JP2001237724A - オーディオ信号をデジタル方式で無線伝送する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クロック同期の干渉感受性が低く、それにもか
かわらず市場に流通している所定のさまざまなクロック
周波数を処理することを可能とする。 【解決手段】再生装置から、送信機と受信機を備えた少
なくとも１つのスピーカへ多重チャンネルオーディオ信
号をデジタル方式で無線伝送する方法である。再生装置
に受け取られて場合によりステレオ信号に変換された信
号を、送信機１に設けられた走査レート変換器１４によ
って、水晶制御されるクロック発振器１５で設定された
クロックで走査し、送信機のクロック発振器は、受信機
で適用されるクロック同期の中心周波数と少なくとも実
質的に正確に一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多重チャンネルオ
ーディオ信号をデジタル方式で無線伝送する方法と装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような種類の方法および装置は、た
とえば再生装置のオーディオ信号をヘッドホンに無線伝
送するときに用いられる。

【０００３】立体的に聞こえる印象を呼び起こすために
ステレオ信号を利用することは、すでに久しい以前から
公知である。こうした２チャンネルシステムに続いて、
２つ以上のチャンネルへの拡張が行われ、さまざまに利
用されている。こうしたシステムでもっともよく知られ
ているのが、５つ以上のチャンネルを備えたドルビーサ
ラウンドシステムであり、これらのチャンネルは聴取者
の周囲に位置する相応に多数のスピーカを介して再生さ
れ、実際に立体的な聴取を可能にしている。

【０００４】人間のこうした立体的な聴取が成立する原
因は、一つには、点状の音源の音が時間的に少しづつず
れて人間の両方の耳に届くことにあり（音源が両方の耳
の間の対称面にある場合を除く）、さらには、人間の聴
覚が（肩での反射や吸収等を含めて総合的に見て）きわ
めて複雑な指向特性を有していることにあり、こうした
指向特性は入射してくる信号を、それが最終的に鼓膜で
拾われるまでに入射角に応じて著しく変化させる。人間
はこうした特性を無意識のうちに知ってるので、音源を
空間で位置特定できるのである。

【０００５】そこで、ステレオ信号またはこれに準ずる
２チャンネル信号への集約によって、多チャンネルオー
ディオ信号が聴取者にヘッドホンを介して提供される
と、これらの差異がすべて消滅して「頭の中で聞く」こ
と、ないしは頭中定位（ＩＫＬ）で聞ききとれる。

【０００６】多重チャンネルが予備フィルタリングされ
てヘッドホンに供給されるように多重チャンネル信号を
前処理する方法にはさまざまなものがあり、この場合、
フィルタ特性は人間の耳とそのすぐ周囲への影響をシミ
ュレーションしている。さらには適当な走行時間のずれ
によって右耳に届けられる信号が左耳にも届けられ、ま
たその逆も行われる。

【０００７】このようにして人は驚くほど複雑で自然に
近い聴取を体験することになり、この場合には、特に、
しばしば不快に感じられる常に不自然な「頭の中で聞
く」ことが確実に回避される。

【０００８】いわゆるケーブルレス式のヘッドホンの使
用は以前から公知である。この場合、ヘッドホンはバッ
テリや蓄電池で駆動され、信号の伝送は電波または赤外
線によって行われる。

【０００９】このような伝送は当初はアナログ式で行わ
れていたが、デジタル式の搬送媒体（ＣＤ、ＤＶＤな
ど）の利用が増えるにつれて、オーディオ信号もデジタ
ル方式で伝送される割合が増えつづけている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】オーディオ信号、ある
いは元来あらゆる種類の信号のデジタル方式の伝送は、
次のような問題を有する。

【００１１】すなわち、伝送される信号の読取りを正し
く行えるようにするために、情報パケットがいつ始まる
かを知ることが必要になる。アナログ方式の伝送と違
い、伝送される情報は完全に正しいか無意味かのいずれ
かだからである。そのため、伝送されるべき信号の再生
装置（ＣＤプレーヤー、ビデオディスク読取り装置）の
クロック発振器による制御の下で、そのために予定され
ている伝送部位では、受信機（例えばヘッドホン）にあ
るその判定回路によって認識されて当該部位から情報が
読み取られて処理されるようにするビット列が、送信機
によって設定される。

【００１２】再生装置のクロック発振器に対応して、受
信機にもやはりクロック発振器が設けられており、この
クロック発振器は同期を取った後に受信するパルスに次
の制御ビット列が現われるまで信号の再処理（復調）を
制御し、次の制御ビット列を受け取ると同期制御を行
い、必要な場合には同期を繰り返す。

【００１３】こうした方法が必要となる理由は、クロッ
ク発振器によって設定される時点で信号が読み取られ
（走査され）て伝送された情報が判定されることによっ
て、受信した信号の判定が行われるためである。

【００１４】そして送信側では再生装置の回路から供給
される情報が伝送され、こうした装置の場合には従来の
要求を満たすクロック発振器が使用されている。この場
合、当然ながら装置と装置とのクロック周波数の一致は
何の役割も果たしていなかった。なぜならこれらの装置
は独立して働くのであって、相互に接続されてはいない
からである。同じように周波数安定性も、装置内部の情
報処理を可能にして、耳に聞こえるような効果を惹起さ
せないのに十分な程度の周波数安定性しか問題にされて
いない。

【００１５】例えばＩＥＣ９５８の規格によれば、オー
ディオ信号のビットレートに関する許容範囲は±１００
０ｐｐｍである。ビットレートがこれほど大きく相違す
る場合のジッタのないクロック同期（以下、クロック回
復ともいう）は、非常に広帯域の位相調整回路と非常に
低い雑音レベルでなければ不可能である。無線伝送の場
合にしばしば生じる高い雑音レベルにもかかわらずジッ
タを十分に抑制したいときは、位相調整回路を非常に狭
帯域にしなければならず、このことは位相調整回路が非
常にゆっくりとしかロックしないので、オーディオ信号
の中断が、許容できないほど長く続くことにつながる。
そして制御技術上の理由から、雑音帯域は捕獲帯域より
も１桁だけ小さい。そこからは、後で説明するクロック
同期の不安定性を直接的に把握することができる。

【００１６】さらに、無線によるデータ伝送を行うヘッ
ドホンを使用することにより、同一のヘッドホンが異な
る装置で使用されたり、時間の経過とともに変化するク
ロック周波数をも検出して、それを考慮し、補正しなけ
ればならないという問題点が生じる。

【００１７】このことも、それ自体ではまだ問題とはな
らない。なぜならクロック回復と呼ばれる位相調整回路
を受信機で用いることで、自身が受信機で生成するクロ
ック信号のパルスエッジの間隔を到着するデータ列のパ
ルスエッジと比較し、比較されたエッジで判定された時
間的差異からエラー信号を導き出し、自身が生成するク
ロックの周波数と位相とを再調整できるからである。エ
ッジによる同期が得られればクロック同期は完璧であ
り、これをロックされた状態と呼んでいる。

【００１８】ここでロックのプロセスについて説明す
る。クロック同期がロックされた状態になったときに初
めて、これから必要な受信機の同期化が開始される。周
期的に反復される同じままのビットまたはビット群であ
って、送信機側でデータ境界を標識づけするためにエン
コーダによって周期的にデータ列に挿入されたものを、
デコーダが体系的に探す。受信機が同期化されたときに
初めて、つまり受信機が待っている同期ビット（同期ワ
ード）が受信された同期ビット（または同期ワード）と
一致したときに初めて、オーディオ信号がヘッドホンに
伝送される。

【００１９】そのことは、クロック同期がいちどロック
外れになった場合、たとえすぐに信号が再び見つかった
としても明らかに聴取可能な不快な中断がヘッドホンで
起こることでわかる。

【００２０】そしてこのような装置の受信領域では、無
線信号の不可避的なマルチパスによって受信レベルが弱
まってしまって、クロック同期が不能になるというケー
スが十分に起こり得る。するとロック外れが起こり、受
信機にある評価回路は雑音ないし不快な妨害信号を供給
するだけになる。ユーザにとって不快なこうした雑音を
防ぐため、このような種類のシステムの多くは、クロッ
ク同期がロックされていないときにはヘッドホンにある
スピーカへの信号の転送を阻止するいわゆるスケルチを
備えている。

【００２１】クロック回復が再びロックされるまでかな
りの時間が経過する可能性があるため、ロック外れの危
険は公知の技術の重大な欠点となっている。

【００２２】ロック外れをできるだけ防止するには、つ
まり干渉感受性を低くするには、雑音帯域を狭めなくて
はならない。このことは技術的には問題ないと思われる
が、上述したように精度の公差が大きい比較的安価な水
晶を使用していることの結果が、デジタルのメモリの再
生装置の場合に問題となる。なぜならそれによって生じ
る周波数の差異のため、クロック同期の捕獲領域を大き
く構成して、種々の装置の最高速のビットレートでも最
低速のビットレートでもロックできるようにすることが
必要になるからである。

【００２３】本発明の目的はこうした問題点を解決し、
冒頭に述べた種類の方法および装置であって、クロック
同期の干渉感受性が低く、それにもかかわらず市場に流
通している所定のさまざまなクロック周波数を処理する
ことが可能なものを提供することである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、再生装置で受け取られて場合によりステレオ信号
（２チャンネル信号）に変換された信号を、送信機に設
けられた走査レート変換器によって、水晶制御されるク
ロック発振器で生成されたクロックで走査し、送信機の
クロック発振器のクロック周波数は、受信機で利用され
るクロック回復の有利には電圧制御される水晶発振器の
中心周波数と、少なくとも実質的に正確に一致すること
によって解決される。

【００２５】本発明の一つの形態では、走査レート変換
器が、アナログ側でＡ／Ｄ変換器と接続されたＤ／Ａ変
換器の組合せによって置き換えられる。

【００２６】こうした方策によって、装置側で２つのチ
ャンネルに減らされた信号が走査レート変換器によって
再生装置の水晶に関わりなく、装置ごとに一定であると
ともに装置の動作条件や耐用寿命の範囲内でも実質的に
一定なので受信側のクロック同期制御回路と最善に協働
するクロックレートに変えられる。有利なことに電圧制
御される水晶発振器のロックイン範囲（周波数可変範
囲）が狭いので、クロック同期の雑音帯域幅も相応に狭
い。したがってクロック回復が雑音や妨害に対して非常
に感受性が低いので、ロック外れを実質的にあらゆるケ
ースで、受信機の受信領域の範囲内で確実に回避するこ
とができる。

【００２７】クロックの変更が送信機で行われるので受
信機には新たな部品は必要なく、このことはヘッドホン
の場合の持運びやすさにとってもバッテリ駆動の電流消
費にとっても好都合である。このクロック変更は、デー
タ列が２チャンネル形態でステレオ信号として存在して
いる部位で行われるので、必要な部品のコストおよびこ
れに伴う投資コストや作業コストが最低限に抑えられ
る。

【００２８】ここで、本発明をまとめると、次のように
構成される。

【００２９】１．再生装置の送信機から受信機を備えた
少なくとも１つのスピーカへ多重チャンネルオーディオ
信号をデジタル方式で無線伝送する方法において、再生
装置で２チャンネル信号に変換された信号を、送信機に
設けられた走査レート変換器によって、クロック発振器
で生成されるクロックで走査し、この送信機に設けられ
たクロック発振器のクロック周波数は、受信機の同期ク
ロックの中心周波数と実質的に一致することを特徴とす
るところの方法。

【００３０】２．再生装置の送信機から受信機を備えた
少なくとも１つのスピーカへ多重チャンネルオーディオ
信号をデジタル式で無線伝送する方法において、再生装
置で２チャンネル信号に変換された信号を、送信機に設
けられたＤ／Ａ変換器およびこれと組み合されたＡ／Ｄ
変換器によって、クロック発振器で設定されたクロック
で走査し、この送信機に設けられたクロック発振器のク
ロック周波数は、受信機の同期クロックの中心周波数と
実質的に一致することを特徴とするところの方法。

【００３１】３．第１項に記載の方法を実施する装置に
おいて、送信機に、再生装置で２チャンネル信号に変換
された信号のそれぞれのチャンネルについて走査レート
変換器が設けられており、前記信号はクロック発振器で
設定されたクロックで走査され、送信機のクロック発振
器のクロック周波数は、受信機で使用される同期クロッ
クの中心周波数と実質的に一致することを特徴とすると
ころの装置。

【００３２】４．第２項に記載の方法を実施する装置に
おいて、送信機に、再生装置で２チャンネル信号に変換
された信号のそれぞれのチャンネルについてＤ／Ａ変換
器およびこれと組み合されたＡ／Ｄ変換器が設けられて
おり、このとき前記信号はクロック発振器で設定された
クロックで走査され、送信機のクロック発振器は、受信
機で使用される同期クロックの中心周波数と実質的に一
致することを特徴とするところの装置。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を従来技術と対比し
ながら図面にしたがって詳しく説明する。

【００３４】図３は本発明を示すが、まず、先行技術を
図１により説明する。

【００３５】図１を見るとわかるとおり、再生装置とと
もに働く送信機１は、ドルビーデコーダ２と、両耳用の
ステレオ信号（２チャンネル信号）を出力する合成回路
３と、その両出力信号を受信機でのクロック回復のロッ
ク外れをできるだけ回避するように変調する変調ユニッ
ト４と、これに続いて両方の信号を１つの信号に合成す
るエンコーダ５と、この出力を受ける無線部６とで構成
されており、この無線部６では、アンテナ７を介して放
射される搬送波を変調する高周波信号が生成される。

【００３６】先行技術に基づくこうした構成で使用され
る部品はすべて再生装置のクロック発振器のクロック１
６で動作し、このクロックは上述したような欠点、特に
ジッタという欠点を備えており、本発明によって解決さ
れるべき問題点となっている。

【００３７】先行技術でロック外れの頻度を減らすため
に適用される方法の一つが図２に示されている。

【００３８】この図２は両方の変調ユニット４の一方を
示すものである。入ってくる信号は合流部位８で雑音発
生器９にからの雑音信号と重ね合わされ、それにより、
受信機でのクロック回復（同期）が認識して利用するこ
とのできる十分な数のエッジが確実に形成される。次い
で２進信号がフィルタ１０で二極信号にレベル変換さ
れ、それによって切換閾値がゼロボルトにセットされる
ので、長時間にわたってパルスエッジが現われないと雑
音が有効になる。

【００３９】追加的な方策はこれに後続する「排他的論
理和」であり、回路１２と１１とにより、これはデータ
列をビット列と組み合せるものであり、これもやはり十
分に多いエッジを得るためである。送信機によって雑音
で変調されたデジタル信号はデジタル方式の無線ヘッド
ホンである受信機で処理されて、重ね合わされた雑音が
再び除去され、交代するビット列も再びもとの列に変換
される。

【００４０】ジッタについて説明すると、０と１の理想
的に方形の記号（デジタル信号列）をフィルタを通して
送るとデータパルスが不鮮明化し、これをインターシン
ボル干渉（非線型の処理による）と呼ぶことができる。
このように当初は理想的なデータ列を無線伝送によって
転送しようとする場合、限定された周波数領域にできる
だけ多くのチャンネルを収納するために、フィルタをで
きるだけ狭くすることを強いられる。そこで時間領域内
のパルスが不鮮明になればなるほどフィルタは狭くな
る。その結果、走査の時点では受信機出力部での走査値
がもはや正確に本来送られた０または１の値ではなく、
それまでの経緯に応じてたとえば０．３や０．８とな
る。このように変形したパルスが判定部によって判定さ
れ、たとえば０．５以下の値は「ゼロ」で０．５以上の
値は「１」であると見なされて方形のタイミングパルス
列に変換されると、値０ないし値１の区域が異なる長さ
をもつことになり、すなわちこれらのパルスのエッジは
本体の正しい値を中心として変動することになり、これ
がジッタと呼ばれるものである。

【００４１】周波数帯域の限られた不鮮明化したデータ
のこのような変形によってスペクトルの拡大が起こる。
インターシンボル干渉の非線型処理によって生成される
ジッタを除去し、できるだけ１つのスペクトル線すなわ
ちクロックまで減らすため、狭帯域のトラッキングフィ
ルタに相当する位相調整回路で、スペクトル処理された
信号をフィルタリングする。このような方法をクロック
回復と呼んでいる。

【００４２】絶対値では、ジッタは１００ピコセカンド
を越えるべきでないと言える。そうでないとジッタがす
でに妨害音として聴取可能になるからである。スペクト
ルで見ると、ジッタはクロック信号の側波帯雑音とみな
すことができ、これを抑制するためにはクロック回復の
際に狭帯域フィルタが使用される。

【００４３】これらの問題点を回避するため、本発明に
よる送信機では図３に模式的にブロック回路図で示すよ
うな構造が設けられている。

【００４４】入力側には、上記と同じようにドルビーデ
コーダ２が設けられており、その出力部では多重チャン
ネル信号が出され、両耳用の合成回路３によってステレ
オ信号に変換される。このステレオ信号は本発明によれ
ばそれぞれ走査レート変換器１４へ供給され、この走査
レート変換器１４の出力側のクロック１７は本発明に基
づいて設けられたクロック発振器（水晶発振器）１５が
発生する。

【００４５】このクロック発振器１５は本発明によれば
正確かつ安定して狭く設定された範囲内にあるので、エ
ンコーダ５に供給されたデータ列は統合された後に無線
部６においても、変調されるべき搬送波を高い精度で変
調するので、受信側のクロック回復（同期）回路は低い
感受性かつこれに伴う高い安定性で設計されていてよ
い。送信機のクロック発振器１５のクロック周波数は、
受信機で利用されるクロック回復の有利には電圧制御さ
れる水晶発振器の中心周波数と、少なくとも実質的に正
確に一致させる。

【００４６】また、当然ながら、エンコーダ５と変調器
も本発明に基づいて設けられる送信機独自のクロック発
振器１５によって制御される。

【００４７】周波数が正確なクロック発振器１５を使用
することでジッタが低く抑えられ、クロック回復ＰＬＬ
回路は高い品質をもつことができるので、障害による複
数の中断があっても、再び判定可能なエッジを必要とす
るよりも前にこれを橋渡しすることができる（つまり、
いわば擬似的に自らの責任で受信信号を走査して評価す
る）。

【００４８】同様のことは、走査レート変換器として、
アナログ側が互いに向き合ったＤ／Ａ変換器とＡ／Ｄ変
換器を使用することでも達成できる。この場合には入っ
てくるデジタル信号をＤ／Ａ変換器でアナログ化し、正
確なクロック信号により制御されたＡ／Ｄ変換器でジッ
タのないデジタルデータ列に変える。

【００４９】本発明は上記した実施の形態に限定される
ものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変更が
なしうる。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【００５１】

【図１】先行技術に基づく送信機の回路構成図である。

【００５２】

【図２】ＷＯ９７２５８３４Ａによる同じく先行技術に
基づく回路構成図である。

【００５３】

【図３】本発明による送信機の回路構成図である。

【００５４】

【符号の説明】

１ 送信機 ２ ドルビーデコーダ ３ 合成回路 ５ エンコーダ ６ 無線部 ７ アンテナ １４ 走査レート変換器 １５ クロック発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター シュラーガー オーストリア国 Ａ−3204 キルクベルク アー．デ−．ピーラッハ シュロスシュ トラーサ ４／１ (72)発明者 ヴェルナー ラング オーストリア国 Ａ−1210 ウィーン ゲ ラスドファーシュトラーサ 153／63 (72)発明者 クルト ネル オーストリア国 Ａ−2384 ブライテンフ ュルト グレゴール−キルヒェネア−シュ トラーサ 16／10 (72)発明者 エルンスト ステートティンガー オーストリア国 Ａ−2344 マリア エン ツェルスドルフ ホーヘ ヴァント−シュ トラーサ ８／７

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】再生装置の送信機から受信機を備えた少な
   くとも１つのスピーカへ多重チャンネルオーディオ信号
   をデジタル方式で無線伝送する方法において、再生装置
   で２チャンネル信号に変換された信号を、送信機に設け
   られた走査レート変換器によって、クロック発振器で生
   成されるクロックで走査し、この送信機に設けられたク
   ロック発振器のクロック周波数は、受信機の同期クロッ
   クの中心周波数と実質的に一致することを特徴とすると
   ころの方法。
2. 【請求項２】再生装置の送信機から受信機を備えた少な
   くとも１つのスピーカへ多重チャンネルオーディオ信号
   をデジタル式で無線伝送する方法において、再生装置で
   ２チャンネル信号に変換された信号を、送信機に設けら
   れたＤ／Ａ変換器およびこれと組み合されたＡ／Ｄ変換
   器によって、クロック発振器で設定されたクロックで走
   査し、この送信機に設けられたクロック発振器のクロッ
   ク周波数は、受信機の同期クロックの中心周波数と実質
   的に一致することを特徴とするところの方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の方法を実施する装置におい
   て、送信機に、再生装置で２チャンネル信号に変換され
   た信号のそれぞれのチャンネルについて走査レート変換
   器が設けられており、前記信号はクロック発振器で設定
   されたクロックで走査され、送信機のクロック発振器の
   クロック周波数は、受信機で使用される同期クロックの
   中心周波数と実質的に一致することを特徴とするところ
   の装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の方法を実施する装置におい
   て、送信機に、再生装置で２チャンネル信号に変換され
   た信号のそれぞれのチャンネルについてＤ／Ａ変換器お
   よびこれと組み合されたＡ／Ｄ変換器が設けられてお
   り、このとき前記信号はクロック発振器で設定されたク
   ロックで走査され、送信機のクロック発振器は、受信機
   で使用される同期クロックの中心周波数と実質的に一致
   することを特徴とするところの装置。