signal frame to generate the acoustic signal. The audible sound wave that transmits information can be transmitted in a state in which it is difficult to hear. That is, it is possible to transmit information with an audible sound wave based on a level that is not unpleasant to human hearing and improve the bit rate of the transmitted information.

また、マスカー音生成部４４は、変調信号に挿入された各マスカー信号を正弦波で構成し、各マスカー音のうち少なくとも一部の連続したマスカー音の周波数が所定のパターンとなるようにマスカー信号の周波数を選択することも好ましい。このようにすることにより、伝送情報のビットレートを維持すると共に、音響信号の伝送中にマスカー音によって奏でる音のパターンを選択することができる。特に、マスカー音生成部４４が、各信号フレームに含まれる各マスカー音が伝送される際に一連のメロディとなるように、マスカー音の周波数を選択することにより、音響信号の伝送中にメロディを奏でることができる。   Further, the masker sound generation unit 44 configures each masker signal inserted into the modulation signal as a sine wave, and the masker signal so that the frequency of at least a part of the continuous masker sounds of each masker sound has a predetermined pattern. It is also preferable to select a frequency. By doing so, it is possible to maintain a bit rate of transmission information and to select a sound pattern played by a masker sound during transmission of an acoustic signal. In particular, the masker sound generation unit 44 selects the frequency of the masker sound so that it becomes a series of melody when each masker sound included in each signal frame is transmitted, so that the melody is transmitted during transmission of the acoustic signal. You can play.

上記復調装置１０Ａでは、マスカー音・ガード時間除去部１０３が、フレーム単位に分割された受信変調信号からマスカー信号を除去し信号フレームを抽出し、復調部１１２が信号フレームを復調するので、信号フレームとマスカー信号とを含む音響信号から信号フレームに含まれる情報を抽出することができる。   In the demodulator 10A, the masker sound / guard time removing unit 103 removes the masker signal from the received modulation signal divided into frames, extracts a signal frame, and the demodulator 112 demodulates the signal frame. And information included in the signal frame can be extracted from the acoustic signal including the masker signal.

上記復調装置１０Ａでは、搬送波１０４の周波数帯域とマスカー音の周波数とを関連付けて格納部１１３が格納し、検出部１１４がマスカー信号の周波数を検出するので、搬送波の周波数帯域を把握するために必要な情報を提供することができる。よって、復調部１１２が、検出部１１４が検出したマスカー信号の周波数と格納部１１３によって関連付けて格納された周波数帯域において音響信号を復調するので、的確に復調を行うことができる。   In the demodulating apparatus 10A, the storage unit 113 stores the frequency band of the carrier wave 104 and the frequency of the masker sound in association with each other, and the detection unit 114 detects the frequency of the masker signal, so that it is necessary for grasping the frequency band of the carrier wave. Information can be provided. Therefore, the demodulation unit 112 demodulates the acoustic signal in the frequency band stored in association with the frequency of the masker signal detected by the detection unit 114 and the storage unit 113, so that the demodulation can be performed accurately.

（第２実施形態）
本実施形態に係る音波情報伝送システムは、音声・音楽と並列に伝送信号をスピーカから再生させて情報を伝送するシステムである。本実施形態の音波情報伝送システムは、音響信号送信システムと音響信号受信システムとを備えて構成される。図７に、第２実施形態に係る音響信号送信システムＴＳ２の構成図を示す。 (Second Embodiment)
The sound wave information transmission system according to the present embodiment is a system for transmitting information by reproducing a transmission signal from a speaker in parallel with voice / music. The sound wave information transmission system according to the present embodiment includes an acoustic signal transmission system and an acoustic signal reception system. In FIG. 7, the block diagram of acoustic signal transmission system TS2 which concerns on 2nd Embodiment is shown.

本実施形態の音響信号送信システムＴＳ２は、誤り訂正符号装置２、変調装置４Ｂ、及びスピーカ６を備えて構成される。変調装置４Ｂの入力信号は、符号化伝送信号３に加えて音声または音楽等の音響信号１３がある。本実施形態に係る音響信号送信システムＴＳ２と第１実施形態に係る音響信号送信システムＴＳ１との相違点は、変調装置４Ａに換えて変調装置４Ｂを備え、変調装置４Ｂが音響信号１３を入力する点である。   The acoustic signal transmission system TS2 of the present embodiment includes an error correction coding device 2, a modulation device 4B, and a speaker 6. The input signal of the modulation device 4B includes an audio signal 13 such as voice or music in addition to the encoded transmission signal 3. The difference between the acoustic signal transmission system TS2 according to the present embodiment and the acoustic signal transmission system TS1 according to the first embodiment is that a modulation device 4B is provided instead of the modulation device 4A, and the modulation device 4B inputs the acoustic signal 13. Is a point.

本実施形態の音響信号受信システムは、第１実施形態の音響信号受信システムＲＳ１と同様な構成であり、復調装置１０Ａに換えて復調装置１０Ｂを備える。   The acoustic signal receiving system of this embodiment has the same configuration as the acoustic signal receiving system RS1 of the first embodiment, and includes a demodulating device 10B instead of the demodulating device 10A.

変調装置４Ｂは、符号化伝送信号３を音響信号として伝送できるように変換し、音響信号１３と合成して合成音響信号１４Ｂを出力する。合成音響信号１４Ｂは、音響信号受信システムのマイクロフォン８によって受信音響信号９Ｂとして受信される。復調装置１０Ｂは、受信音響信号９Ｂから受信伝送信号１１を抽出する。引き続いて、変調装置４Ｂと復調装置１０Ｂとについて詳細に説明する。   The modulation device 4B converts the encoded transmission signal 3 so that it can be transmitted as an acoustic signal, synthesizes it with the acoustic signal 13, and outputs a synthesized acoustic signal 14B. The synthesized sound signal 14B is received as the received sound signal 9B by the microphone 8 of the sound signal receiving system. The demodulator 10B extracts the received transmission signal 11 from the received acoustic signal 9B. Subsequently, the modulation device 4B and the demodulation device 10B will be described in detail.

図８に、第２実施形態に係る変調装置４Ｂの構成図を示す。変調装置４Ｂは、Ｓ／Ｐ変換部４１、スペクトル包絡振幅調整部４７、変調部５３（変調手段）、ガード時間信号生成部４３、フレーム同期信号生成部４５、バンドパスフィルタ４８、音響信号生成部５４（音響信号生成手段）、及びＤ／Ａ変換部４６を備えて構成される。Ｓ／Ｐ変換部４１、ガード時間信号生成部４３、フレーム同期信号生成部４５、及びＤ／Ａ変換部４６が有する機能は、第１実施形態に係る変調装置４Ａに含まれる部分と同様なので説明を省略する。   FIG. 8 shows a configuration diagram of a modulation device 4B according to the second embodiment. The modulation device 4B includes an S / P conversion unit 41, a spectrum envelope amplitude adjustment unit 47, a modulation unit 53 (modulation means), a guard time signal generation unit 43, a frame synchronization signal generation unit 45, a band pass filter 48, and an acoustic signal generation unit. 54 (acoustic signal generation means) and a D / A converter 46. The functions of the S / P conversion unit 41, the guard time signal generation unit 43, the frame synchronization signal generation unit 45, and the D / A conversion unit 46 are the same as those included in the modulation device 4A according to the first embodiment. Is omitted.

スペクトル包絡振幅調整部４７は、音響信号１３を入力として、入力した音響信号をフーリエ変換し、音響信号１３のスペクトル包絡を計算する。すなわち、スペクトル包絡振幅調整部４７は、音響信号１３の各周波数における振幅を計算する。そして、スペクトル包絡振幅調整部４７は、スペクトル包絡の計算結果を変調部５３へ出力する。また、スペクトル包絡振幅調整部４７は、入力した音響信号１３をバンドパスフィルタ４８へ出力する。   The spectrum envelope amplitude adjustment unit 47 receives the acoustic signal 13 and performs Fourier transform on the input acoustic signal to calculate the spectral envelope of the acoustic signal 13. That is, the spectrum envelope amplitude adjustment unit 47 calculates the amplitude at each frequency of the acoustic signal 13. Then, the spectrum envelope amplitude adjustment unit 47 outputs the calculation result of the spectrum envelope to the modulation unit 53. Further, the spectrum envelope amplitude adjustment unit 47 outputs the input acoustic signal 13 to the band pass filter 48.

変調部５３は、Ｓ／Ｐ変換部４１から入力したパラレルビットストリームに受信側（復調装置１０Ｂ）で既知の伝送ビットをパイロット信号４９としてパラレルに付加する。次に、変調部５３は、スペクトル包絡振幅調整部４７から出力されたスペクトル包絡の計算結果に基づいて、パイロット信号４９を含めたパラレル伝送ビットの各ビットに、音響信号１３の各周波数の振幅情報をそれぞれ対応させて付加する。そして、変調部５３は、音響信号１３の振幅情報が付加された各伝送ビットで搬送波４２を変調する。   The modulation unit 53 adds a known transmission bit in parallel to the parallel bit stream input from the S / P conversion unit 41 as a pilot signal 49 on the reception side (demodulation device 10B). Next, based on the calculation result of the spectral envelope output from the spectral envelope amplitude adjusting unit 47, the modulation unit 53 adds amplitude information of each frequency of the acoustic signal 13 to each bit of the parallel transmission bits including the pilot signal 49. Are added correspondingly. Then, the modulation unit 53 modulates the carrier wave 42 with each transmission bit to which the amplitude information of the acoustic signal 13 is added.

このようにして、変調部５３は、各搬送波４２の振幅を音響信号１３のスペクトル包絡に合わせると共に、パイロット信号４９を含めたパラレル伝送ビットの各ビットで各搬送波４２を変調する。変調部５３は、ＯＦＤＭ変調方式を用いて変調する。すなわち、変調部５３は、搬送波４２の周波数として互いに直交関係にある直交周波数を用い、スペクトル包絡とパラレル伝送ビットを各搬送波周波数のスペクトル係数として割り当て、逆フーリエ変換することで変調する。   In this manner, the modulation unit 53 matches the amplitude of each carrier 42 with the spectrum envelope of the acoustic signal 13 and modulates each carrier 42 with each bit of the parallel transmission bits including the pilot signal 49. The modulation unit 53 modulates using the OFDM modulation method. That is, the modulation unit 53 uses orthogonal frequencies that are orthogonal to each other as the frequency of the carrier 42, assigns a spectrum envelope and parallel transmission bits as spectrum coefficients of each carrier frequency, and performs modulation by inverse Fourier transform.

また、変調部５３は、計算結果が示すスペクトル包絡において可聴レベルに基づく所定の閾値に満たない周波数がある場合に、その周波数のスペクトルのパワーを閾値まで増幅する。閾値は、例えば、可聴レベル以下又は許容範囲の値以下に設定される。変調部５３は、変調した各搬送波４２の信号を合成し、信号フレームを形成する。変調部５３は、形成した信号フレームをガード時間信号生成部４３へ出力する。   In addition, when there is a frequency that does not satisfy a predetermined threshold value based on the audible level in the spectrum envelope indicated by the calculation result, the modulation unit 53 amplifies the spectrum power at that frequency to the threshold value. The threshold is set, for example, below an audible level or below an allowable range value. The modulation unit 53 combines the modulated signals of the carrier waves 42 to form a signal frame. The modulation unit 53 outputs the formed signal frame to the guard time signal generation unit 43.

バンドパスフィルタ４８は、入力した音響信号１３における搬送波４２の周波数帯域の成分を除去して音響信号生成部５４へ出力する。   The band-pass filter 48 removes the frequency band component of the carrier wave 42 from the input acoustic signal 13 and outputs it to the acoustic signal generation unit 54.

音響信号生成部５４は、フレーム同期信号生成部４５から出力されるフレーム信号とガード時間信号とフレーム同期信号と、バンドパスフィルタ４８から出力される音響信号１３と、を重畳して合成音響信号１４Ｂを生成する。すなわち、音響信号生成部５４は、音響信号１３における搬送波４２の周波数帯域の成分を変調信号と置き換えて合成音響信号１４Ｂを生成することとなる。音響信号生成部５４は、生成した合成音響信号１４ＢをＤ／Ａ変換部４６へ出力する。   The acoustic signal generation unit 54 superimposes the frame signal output from the frame synchronization signal generation unit 45, the guard time signal, the frame synchronization signal, and the acoustic signal 13 output from the band-pass filter 48, thereby synthesizing the acoustic signal 14B. Is generated. That is, the acoustic signal generation unit 54 generates the synthesized acoustic signal 14B by replacing the frequency band component of the carrier wave 42 in the acoustic signal 13 with the modulation signal. The acoustic signal generation unit 54 outputs the generated synthesized acoustic signal 14B to the D / A conversion unit 46.

合成音響信号の生成方法について図９を参照してより詳細に説明する。図９（ａ）は、音響信号１３のスペクトルの例を示す。バンドパスフィルタ４８は、図９（ｂ）に示すように、図９（ａ）に示す音響信号１３から搬送波４２の周波数帯域Ｄの成分を除去する。図９（ｂ）において、実線部分が周波数帯域Ｄの成分が除去された音響信号１３を示し、点線が除去した周波数帯域Ｄを示す。   A method for generating a synthesized sound signal will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 9A shows an example of the spectrum of the acoustic signal 13. As shown in FIG. 9B, the bandpass filter 48 removes the component of the frequency band D of the carrier wave 42 from the acoustic signal 13 shown in FIG. In FIG. 9B, the solid line portion indicates the acoustic signal 13 from which the frequency band D component has been removed, and the dotted line indicates the frequency band D from which the component has been removed.

変調部５３は、図９（ｃ）に示すように、各搬送波４２の振幅をスペクトル包絡に合わせ、各搬送波４２を変調して変調信号４２Ｆを生成する。音響信号生成部５４は、図９（ｃ）に示すように、変調信号４２Ｆと周波数帯域Ｄの成分が除去された音響信号１３とを重畳して合成変調信号１４Ｂを生成する。   As shown in FIG. 9C, the modulation unit 53 adjusts the amplitude of each carrier 42 to the spectrum envelope and modulates each carrier 42 to generate a modulated signal 42F. As shown in FIG. 9C, the acoustic signal generator 54 superimposes the modulated signal 42F and the acoustic signal 13 from which the frequency band D component has been removed to generate a combined modulated signal 14B.

図１０に、合成音響信号１４Ｂに含まれる信号フレーム、ガード時間信号、マスカー信号、フレーム同期信号の周波数利用例を示す。フレーム同期信号の先頭は、ガード時間の開始ポイントと一致させる。スペクトル拡散したフレーム同期信号は、音響信号１３の成分が残っている低音域で伝送される。ガード時間、及び信号フレームは、高音域で伝送される。すなわち、フレーム同期信号は、信号フレーム及びガード時間を伝送する周波数帯とは異なる周波数帯で伝送する。   FIG. 10 shows an example of frequency usage of the signal frame, guard time signal, masker signal, and frame synchronization signal included in the synthesized acoustic signal 14B. The head of the frame synchronization signal is matched with the start point of the guard time. The spread spectrum frame synchronization signal is transmitted in the low sound range where the component of the acoustic signal 13 remains. The guard time and the signal frame are transmitted in a high sound range. That is, the frame synchronization signal is transmitted in a frequency band different from the frequency band for transmitting the signal frame and the guard time.

引き続いて、変調装置４Ｂにおける変調方法について図１１を参照しながら説明する。図１１は、第２実施形態に係る変調方法のフローチャートである。   Subsequently, a modulation method in the modulation device 4B will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart of the modulation method according to the second embodiment.

まず、符号化伝送信号３が、Ｓ／Ｐ変換部４１によってシングルビットストリームからパラレルビットストリームに変換される（Ｓ２１）。また、音響信号１３のスペクトル包絡が、スペクトル包絡振幅調整部４７によって計算される（Ｓ２２）。閾値に満たない音響信号１３の周波数がある場合に、該当する周波数のパワーが変調部５３によって増幅される（Ｓ２３）。   First, the encoded transmission signal 3 is converted from a single bit stream to a parallel bit stream by the S / P converter 41 (S21). Further, the spectral envelope of the acoustic signal 13 is calculated by the spectral envelope amplitude adjusting unit 47 (S22). When there is a frequency of the acoustic signal 13 that does not satisfy the threshold, the power of the corresponding frequency is amplified by the modulation unit 53 (S23).

その後、スペクトル包絡の計算結果に示される音響信号１３の各周波数の振幅情報が、パイロット信号４９を含めたパラレル伝送ビットの各ビットに、それぞれ対応させて付加される。そして、音響信号１３の振幅情報が付加された各伝送ビットで搬送波４２が変調される。すなわち、搬送波４２の振幅を音響信号１３がスペクトル包絡に合わせて変調部５３によって調整されると共に各搬送波４２が各伝送ビットで変調（逆フーリエ変換）される。そして、変調された各搬送波４２の信号が合成されて信号フレームが形成される（Ｓ２４）。   Thereafter, the amplitude information of each frequency of the acoustic signal 13 indicated in the calculation result of the spectrum envelope is added in correspondence with each bit of the parallel transmission bits including the pilot signal 49. Then, the carrier wave 42 is modulated by each transmission bit to which the amplitude information of the acoustic signal 13 is added. That is, the amplitude of the carrier wave 42 is adjusted by the modulation unit 53 in accordance with the spectrum envelope of the acoustic signal 13 and each carrier wave 42 is modulated (inverse Fourier transform) with each transmission bit. Then, the modulated signals of the carrier waves 42 are combined to form a signal frame (S24).

形成された信号フレームの後方区間が、ガード時間信号生成部４３によって複製されて前方に連結され、ガード時間信号が生成される（Ｓ２５）。ガード時間が生成されると、Ｍ系列符号で変調したＰＮ（疑似ノイズ）信号が、フレーム同期信号生成部４５によって生成され、フレーム同期信号として信号フレームに付加される（Ｓ２６）。   The rear section of the formed signal frame is duplicated by the guard time signal generation unit 43 and connected to the front to generate a guard time signal (S25). When the guard time is generated, a PN (pseudo noise) signal modulated by the M-sequence code is generated by the frame synchronization signal generation unit 45 and added to the signal frame as a frame synchronization signal (S26).

搬送波４２の周波数帯域が削除された音響信号１３と信号フレームとが、音響信号生成部５４によって重畳されて、合成音響信号が生成される（Ｓ２７）。生成した合成音響信号１４Ｂが、Ｄ／Ａ変換部４６によってアナログ信号に変換されて出力される（Ｓ２８）。   The acoustic signal 13 from which the frequency band of the carrier wave 42 has been deleted and the signal frame are superimposed by the acoustic signal generator 54 to generate a synthesized acoustic signal (S27). The generated synthesized acoustic signal 14B is converted into an analog signal by the D / A converter 46 and output (S28).

このようにして出力された合成音響信号１４Ｂは、スピーカ６から音波７として出力され、音響信号１３に基づくメロディを奏でると共に空間を信号が伝搬する。そして、音波７が音響信号受信システムに含まれるマイクロフォン８によって受信される。マイクロフォン８によって受信された音波７は、受信音響信号９Ｂとして復調装置１０Ｂへ出力される。   The synthesized acoustic signal 14B output in this way is output as a sound wave 7 from the speaker 6, plays a melody based on the acoustic signal 13, and propagates the signal in space. The sound wave 7 is received by the microphone 8 included in the acoustic signal receiving system. The sound wave 7 received by the microphone 8 is output to the demodulator 10B as a received acoustic signal 9B.

次に復調装置１０Ｂについて説明する。図１２に、第２実施形態に係る復調装置１０Ｂの構成図を示す。復調装置１０Ｂは、Ａ／Ｄ変換部１０１、バンドパスフィルタ１０６、フレーム同期部１０２、ガード時間除去部１１５、復調部１１２、位相補正部１０９、及びＰ／Ｓ変換部１０５を備えて構成される。このうち、Ａ／Ｄ変換部１０１、フレーム同期部１０２、及びＰ／Ｓ変換部１０５は、上述した第１実施形態に係る復調装置１０Ａが備える部分と同様な機能を有するので、説明を省略する。   Next, the demodulator 10B will be described. FIG. 12 shows a configuration diagram of a demodulation device 10B according to the second embodiment. The demodulator 10B includes an A / D converter 101, a bandpass filter 106, a frame synchronizer 102, a guard time remover 115, a demodulator 112, a phase corrector 109, and a P / S converter 105. . Among these, the A / D conversion unit 101, the frame synchronization unit 102, and the P / S conversion unit 105 have the same functions as those included in the demodulator 10A according to the first embodiment described above, and thus the description thereof is omitted. .

バンドパスフィルタ１０６は、Ａ／Ｄ変換部１０１によって出力されたデジタル信号を入力し、入力したデジタル信号をフレーム同期信号成分のある帯域と、信号フレーム成分のある帯域に分割する。フレーム同期信号成分のある帯域の信号をフレーム同期信号１０７とし、信号フレーム成分のある帯域の信号をＯＦＤＭ変調信号１０８とする。バンドパスフィルタ１０６は、フレーム同期信号１０７とＯＦＤＭ変調信号１０８とをそれぞれフレーム同期部１０２へ出力する。   The band pass filter 106 receives the digital signal output from the A / D conversion unit 101 and divides the input digital signal into a band having a frame synchronization signal component and a band having a signal frame component. A signal in a band having a frame synchronization signal component is referred to as a frame synchronization signal 107, and a signal in a band having a signal frame component is referred to as an OFDM modulation signal 108. The band pass filter 106 outputs the frame synchronization signal 107 and the OFDM modulation signal 108 to the frame synchronization unit 102, respectively.

フレーム同期部１０２は、フレーム同期信号１０７を１サンプルおよび数サンプルずつずらしながらM系列符号で変調したＰＮ信号との相関をとり、相関値の最も高いポイントをフレーム同期ポイントと認識する。そして、フレーム同期部１０２は、認識したフレーム同期ポイントに応じてＯＦＤＭ変調信号１０８をフレーム単位に分割する。フレーム同期部１０２は、分割したＯＦＤＭ変調信号１０８をガード時間除去部１１５へ出力する。   The frame synchronization unit 102 obtains a correlation with the PN signal modulated with the M-sequence code while shifting the frame synchronization signal 107 by one sample and several samples, and recognizes the point with the highest correlation value as the frame synchronization point. Then, the frame synchronization unit 102 divides the OFDM modulated signal 108 into frames in accordance with the recognized frame synchronization point. Frame synchronization section 102 outputs the divided OFDM modulated signal 108 to guard time removal section 115.

ガード時間除去部１１５は、分割されたフレームごとにガード時間を除去し、信号フレームを抽出する。ガード時間除去部１１５は、抽出した信号フレームを復調部１１６へ出力する。   The guard time removing unit 115 removes the guard time for each divided frame and extracts a signal frame. The guard time removal unit 115 outputs the extracted signal frame to the demodulation unit 116.

復調部１１６は、抽出した信号フレームに対して各搬送波１０４で復調する。復調部１１６は、信号フレームをフーリエ変換してＯＦＤＭ復調方式により復調する。   The demodulator 116 demodulates the extracted signal frame with each carrier wave 104. The demodulator 116 performs a Fourier transform on the signal frame and demodulates the signal frame using an OFDM demodulation method.

位相補正部１０９は、復調された搬送波１０４からパイロット信号を抽出する。そして位相補正部１０９は、抽出したパイロット信号のスペクトル係数と既知のパイロット信号４９のスペクトル係数とを比較することにより、パイロット信号の信号変化を検出する。そして位相補正部１０９は、検出した信号変化に基づいて他の搬送波１０４の信号の補正をする。位相補正部１０９は、補正した信号をＰ／Ｓ変換部１０５へ出力する。   The phase correction unit 109 extracts a pilot signal from the demodulated carrier wave 104. Then, the phase correction unit 109 detects the signal change of the pilot signal by comparing the spectrum coefficient of the extracted pilot signal with the spectrum coefficient of the known pilot signal 49. The phase correction unit 109 corrects the signal of the other carrier 104 based on the detected signal change. The phase correction unit 109 outputs the corrected signal to the P / S conversion unit 105.

Ｐ／Ｓ変換部１０５は、入力した信号からパラレル伝送ビットを抽出する。そして、Ｐ／Ｓ変換部１０５は、抽出したパラレル伝送ビットをシングルビットストリームに変換し、受信伝送信号１１として出力する。   The P / S converter 105 extracts parallel transmission bits from the input signal. Then, the P / S conversion unit 105 converts the extracted parallel transmission bits into a single bit stream and outputs it as a received transmission signal 11.

以上のように構成された復調装置１０Ｂは、以下のように動作する。まず、受信音響信号９Ｂが入力されると、受信音響信号９ＢがＡ／Ｄ変換部１０１によってデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号が、フレーム同期信号１０７とＯＦＤＭ変調信号１０８とにバンドパスフィルタ１０６によって分割される。ＯＦＤＭ変調信号１０８がフレーム同期信号１０７に基づいてフレーム同期部１０２によってフレーム単位に分割される。分割されたデジタル信号が、ガード時間除去部１１５によってフレームごとにガード時間信号が除去され、信号フレームが抽出される。   The demodulator 10B configured as described above operates as follows. First, when the received acoustic signal 9B is input, the received acoustic signal 9B is converted into a digital signal by the A / D converter 101. The converted digital signal is divided into a frame synchronization signal 107 and an OFDM modulation signal 108 by a band pass filter 106. The OFDM modulation signal 108 is divided into frame units by the frame synchronization unit 102 based on the frame synchronization signal 107. The guard time signal is removed from the divided digital signal for each frame by the guard time removing unit 115, and a signal frame is extracted.

抽出されたそれぞれの信号フレームが搬送波１０４で復調部１１６によって復調される。復調された信号フレームからパイロット信号が位相補正部１０９によって抽出され、抽出されたパイロット信号と既知のパイロット信号４９との変化から他の搬送波１０４の信号が補正される。搬送波１０４の補正後、搬送波１０４のスペクトル係数からパラレル伝送ビットがＰ／Ｓ変換部１０５によって抽出される。抽出されたパラレル伝送ビットは、シングルビットストリームにＰ／Ｓ変換部１０５によって変換されて受信伝送信号１１が生成される。   Each extracted signal frame is demodulated by the demodulation unit 116 on the carrier wave 104. A pilot signal is extracted from the demodulated signal frame by the phase correction unit 109, and the signal of the other carrier 104 is corrected from the change between the extracted pilot signal and the known pilot signal 49. After correcting the carrier wave 104, parallel transmission bits are extracted from the spectral coefficient of the carrier wave 104 by the P / S converter 105. The extracted parallel transmission bits are converted into a single bit stream by the P / S conversion unit 105, and the reception transmission signal 11 is generated.

引き続いて、第２実施形態に係る変調装置４Ｂ、変調方法、及び復調装置１０Ｂについての作用効果について説明する。   Subsequently, functions and effects of the modulation device 4B, the modulation method, and the demodulation device 10B according to the second embodiment will be described.

上記変調装置４Ｂ及び変調方法では、変調部５３が可聴音帯域の搬送波４２の振幅を音響信号１３のスペクトル包絡に合わせると共に搬送波４２をベースバンド信号で変調して変調信号を生成するので、音響信号１３に基づく音を奏でる可聴音波を生成すると共に可聴音波によってベースバンド信号に含まれる信号をより高いビットレートで伝送可能な状態とすることとなる。そして音響信号生成部５４が搬送波４２の周波数帯域を変調信号と置き換えて合成音響信号を生成するので、音響信号１３に基づく音を奏でると共に伝送情報ビットレートを向上させて情報を伝送することができる。   In the modulation device 4B and the modulation method, the modulation unit 53 adjusts the amplitude of the carrier wave 42 in the audible sound band to the spectral envelope of the acoustic signal 13 and modulates the carrier wave 42 with the baseband signal to generate a modulated signal. The audible sound wave which produces the sound based on 13 will be produced | generated, and the signal contained in a baseband signal will be in the state which can be transmitted by a higher bit rate by an audible sound wave. The acoustic signal generation unit 54 replaces the frequency band of the carrier wave 42 with the modulation signal to generate a synthesized acoustic signal, so that the sound based on the acoustic signal 13 can be played and the transmission information bit rate can be improved to transmit information. .

また、変調部５３は、音響信号１３のスペクトル包絡において可聴レベルに基づく所定の閾値に満たない周波数がある場合に、該周波数のスペクトルのパワーを閾値まで増幅するので、伝送中に不快な音を発生することなく伝送信号のＳＮ比を向上させることができる。   Further, when there is a frequency that does not satisfy a predetermined threshold based on the audible level in the spectral envelope of the acoustic signal 13, the modulation unit 53 amplifies the power of the spectrum of the frequency to the threshold, so that unpleasant sound is transmitted during transmission. The S / N ratio of the transmission signal can be improved without being generated.

また、位相補正部１０９は、既知の信号（例えば、パイロット信号）で変調された搬送波４２の信号の変化から他の搬送波４２の信号の変化を推定して信号を補正するので、信号伝搬中に生じた信号の振幅又は位相の変化を補正することができる。よって、信号の変化による信号の識別の誤りを低減することができる。   The phase correction unit 109 corrects the signal by estimating the change in the signal of the other carrier 42 from the change in the signal of the carrier 42 modulated by a known signal (for example, a pilot signal). Changes in the amplitude or phase of the resulting signal can be corrected. Therefore, it is possible to reduce signal identification errors due to signal changes.

また、上記変調装置４Ａにおいて、信号フレームに含まれる特定の搬送波４２をパイロット信号４９で変調し、上記復調装置１０Ｂにおいて、特定の搬送波４２の信号変化から他の搬送波４２の信号を補正するとした。これに対して、特定の信号フレームの全ての搬送波４２をパイロット信号４９で変調し、その信号フレームの各搬送波４２の信号変化から、他の信号フレームのそれぞれ同じ搬送波４２の信号を補正してもよい。このように、既知の信号で変調されたある時間帯の信号の変化から他の時間帯の信号の変化を推定し、信号を補正してもよい。このようにすることにより、信号の変化による信号の識別の誤りを低減することができる。   Further, the modulation device 4A modulates the specific carrier wave 42 included in the signal frame with the pilot signal 49, and the demodulation device 10B corrects the signal of the other carrier wave 42 from the signal change of the specific carrier wave 42. On the other hand, even if all the carriers 42 of a specific signal frame are modulated with the pilot signal 49 and the signal change of each carrier 42 of the signal frame is corrected, the signals of the same carrier 42 of other signal frames are corrected. Good. As described above, a change in a signal in another time zone may be estimated from a change in a signal in a certain time zone modulated by a known signal, and the signal may be corrected. In this way, it is possible to reduce signal identification errors due to signal changes.

（第３実施形態）
本実施形態に係る音波情報伝送システムは、上記第２実施形態と同様に音声・音楽と並列に伝送信号及びマスカー音を加えてスピーカから再生させて伝送するシステムである。また、この音波情報伝送システムは、受信側において、送信側と受信側とのサンプリング周波数の微小なずれを補正する。 (Third embodiment)
The sound wave information transmission system according to the present embodiment is a system for transmitting a transmission signal and a masker sound in parallel with voice / music and reproducing and transmitting from a speaker as in the second embodiment. Further, this sound wave information transmission system corrects a small deviation in sampling frequency between the transmission side and the reception side on the reception side.

本実施形態に係る音波情報伝送システムは、上記第２実施形態の音波情報伝送システムと同様に、音響信号送信システム（送信側）と音響信号受信システム（受信側）とを備えて構成される。本実施形態の変調装置４Ｃは、符号化伝送信号３を音波として伝送できるように変換し、音響信号１３と合成して合成音響信号１４Ｂを出力する。復調装置１０Ｃは、受信音響信号９Ｃから受信伝送信号１１を抽出する。   Similar to the sound wave information transmission system of the second embodiment, the sound wave information transmission system according to the present embodiment includes an acoustic signal transmission system (transmission side) and an acoustic signal reception system (reception side). The modulation device 4C of the present embodiment converts the encoded transmission signal 3 so that it can be transmitted as a sound wave, synthesizes it with the acoustic signal 13, and outputs a synthesized acoustic signal 14B. The demodulator 10C extracts the received transmission signal 11 from the received acoustic signal 9C.

本実施形態の音響信号送信システムは、第２実施形態の音響信号送信システムＲＳ２と同様な構成であり、変調装置４Ｂに換えて変調装置４Ｃを備える。本実施形態の音響信号受信システムは、第２実施形態の音響信号受信システムと同様な構成であり、復調装置１０Ｂに換えて復調装置１０Ｃを備える。引き続いて変調装置４Ｃ及び復調装置１０Ｃについて詳細に説明する。   The acoustic signal transmission system of the present embodiment has the same configuration as the acoustic signal transmission system RS2 of the second embodiment, and includes a modulation device 4C instead of the modulation device 4B. The acoustic signal receiving system of this embodiment has the same configuration as the acoustic signal receiving system of the second embodiment, and includes a demodulating device 10C instead of the demodulating device 10B. Subsequently, the modulation device 4C and the demodulation device 10C will be described in detail.

図１３に、第３実施形態に係る変調装置４Ｃの構成を示す。変調装置４Ｃは、Ｓ／Ｐ変換部４１、スペクトル包絡振幅調整部４７、変調部５３、ガード時間信号生成部４３、マスカー音生成部４４、音響信号生成部５２、フレーム同期信号生成部４５、バンドパスフィルタ４８、音響信号生成部５４、及びＤ／Ａ変換部４６を備える。これらの構成要素は、第１実施形態及び第２実施形態の変調装置４Ｂ，４Ｃに含まれる構成要素と同様な機能を有するので、各構成要素の詳細な説明は省略する。   FIG. 13 shows a configuration of a modulation device 4C according to the third embodiment. The modulation device 4C includes an S / P conversion unit 41, a spectrum envelope amplitude adjustment unit 47, a modulation unit 53, a guard time signal generation unit 43, a masker sound generation unit 44, an acoustic signal generation unit 52, a frame synchronization signal generation unit 45, a band A pass filter 48, an acoustic signal generation unit 54, and a D / A conversion unit 46 are provided. Since these components have the same functions as the components included in the modulation devices 4B and 4C of the first and second embodiments, detailed description of each component is omitted.

引き続いて、変調装置４Ｃにおける変調方法について説明する。まず、符号化伝送信号３がＳ／Ｐ変換部４１に入力されて、シングルビットストリームの符号化伝送信号３がパラレルビットストリームに変換される。変換されたパラレルビットストリームにパイロット信号４９がパラレルに変調部５３によって付加される。一方で、音響信号１３がスペクトル包絡振幅調整部４７によって入力され、スペクトル包絡が計算される。   Subsequently, a modulation method in the modulation device 4C will be described. First, the encoded transmission signal 3 is input to the S / P converter 41, and the encoded transmission signal 3 of a single bit stream is converted into a parallel bit stream. A pilot signal 49 is added in parallel to the converted parallel bit stream by the modulation unit 53. On the other hand, the acoustic signal 13 is input by the spectrum envelope amplitude adjustment unit 47, and the spectrum envelope is calculated.

計算されたスペクトル包絡を用いて、各搬送波４２の振幅が音響信号１３のスペクトル包絡に合わせて調節されると共に、パイロット信号４９を含めたパラレル伝送ビットの各ビットで各搬送波４２が変調部５３によって変調される。変調された各搬送波４２の信号は、変調部５３によって合成され、信号フレームが形成される。信号フレームの後方区間が、ガード時間信号生成部４３によって複製されて信号フレームの前方にガード時間信号として連結される。   Using the calculated spectral envelope, the amplitude of each carrier wave 42 is adjusted in accordance with the spectral envelope of the acoustic signal 13, and each carrier wave 42 is modulated by the modulation unit 53 at each bit of the parallel transmission bits including the pilot signal 49. Modulated. The modulated signal of each carrier wave 42 is synthesized by the modulation unit 53 to form a signal frame. The rear section of the signal frame is duplicated by the guard time signal generation unit 43 and connected as a guard time signal in front of the signal frame.

この信号フレームおよびガード時間信号をマスキングするマスカー音のマスカー信号がマスカー音生成部４４によって生成される。生成されたマスカー信号は、音響信号生成部５２によってガード時間信号の前方および信号フレームの後方に付加される。そして、信号フレーム、ガード時間信号、及びマスカー信号の場所を受信側で特定するためのフレーム同期信号が、フレーム同期信号生成部４５によって生成され、信号フレームに付加される。   A masker sound masker signal for masking the signal frame and the guard time signal is generated by the masker sound generator 44. The generated masker signal is added by the acoustic signal generator 52 in front of the guard time signal and behind the signal frame. A frame synchronization signal for specifying the location of the signal frame, the guard time signal, and the masker signal on the receiving side is generated by the frame synchronization signal generation unit 45 and added to the signal frame.

一方で、スペクトル包絡振幅調整部４７によって入力された音響信号１３は、バンドパスフィルタ４８によって搬送波周波数帯の成分が除去される。搬送波４２の周波数帯域が除去された音響信号１３と、信号フレームとガード時間信号とマスカー信号とが、音響信号生成部５４によって重畳されて、合成音響信号が生成される。生成した合成音響信号１４Ｃが、Ｄ／Ａ変換部４６によってアナログ信号に変換されて出力される。   On the other hand, the component of the carrier frequency band is removed from the acoustic signal 13 input by the spectrum envelope amplitude adjusting unit 47 by the bandpass filter 48. The acoustic signal 13 from which the frequency band of the carrier wave 42 is removed, the signal frame, the guard time signal, and the masker signal are superimposed by the acoustic signal generation unit 54 to generate a synthesized acoustic signal. The generated synthesized sound signal 14C is converted into an analog signal by the D / A converter 46 and output.

図１４に、このようにして生成された合成音響信号１４Ｃに含まれる信号フレーム、ガード時間信号、マスカー信号、フレーム同期信号、及び音響信号１３の周波数利用配置の例を示す。フレーム同期信号は、搬送波４２とは異なる周波数帯で伝送する。すなわち、音響信号１３の成分が残っている低音域で、スペクトル拡散したフレーム同期信号を伝送する。マスカー音は低音域、高音域の双方の周波数を用いてメロディを形成する。また、ガード時間、信号フレームを高音域で伝送する。また、フレーム同期信号の先頭は、マスカー音区間の先頭と一致させる。   FIG. 14 shows an example of the frequency utilization arrangement of the signal frame, guard time signal, masker signal, frame synchronization signal, and acoustic signal 13 included in the synthesized acoustic signal 14C thus generated. The frame synchronization signal is transmitted in a frequency band different from that of the carrier wave 42. That is, the spread spectrum frame synchronization signal is transmitted in the low frequency range where the component of the acoustic signal 13 remains. The masker sound forms a melody using both the low and high frequencies. Also, the guard time and the signal frame are transmitted in the high sound range. Also, the head of the frame synchronization signal is made to coincide with the head of the masker sound section.

また、マスカー音は、搬送波周波数帯と異なる帯域で、任意の場所に挿入してもよい。その場合、ガード時間信号と前の信号フレームが隣接し、ガード時間信号の位相と前の信号フレームの位相とが不連続になる。そこで、位相が不連続な部分をスムージングするか、または、位相不連続な部分をマスキングするように、前の信号フレームとガード時間信号の境界付近にマスカー音を挿入する。   Further, the masker sound may be inserted at an arbitrary place in a band different from the carrier frequency band. In that case, the guard time signal and the previous signal frame are adjacent to each other, and the phase of the guard time signal and the phase of the previous signal frame are discontinuous. Therefore, a masker sound is inserted in the vicinity of the boundary between the previous signal frame and the guard time signal so as to smooth the portion where the phase is discontinuous or mask the portion where the phase is discontinuous.

次に復調装置１０Ｃについて説明する。図１５に、第３実施形態に係る復調装置１０Ｃの構成を示す。復調装置１０Ｃは、周波数多重方式で変調された受信音響信号９Ｃを復調する装置である。本実施形態では、受信音響信号９Ｃは、ＯＦＤＭ変調方式で変調された信号である。復調装置１０Ｃは、Ａ／Ｄ変換部１０１、バンドパスフィルタ１０６、フレーム同期部１０２、マスカー音・ガード時間除去部１０３、ＯＦＤＭフレーム連結部１１０（連結手段）、復調部１１６、サブキャリア選択部１１１（検出手段及び補正手段）、位相補正部１０９、及びＰ／Ｓ変換部１０５を備えて構成される。復調装置１０Ａ及び１０Ｃに含まれる構成要素は、復調装置１０Ｃにおいても同様な機能を有する。   Next, the demodulator 10C will be described. FIG. 15 shows the configuration of a demodulation device 10C according to the third embodiment. The demodulating device 10C is a device that demodulates the received acoustic signal 9C modulated by the frequency multiplexing method. In the present embodiment, the received acoustic signal 9C is a signal modulated by the OFDM modulation method. The demodulator 10C includes an A / D converter 101, a bandpass filter 106, a frame synchronizer 102, a masker sound / guard time remover 103, an OFDM frame concatenation unit 110 (concatenation means), a demodulator 116, and a subcarrier selection unit 111. (Detection means and correction means), a phase correction unit 109, and a P / S conversion unit 105. The components included in the demodulation devices 10A and 10C have the same function in the demodulation device 10C.

以下、ＯＦＤＭフレーム連結部１１０とサブキャリア選択部１１１について説明すると共に、関連してマスカー音・ガード時間除去部１０３及び復調部１１６について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６及び図１７は、第３実施形態に係る復調方法を説明するための図である。   Hereinafter, the OFDM frame concatenation unit 110 and the subcarrier selection unit 111 will be described, and the masker sound / guard time removal unit 103 and the demodulation unit 116 will be described with reference to FIGS. 16 and 17. 16 and 17 are diagrams for explaining a demodulation method according to the third embodiment.

図１６（ａ）にマスカー信号及びガード時間信号とＯＦＤＭ変調信号とが合成された信号を示す。マスカー音・ガード時間除去部１０３は、図１６（ａ）に示す合成された信号からマスカー信号及びガード時間信号を除去して、信号フレームを抽出する。図１６（ｂ）が１つの信号フレームを示す。マスカー音・ガード時間除去部１０３は、抽出した信号フレームをＯＦＤＭフレーム連結部へ出力する。   FIG. 16A shows a signal obtained by combining a masker signal, a guard time signal, and an OFDM modulation signal. The masker sound / guard time removal unit 103 removes the masker signal and the guard time signal from the combined signal shown in FIG. 16A to extract a signal frame. FIG. 16B shows one signal frame. The masker sound / guard time removal unit 103 outputs the extracted signal frame to the OFDM frame concatenation unit.

ＯＦＤＭフレーム連結部１１０は、信号フレームを複製し、複製した信号フレームを連結する。例えば、ＯＦＤＭフレーム連結部１１０は、図１６（ｃ）に示すように１つの信号フレームを４つに複製し、複製した４つの信号フレームを連結する。ＯＦＤＭフレーム連結部１１０は、連結した複数の信号フレームを復調部１１６へ出力する。   The OFDM frame concatenation unit 110 duplicates signal frames and concatenates the duplicated signal frames. For example, the OFDM frame concatenation unit 110 duplicates one signal frame into four as shown in FIG. 16 (c), and concatenates the four replicated signal frames. The OFDM frame concatenation unit 110 outputs the concatenated signal frames to the demodulation unit 116.

復調部１１６は、複数連結された信号フレームをフーリエ変換してＯＦＤＭ復調方式によって復調する。このように、複数連結された信号フレームをフーリエ変換して復調することの効果を説明する。図１７（ａ）は、従来のように信号フレームを一つずつフーリエ変換した場合の信号スペクトルを示す。図１７において横軸は周波数を示し、太線の目盛りは変調装置４Ｃにおける搬送波４２の周波数を示す。図１７（ａ）には、信号スペクトルを識別した搬送波１０４の周波数（図１７における信号スペクトルの中心周波数）が搬送波４２の各周波数と一致している場合の理想的な信号スペクトルを図１７（ａ）に示す。   The demodulator 116 performs Fourier transform on a plurality of concatenated signal frames and demodulates them using an OFDM demodulation method. The effect of demodulating the signal frames that are connected in this way by Fourier transform will be described. FIG. 17A shows a signal spectrum when a signal frame is Fourier-transformed one by one as in the prior art. In FIG. 17, the horizontal axis indicates the frequency, and the thick scale indicates the frequency of the carrier wave 42 in the modulation device 4C. FIG. 17A shows an ideal signal spectrum in the case where the frequency of the carrier 104 that identifies the signal spectrum (the center frequency of the signal spectrum in FIG. 17) matches each frequency of the carrier 42. ).

図１７（ｂ）は、４個に複製して連結した信号フレームをフーリエ変換した場合の信号スペクトルを示す。図１７において横軸の細線の目盛りは、信号スペクトルを識別する搬送波１０４の周波数を示す。また、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）と同様に、信号スペクトルを識別した搬送波１０４の周波数が搬送波４２の周波数と一致している場合の理想的な信号スペクトルを示す。図１７（ａ）と（ｂ）とを比較すると、図１７（ｂ）における周波数分解能が図１７（ａ）における周波数分解能の４倍となる。すなわち、ｎ個に複製して連結した信号フレームをフーリエ変換することにより、１つの信号フレームをフーリエ変換した場合のｎ倍の周波数分解能を得ることができる。つまり、信号フレームを複数に複製して連結してフーリエ変換の対象時間を大きくすることにより、周波数分解能を高くできる。   FIG. 17B shows a signal spectrum when Fourier transform is performed on a signal frame duplicated and connected in four. In FIG. 17, the fine scale on the horizontal axis indicates the frequency of the carrier 104 that identifies the signal spectrum. FIG. 17B shows an ideal signal spectrum when the frequency of the carrier 104 identifying the signal spectrum matches the frequency of the carrier 42, as in FIG. 17A. When comparing FIGS. 17A and 17B, the frequency resolution in FIG. 17B is four times the frequency resolution in FIG. That is, by subjecting n signal frames that are duplicated and connected to each other to Fourier transform, it is possible to obtain a frequency resolution that is n times that of a single signal frame that is Fourier transformed. That is, the frequency resolution can be increased by duplicating and connecting a plurality of signal frames to increase the Fourier transform target time.

ところで、送信側のサンプリング周波数と受信側のサンプリング周波数に微小なずれがあった場合、もしくはドップラー効果により搬送波４２の周波数がずれた場合、フーリエ変換により信号スペクトルを識別する搬送波１０４の周波数が搬送波４２の周波数からずれることとなる。この場合、図１７（ａ）に示すように周波数分解能が低いと、ずれた信号スペクトルを識別した搬送波１０４の周波数が隣の信号スペクトルに対応した周波数を干渉するために、それぞれの信号スペクトルを認識できない。   By the way, when there is a slight difference between the sampling frequency on the transmission side and the sampling frequency on the reception side, or when the frequency of the carrier 42 is shifted due to the Doppler effect, the frequency of the carrier 104 for identifying the signal spectrum by Fourier transform is Will deviate from this frequency. In this case, as shown in FIG. 17A, when the frequency resolution is low, the frequency of the carrier wave 104 that identifies the shifted signal spectrum interferes with the frequency corresponding to the adjacent signal spectrum, so that each signal spectrum is recognized. Can not.

図１７（ｃ）に、４個に複製して連結した信号フレームをフーリエ変換した場合の信号スペクトルであって、信号スペクトルを識別する搬送波１０４の周波数が搬送波４２の周波数からずれた場合を示す。この場合、周波数分解能が高いので、ずれた信号スペクトルを識別した直交周波数が隣の信号に対応した直交周波数を干渉しない。よって、それぞれの信号スペクトルを識別できる。   FIG. 17C shows a signal spectrum when the signal frame duplicated and connected in four is subjected to Fourier transform, and shows a case where the frequency of the carrier 104 for identifying the signal spectrum deviates from the frequency of the carrier 42. In this case, since the frequency resolution is high, the orthogonal frequency that identifies the shifted signal spectrum does not interfere with the orthogonal frequency corresponding to the adjacent signal. Therefore, each signal spectrum can be identified.

以上説明したように、信号フレームを複製して複数連結した信号フレームをフーリエ変換することにより周波数分解能を高めることができる。周波数分解能が高いので、信号スペクトルを識別する搬送波１０４の周波数がずれた場合であっても、それぞれの信号スペクトルを識別することができる。   As described above, the frequency resolution can be increased by performing Fourier transform on a plurality of concatenated signal frames by duplicating signal frames. Since the frequency resolution is high, each signal spectrum can be identified even when the frequency of the carrier wave 104 for identifying the signal spectrum is shifted.

図１５に戻って、サブキャリア選択部１１１は、復調された信号スペクトル（伝送信号）の搬送波１０４の周波数のずれを検出し、検出した搬送波１０４の周波数のずれに基づいて信号スペクトルの搬送波１０４の周波数を補正する。すなわち、サブキャリア選択部１１１は、信号スペクトルの搬送波１０４の周波数のずれを検出すると、その搬送波１０４の周波数から最も近い搬送波４２の周波数に補正する。信号スペクトルの搬送波１０４の周波数のずれは周波数ごとに異なるため、信号スペクトル毎に補正することが好ましい。   Returning to FIG. 15, the subcarrier selection unit 111 detects a frequency shift of the carrier wave 104 in the demodulated signal spectrum (transmission signal), and based on the detected frequency shift of the carrier wave 104, Correct the frequency. That is, when the subcarrier selection unit 111 detects a frequency shift of the carrier 104 in the signal spectrum, the subcarrier selection unit 111 corrects the frequency of the carrier 42 from the frequency of the carrier 104. Since the frequency shift of the carrier wave 104 of the signal spectrum differs for each frequency, it is preferable to correct for each signal spectrum.

また、サブキャリア選択部１１１は、いくつかの搬送波１０４の周波数のずれから、ずれた割合を推定して、補正を行うことも好ましい。搬送波１０４の周波数のずれは、搬送波４２の周波数から一定の割合で増減している場合が多いので、この方法は有効である。この方法によって、より大きな周波数シフト、ドップラーシフトも補正することができる。   In addition, it is preferable that the subcarrier selection unit 111 performs correction by estimating a deviation ratio from frequency deviations of several carrier waves 104. This method is effective because the frequency shift of the carrier wave 104 often increases or decreases from the frequency of the carrier wave 42 at a constant rate. By this method, a larger frequency shift and Doppler shift can be corrected.

以上のように構成された復調装置１０Ｂは、以下のように動作する。アナログの受信音響信号９Ｂが入力されると、受信音響信号９ＢがＡ／Ｄ変換部１０１によってデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号が、フレーム同期信号１０７とＯＦＤＭ変調信号１０８とにバンドパスフィルタ１０６によって分割される。ＯＦＤＭ変調信号１０８がフレーム同期信号１０７に基づいてフレーム同期部１０２によってフレーム単位に分割される。分割されたデジタル信号が、マスカー音・ガード時間除去部１０３によってフレームごとにマスカー信号及びガード時間信号が除去され、信号フレームが抽出される。   The demodulator 10B configured as described above operates as follows. When the analog received acoustic signal 9B is input, the received acoustic signal 9B is converted into a digital signal by the A / D converter 101. The converted digital signal is divided into a frame synchronization signal 107 and an OFDM modulation signal 108 by a band pass filter 106. The OFDM modulation signal 108 is divided into frame units by the frame synchronization unit 102 based on the frame synchronization signal 107. From the divided digital signal, the masker sound / guard time signal is removed for each frame by the masker sound / guard time removing unit 103, and a signal frame is extracted.

抽出された信号フレームが、OFDMフレーム連結部１１０によって複製され連結される。複数連結された信号フレームが、復調部１１６によって復調される。復調された信号において、信号スペクトルの搬送波１０４の周波数が、サブキャリア選択部１１１によって補正される。   The extracted signal frame is duplicated and concatenated by the OFDM frame concatenation unit 110. A plurality of concatenated signal frames are demodulated by the demodulation unit 116. In the demodulated signal, the frequency of the carrier 104 in the signal spectrum is corrected by the subcarrier selection unit 111.

復調された信号フレームからパイロット信号が位相補正部１０９によって抽出され、パイロット信号の変化から他の搬送波１０４の位相が補正される。搬送波１０４の補正後、搬送波１０４のスペクトル係数からパラレル伝送ビットがＰ／Ｓ変換部１０５によって抽出される。抽出されたパラレル伝送ビットは、シングルビットストリームにＰ／Ｓ変換部１０５によって変換されて受信伝送信号１１が生成される。   A pilot signal is extracted from the demodulated signal frame by the phase correction unit 109, and the phase of the other carrier 104 is corrected from the change of the pilot signal. After correcting the carrier wave 104, parallel transmission bits are extracted from the spectral coefficient of the carrier wave 104 by the P / S converter 105. The extracted parallel transmission bits are converted into a single bit stream by the P / S conversion unit 105, and the reception transmission signal 11 is generated.

引き続いて、第３実施形態に係る変調装置４Ｃ、復調装置１０Ｃ及び復調方法についての作用効果について説明する。   Subsequently, effects of the modulation device 4C, the demodulation device 10C, and the demodulation method according to the third embodiment will be described.

上記変調装置４Ｃによれば、変調部５３が搬送波１０４の振幅を音響信号１３のスペクトル包絡に合わせると共に搬送波１０４を符号化伝送信号３で変調して信号フレームを生成するので、音響信号に基づく音を奏でる可聴音波を生成すると共に可聴音波によってベースバンド信号に含まれる信号をより高いビットレートで伝送可能な状態とすることとなる。また、マスカー音生成部４４が信号フレームの伝送時の音を聞こえにくくするマスカー音として出力されるマスカー信号を生成し信号フレームに付加し、音響信号生成部５４が音響信号１３における搬送波１０４の周波数帯域の成分を変調信号（信号フレーム）と置き換えて合成音響信号を生成するので、情報を含む可聴音波をマスカー信号のマスカー音によって聞こえにくい状態で伝送することができる。すなわち、人間の聴覚に不快でないレベルにもとづいた可聴音波で情報を伝送すると共に伝送情報のビットレートを向上させることができる。   According to the modulation device 4C, the modulation unit 53 adjusts the amplitude of the carrier wave 104 to the spectral envelope of the acoustic signal 13 and modulates the carrier wave 104 with the encoded transmission signal 3 to generate a signal frame. As a result, an audible sound wave that produces the above is generated and a signal included in the baseband signal is transmitted by the audible sound wave at a higher bit rate. Further, the masker sound generation unit 44 generates a masker signal that is output as a masker sound that makes it difficult to hear the sound at the time of transmission of the signal frame, adds the masker signal to the signal frame, and the acoustic signal generation unit 54 performs the frequency of the carrier 104 in the acoustic signal 13. Since the synthesized acoustic signal is generated by replacing the band component with the modulation signal (signal frame), the audible sound wave including information can be transmitted in a state where it is difficult to hear due to the masker sound of the masker signal. That is, it is possible to transmit information with an audible sound wave based on a level that is not unpleasant to human hearing and improve the bit rate of the transmitted information.

また、上記復調装置１０Ｃ及び復調方法によれば、ＯＦＤＭフレーム連結部１１０によって複製して連結された複数の信号フレームをフーリエ変換するので、復調に用いる直交周波数である搬送波１０４の周波数の幅を狭くすることができる。すなわち、周波数分解能を向上させることができる。周波数分解能が向上したことにより、サブキャリア選択部１１１がフーリエ変換された信号フレームにおける伝送信号の搬送波１０４の周波数のずれを的確に検出し、搬送波１０４の周波数を補正することができる。   Further, according to the demodulating device 10C and the demodulating method, a plurality of signal frames duplicated and concatenated by the OFDM frame concatenating unit 110 are Fourier transformed, so that the frequency width of the carrier wave 104 which is an orthogonal frequency used for demodulation is narrowed. can do. That is, the frequency resolution can be improved. Since the frequency resolution is improved, the subcarrier selection unit 111 can accurately detect the frequency shift of the carrier wave 104 of the transmission signal in the Fourier-transformed signal frame and correct the frequency of the carrier wave 104.

第１実施形態に係る音響信号送信システムの構成図である。1 is a configuration diagram of an acoustic signal transmission system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る音響信号受信システムの構成図である。1 is a configuration diagram of an acoustic signal receiving system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る変調装置の構成図である。It is a block diagram of the modulation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る変調装置から出力される送信音響信号の周波数利用例である。It is an example of the frequency utilization of the transmission acoustic signal output from the modulation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る変調方法のフローチャートである。3 is a flowchart of a modulation method according to the first embodiment. 第１実施形態に係る復調装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a demodulation device according to a first embodiment. 第２実施形態に係る音響信号送信システムの構成図である。It is a block diagram of the acoustic signal transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る変調装置の構成図である。It is a block diagram of the modulation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る変調方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modulation method which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る変調装置から出力される送信音響信号の周波数利用配置の例である。It is an example of the frequency utilization arrangement | positioning of the transmission acoustic signal output from the modulation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る変調方法のフローチャートである。It is a flowchart of the modulation method which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る復調装置の構成図である。It is a block diagram of the demodulation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る変調装置の構成図である。It is a block diagram of the modulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る変調装置から出力される送信音響信号の周波数利用配置の例である。It is an example of the frequency utilization arrangement | positioning of the transmission acoustic signal output from the modulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る復調装置の構成図である。It is a block diagram of the demodulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る復調方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the demodulation method which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る復調方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the demodulation method which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１Ｔ…伝送データ信号、１Ｒ…伝送データ信号、２…誤り訂正符号装置、３…符号化伝送信号、４Ａ〜４Ｃ…変調装置、５Ａ…送信音響信号、６…スピーカ、７…音波、８…マイクロフォン、９Ａ〜９Ｃ…受信音響信号、１０Ａ〜１０Ｃ…復調装置、１１…受信伝送信号、１２…誤り訂正復号装置、１３…音響信号、１４Ｂ，１４Ｃ…合成音響信号、４１…Ｓ／Ｐ変換部、４２…搬送波、４３…ガード時間信号生成部、４４…マスカー音生成部、４５…フレーム同期信号生成部、４６…Ｄ／Ａ変換部、４７…スペクトル包絡振幅調整部、４８…バンドパスフィルタ、４９…パイロット信号、５１…変調部、５２…音響信号生成部、５３…変調部、５４…音響信号生成部、１０１…Ａ／Ｄ変換部、１０２…フレーム同期部、１０３…マスカー音・ガード時間除去部、１０４…搬送波、１０５…Ｐ／Ｓ変換部、１０６…バンドパスフィルタ、１０７…フレーム同期信号、１０８…ＯＦＤＭ変調信号、１０９…位相補正部、１１０…ＯＦＤＭフレーム連結部、１１１…サブキャリア選択部、１１２…復調部、１１３…格納部、１１４…検出部、１１５…ガード時間除去部、１１６…復調部、ＲＳ１，ＲＳ２…音響信号送信システム、ＴＳ１，ＴＳ２…音響信号送信システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1T ... Transmission data signal, 1R ... Transmission data signal, 2 ... Error correction encoding device, 3 ... Encoded transmission signal, 4A-4C ... Modulation device, 5A ... Transmission acoustic signal, 6 ... Speaker, 7 ... Sound wave, 8 ... Microphone , 9A to 9C ... received acoustic signal, 10A to 10C ... demodulator, 11 ... received transmission signal, 12 ... error correction decoding device, 13 ... acoustic signal, 14B, 14C ... synthesized acoustic signal, 41 ... S / P converter, 42 ... carrier wave, 43 ... guard time signal generation unit, 44 ... masker sound generation unit, 45 ... frame synchronization signal generation unit, 46 ... D / A conversion unit, 47 ... spectrum envelope amplitude adjustment unit, 48 ... band pass filter, 49 ... Pilot signal 51 ... Modulation unit 52 ... Acoustic signal generation unit 53 ... Modulation unit 54 ... Acoustic signal generation unit 101 ... A / D conversion unit 102 ... Frame synchronization unit 103 ... Mascar sound Guard time removal unit, 104 ... carrier wave, 105 ... P / S conversion unit, 106 ... band pass filter, 107 ... frame synchronization signal, 108 ... OFDM modulation signal, 109 ... phase correction unit, 110 ... OFDM frame concatenation unit, 111 ... Subcarrier selection unit 112 ... demodulation unit 113 113 storage unit 114 detection unit 115 guard time removal unit 116 demodulation unit RS1, RS2 acoustic signal transmission system TS1, TS2 acoustic signal transmission system

Claims (4)

入力された音響信号をフーリエ変換し、前記音響信号のスペクトル包絡を計算するスペクトル包絡振幅調整部と、
前記入力された音響信号における搬送波の周波数帯域の成分を除去するバンドパスフィルタと、
前記スペクトル包絡振幅調整部により計算された前記音響信号のスペクトル包絡の計算結果に基づいて、ＯＦＤＭ変調方式に基づく搬送波周波数における前記搬送波の振幅を前記音響信号のスペクトル包絡に合わせると共に、前記搬送波周波数における前記搬送波をＯＦＤＭ変調方式に基づいて変調し、変調後の各搬送波を合成して信号フレームを形成する変調部と、
前記変調部により形成された信号フレームの後方区間を複製し、複製した後方区間をガード時間信号として前記信号フレームの前方に連結させるガード時間信号生成部と、
フレーム同期を取るためのフレーム同期信号を生成するフレーム同期信号生成部と、
前記バンドパスフィルタにより前記搬送波の周波数帯域の成分が除去された前記音響信号と、前記ガード時間信号生成部により連結された前記ガード時間信号及び前記信号フレームと、前記フレーム同期信号生成部により生成された前記フレーム同期信号と、を重畳して合成音響信号を生成する音響信号生成部と、
を備え、
前記音響信号生成部は、前記合成音響信号を生成する際に、前記ガード時間信号及び前記信号フレームを伝送する周波数帯とは異なる、前記音響信号を伝送する周波数帯に、前記フレーム同期信号を配置する、
ことを特徴とする変調装置。 A spectral envelope amplitude adjustment unit that Fourier-transforms the input acoustic signal and calculates a spectral envelope of the acoustic signal;
A bandpass filter for removing a frequency band component of a carrier wave in the input acoustic signal;
Based on the calculation result of the spectral envelope of the acoustic signal calculated by the spectral envelope amplitude adjustment unit, the amplitude of the carrier at the carrier frequency based on the OFDM modulation scheme is matched to the spectral envelope of the acoustic signal, and at the carrier frequency A modulation unit that modulates the carrier wave based on an OFDM modulation scheme and combines the modulated carrier waves to form a signal frame;
A guard time signal generation unit that replicates a rear section of the signal frame formed by the modulation section and connects the copied rear section to the front of the signal frame as a guard time signal;
A frame synchronization signal generator for generating a frame synchronization signal for frame synchronization;
The acoustic signal from which the frequency band component of the carrier wave has been removed by the bandpass filter, the guard time signal and the signal frame connected by the guard time signal generation unit, and the frame synchronization signal generation unit. An acoustic signal generation unit that generates a synthesized acoustic signal by superimposing the frame synchronization signal;
With
The acoustic signal generation unit arranges the frame synchronization signal in a frequency band for transmitting the acoustic signal different from a frequency band for transmitting the guard time signal and the signal frame when generating the synthesized acoustic signal. To
A modulation device. フレーム同期信号成分のある周波数帯域と、信号フレーム成分のある周波数帯域と、を含む音響信号を復調する復調装置において、
前記音響信号を、前記フレーム同期信号成分のある周波数帯域の信号としてのフレーム同期信号と、前記信号フレーム成分のある周波数帯域の信号としてのＯＦＤＭ変調信号とに、分割するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタにより分割された前記フレーム同期信号に基づいてフレーム同期ポイントを認識し、認識したフレーム同期ポイントに応じて前記ＯＦＤＭ変調信号をフレーム単位に分割するフレーム同期部と、
を備えた復調装置。 In a demodulator that demodulates an acoustic signal including a frequency band having a frame synchronization signal component and a frequency band having a signal frame component,
A band-pass filter that divides the acoustic signal into a frame synchronization signal as a signal in a frequency band with the frame synchronization signal component and an OFDM modulation signal as a signal in a frequency band with the signal frame component;
A frame synchronization unit that recognizes a frame synchronization point based on the frame synchronization signal divided by the bandpass filter, and divides the OFDM modulation signal into frame units according to the recognized frame synchronization point;
A demodulator comprising: ＯＦＤＭ変調方式に基づく変調を行う変調装置により実行される変調方法であって、
入力された音響信号をフーリエ変換し、前記音響信号のスペクトル包絡を計算するステップと、
前記入力された音響信号における搬送波の周波数帯域の成分を除去するステップと、
前記計算された前記音響信号のスペクトル包絡の計算結果に基づいて、ＯＦＤＭ変調方式に基づく搬送波周波数における前記搬送波の振幅を前記音響信号のスペクトル包絡に合わせると共に、前記搬送波周波数における前記搬送波をＯＦＤＭ変調方式に基づいて変調し、変調後の各搬送波を合成して信号フレームを形成するステップと、
前記形成された信号フレームの後方区間を複製し、複製した後方区間をガード時間信号として前記信号フレームの前方に連結させるステップと、
フレーム同期を取るためのフレーム同期信号を生成するステップと、
前記搬送波の周波数帯域の成分が除去された前記音響信号と、前記連結された前記ガード時間信号及び前記信号フレームと、前記生成された前記フレーム同期信号と、を重畳して合成音響信号を生成するステップと、
を備え、
前記合成音響信号を生成する際には、前記ガード時間信号及び前記信号フレームを伝送する周波数帯とは異なる、前記音響信号を伝送する周波数帯に、前記フレーム同期信号を配置する、
ことを特徴とする変調方法。 A modulation method executed by a modulation apparatus that performs modulation based on an OFDM modulation scheme,
Fourier transforming the input acoustic signal and calculating a spectral envelope of the acoustic signal;
Removing a component of a frequency band of a carrier wave in the input acoustic signal;
Based on the calculated calculation result of the spectrum envelope of the acoustic signal, the amplitude of the carrier wave at the carrier frequency based on the OFDM modulation scheme is matched with the spectrum envelope of the acoustic signal, and the carrier wave at the carrier frequency is converted into the OFDM modulation scheme. And modulating the modulated carrier waves to form a signal frame;
Duplicating a rear section of the formed signal frame and connecting the copied rear section as a guard time signal in front of the signal frame;
Generating a frame synchronization signal for frame synchronization;
A synthesized acoustic signal is generated by superimposing the acoustic signal from which the frequency band component of the carrier wave has been removed, the connected guard time signal and the signal frame, and the generated frame synchronization signal. Steps,
With
When generating the synthesized acoustic signal, the frame synchronization signal is arranged in a frequency band for transmitting the acoustic signal different from a frequency band for transmitting the guard time signal and the signal frame.
A modulation method characterized by the above. フレーム同期信号成分のある周波数帯域と、信号フレーム成分のある周波数帯域と、を含む音響信号を復調する復調装置、により実行される復調方法において、
前記音響信号を、前記フレーム同期信号成分のある周波数帯域の信号としてのフレーム同期信号と、前記信号フレーム成分のある周波数帯域の信号としてのＯＦＤＭ変調信号とに、分割するステップと、
前記分割された前記フレーム同期信号に基づいてフレーム同期ポイントを認識し、認識したフレーム同期ポイントに応じて前記ＯＦＤＭ変調信号をフレーム単位に分割するステップと、
を備えた復調方法。
In a demodulation method executed by a demodulator that demodulates an acoustic signal including a frequency band having a frame synchronization signal component and a frequency band having a signal frame component,
Dividing the acoustic signal into a frame synchronization signal as a signal in a frequency band with the frame synchronization signal component and an OFDM modulation signal as a signal in a frequency band with the signal frame component;
Recognizing a frame synchronization point based on the divided frame synchronization signal, and dividing the OFDM modulation signal into frame units according to the recognized frame synchronization point;
A demodulation method comprising:
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