JP2010193064A - A/d converter and headset - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an A/D converter capable of performing analog/digital conversion of a plurality of analog signals at a low cost, and a headset utilizing the A/D converter. <P>SOLUTION: The A/D converter includes: a signal composition part 104 for inputting the plurality of analog signals and successively switching the respective analog signals to composite one signal; an A/D conversion part 105 for performing analog/digital conversion of the signal composited by the signal composition part 104; and a signal separation part 106 for separating digital signals from the A/D conversion part 105 in timing corresponding to signal switching timing in the signal composition part 104. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はA/D変換装置及びヘッドセットに関する。   The present invention relates to an A / D conversion device and a headset.

従来、加速度センサや傾斜センサ、ジャイロセンサ、衝撃センサ、磁場センサなどの各種のセンサと、スピーカ及びマイクとを備え、各種センサからの出力信号の処理並びにスピーカ及びマイクに関わる音声信号の処理を行う、頭部装着型情報処理装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, various sensors such as an acceleration sensor, a tilt sensor, a gyro sensor, an impact sensor, and a magnetic field sensor, a speaker and a microphone are provided, and processing of output signals from the various sensors and processing of audio signals related to the speaker and microphone are performed. A head-mounted information processing apparatus is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−141841号公報JP 2002-141841 A

しかしながら、従来においては、上記のように各種センサからの出力やマイクからの出力のアナログ信号をデジタル信号にアナログ・デジタル変換する際、それぞれのアナログ信号を別個のA/D変換器を用いてアナログ・デジタル変換していた。つまり、アナログ信号が複数ある場合には、A/D変換器も複数必要となっていた。そのため、A/D変換器の分だけ装置のコストが上昇してしまうことが問題であった。
また、複数あるアナログ信号は、必ずしもその全てを同じサンプリングレートでサンプリングする必要があるというわけではないから、複数設けたA/D変換器のうちサンプリングレートが低くても構わないアナログ信号に対応するA/D変換器は、その能力の一部しか実際には使用されないこととなる。例えば、音声信号は数kHzでサンプリングする必要があるが、加速度データはそこまで高い周波数でサンプリングする必要がない場合が大半である。よって、装置の能力が有効に活用されず、費やしたコストが無駄になってしまう。
However, conventionally, when the analog signals output from various sensors and the output from the microphone are converted into digital signals as described above, each analog signal is converted into an analog signal using a separate A / D converter.・ Digital conversion. That is, when there are a plurality of analog signals, a plurality of A / D converters are required. Therefore, the problem is that the cost of the apparatus increases by the amount of the A / D converter.
In addition, since a plurality of analog signals do not necessarily have to be sampled at the same sampling rate, they correspond to analog signals whose sampling rate may be low among a plurality of A / D converters provided. An A / D converter will actually only use part of its capabilities. For example, the audio signal needs to be sampled at several kHz, but the acceleration data often does not need to be sampled at such a high frequency. Therefore, the capability of the apparatus is not used effectively, and the cost spent is wasted.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで複数のアナログ信号をアナログ・デジタル変換することが可能なA/D変換装置、及び、該A/D変換装置を利用したヘッドセットを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an A / D converter capable of analog-digital conversion of a plurality of analog signals at low cost, and the A / D converter. It is to provide a headset using the.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、複数のアナログ信号を入力し、各アナログ信号を順次切り替えることにより1つの信号に合成する信号合成部と、前記信号合成部によって合成された信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換部と、前記信号合成部における信号の切り替えタイミングに対応したタイミングで前記A/D変換部からのデジタル信号を分離する信号分離部と、を備えることを特徴とするA/D変換装置である。
また、本発明は、上記A/D変換装置において、前記信号合成部は、各アナログ信号にそれぞれ所定値のゲインをかけて信号を合成することを特徴とする。
また、本発明は、上記A/D変換装置において、前記信号合成部は、所定のクロック信号の1クロック毎に各アナログ信号の切り替えを行うことを特徴とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problem. A signal synthesis unit that inputs a plurality of analog signals and synthesizes them into one signal by sequentially switching the analog signals, and synthesis by the signal synthesis unit An A / D converter that performs analog / digital conversion of the received signal, and a signal separator that separates the digital signal from the A / D converter at a timing corresponding to the signal switching timing in the signal synthesizer. This is an A / D conversion device.
In the A / D converter according to the present invention, the signal synthesizer synthesizes a signal by applying a predetermined gain to each analog signal.
In the A / D converter according to the present invention, the signal synthesizer switches each analog signal every clock of a predetermined clock signal.

また本発明は、マイクとスピーカを有し頭部に装着されるヘッドセットであって、音声を集音し、集音した音声に基づくアナログ信号を出力するマイクと、ヘッドセットの装着者の動きに応じた加速度を検出し、検出した加速度に基づくアナログ信号を出力する加速度センサと、前記マイクからのアナログ信号と前記加速度センサからのアナログ信号を入力し、各アナログ信号を順次切り替えることにより1つの信号に合成する信号合成部と、前記信号合成部によって合成された信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換部と、前記信号合成部における信号の切り替えタイミングに対応したタイミングで前記A/D変換部からのデジタル信号を分離する信号分離部と、前記信号分離部によって分離された加速度を表す信号に基づいてヘッドセットの装着者の歩数を計算する歩数計算部と、前記信号分離部によって分離された音声を表す信号を外部機器へ送信する通信部と、を備えることを特徴とするヘッドセットである。   The present invention also relates to a headset that has a microphone and a speaker and is worn on the head, which collects sound and outputs an analog signal based on the collected sound, and movement of the wearer of the headset An acceleration sensor that detects an acceleration corresponding to the detected acceleration, outputs an analog signal based on the detected acceleration, an analog signal from the microphone and an analog signal from the acceleration sensor, and sequentially switches each analog signal to A signal synthesizer for synthesizing the signal, an A / D converter for analog-to-digital conversion of the signal synthesized by the signal synthesizer, and the A / D conversion at a timing corresponding to a signal switching timing in the signal synthesizer A signal separation unit for separating the digital signal from the unit and a signal representing the acceleration separated by the signal separation unit. A number of steps calculation unit for calculating the number of steps of the wearer's set, a headset, comprising a communication unit, the transmitting signals representing sound separated by the signal separation unit to the external device.

本発明に係るA/D変換装置及びヘッドセットは、複数のアナログ信号を順次切り替えて1つのアナログ信号に合成し、合成後の信号をアナログ・デジタル変換する。したがって、本発明に係るA/D変換装置及びヘッドセットによれば、複数のアナログ信号をアナログ・デジタル変換することが可能であり、複数のA/D変換装置が必要でないため低コスト化を図れる。
また、各アナログ信号にそれぞれ所定値のゲインをかけて信号を合成することによって、各信号の最大値のレベルがほぼ等しくなる。したがって、複数のアナログ信号に対するアナログ・デジタル変換の感度を同程度にすることができる。
また、所定のクロック信号の1クロック毎に各アナログ信号の切り替えを行うことによって、各アナログ信号のサンプリングを時間的に均等に行うことができる。これにより、あるアナログ信号に対するデジタル信号が長期間にわたって得られない(その間は他のアナログ信号に対する変換が行われている)といった不都合が生じなくなる。
The A / D converter and the headset according to the present invention sequentially switch a plurality of analog signals to combine them into one analog signal, and convert the combined signal from analog to digital. Therefore, according to the A / D conversion device and the headset according to the present invention, it is possible to perform analog / digital conversion of a plurality of analog signals, and a plurality of A / D conversion devices are not necessary, so that the cost can be reduced. .
Further, by synthesizing signals by applying a predetermined gain to each analog signal, the maximum value level of each signal becomes substantially equal. Therefore, the sensitivity of analog-digital conversion for a plurality of analog signals can be made comparable.
Further, by switching each analog signal for every clock of a predetermined clock signal, sampling of each analog signal can be performed evenly in time. As a result, there is no inconvenience that a digital signal for a certain analog signal cannot be obtained over a long period of time (conversion to another analog signal is performed during that time).

本発明の一実施形態による心拍数測定機能付きヘッドセットの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the headset with a heart rate measurement function by one Embodiment of this invention. 信号合成部,A/D変換部,及び信号分離部の動作の具体例を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the specific example of operation | movement of a signal synthetic | combination part, an A / D conversion part, and a signal separation part. 心拍数計算部の内部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure inside a heart rate calculation part. 歩数計算部による歩数の計算方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the calculation method of the step count by a step count calculation part. 方向計算部が頭部の向きを計算する動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement which a direction calculation part calculates the direction of a head.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態による心拍数測定機能付きヘッドセットの構成を示すブロック図である。ヘッドセットはマイクとスピーカ(イヤホン)を備え外部の機器(例えば電話機。図1では不図示)との間で音声信号をやりとりするオーディオ機器であり、マイクとスピーカを耳や口の近傍に配置した状態で使用者の頭部に装着することが可能な形状を有する。図1において、ヘッドセット100は、マイク101と、加速度センサ102と、ジャイロセンサ103と、信号合成部104と、A/D変換部105と、信号分離部106と、フィルタ107〜109と、心拍数計算部110と、歩数計算部111と、方向計算部112と、D/A変換部113と、スピーカ114と、通信部115と、アンテナ116と、を有し構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a headset with a heart rate measurement function according to an embodiment of the present invention. The headset is an audio device that includes a microphone and a speaker (earphone) and exchanges audio signals with an external device (for example, a telephone, not shown in FIG. 1). The microphone and the speaker are arranged near the ear and mouth. It has a shape that can be worn on the user's head in a state. In FIG. 1, a headset 100 includes a microphone 101, an acceleration sensor 102, a gyro sensor 103, a signal synthesis unit 104, an A / D conversion unit 105, a signal separation unit 106, filters 107 to 109, a heart rate. A number calculation unit 110, a step count calculation unit 111, a direction calculation unit 112, a D / A conversion unit 113, a speaker 114, a communication unit 115, and an antenna 116 are configured.

本実施形態のヘッドセット100は、心拍数測定機能に加えて、歩数測定機能と方向(頭部の向き)測定機能を備えている。図1の各部のうち、マイク101とフィルタ107と心拍数計算部110は心拍数測定機能に対応し、加速度センサ102とフィルタ108と歩数計算部111は歩数測定機能に対応し、ジャイロセンサ103とフィルタ109と方向計算部112は方向測定機能に対応している。なお、図1中のこれら以外の各部は、心拍数、歩数、方向の各測定機能に共通して用いられる部分、又は、ヘッドセット本来の音声機能に用いられる部分である。以下各部を順に説明する。   The headset 100 of this embodiment includes a step count measurement function and a direction (head orientation) measurement function in addition to the heart rate measurement function. 1, the microphone 101, the filter 107, and the heart rate calculation unit 110 correspond to the heart rate measurement function, the acceleration sensor 102, the filter 108, and the step count calculation unit 111 correspond to the step count measurement function, and the gyro sensor 103, The filter 109 and the direction calculation unit 112 correspond to the direction measurement function. In addition, each part other than these in FIG. 1 is a part used in common for each measurement function of the heart rate, the number of steps, and the direction, or a part used for the original voice function of the headset. Each part will be described below in order.

マイク101は、音を集音して音声信号(アナログ)を信号合成部104へ出力する。このマイク101は、ヘッドセット100が頭部に装着された状態において、耳内に挿入され、あるいは耳の近傍に配置されるようになっている。耳内には体内を伝わってきた心拍音が存在しているので、この心拍音をマイク101で集音することができる。また、マイク101で集音される音には、心拍音の他に、ヘッドセット100を装着した使用者が話した声やそれ以外の環境音なども含まれる。   The microphone 101 collects sound and outputs an audio signal (analog) to the signal synthesis unit 104. The microphone 101 is inserted into the ear or placed near the ear when the headset 100 is worn on the head. Since the heartbeat sound transmitted through the body exists in the ear, the heartbeat sound can be collected by the microphone 101. In addition to the heartbeat sound, the sound collected by the microphone 101 includes a voice spoken by the user wearing the headset 100 and other environmental sounds.

ここで、心拍音の繰り返しの周波数は通常1〜数Hz程度の範囲であり、心拍音(1周期)の波形はその繰り返し周波数より高い周波数の成分からなっている。このような心拍音を集音するために、マイク101は、集音可能な最低周波数が少なくとも10Hz以下である周波数特性を持っているものとする。   Here, the repetition frequency of the heartbeat is normally in the range of about 1 to several Hz, and the waveform of the heartbeat (one cycle) is composed of components having a frequency higher than the repetition frequency. In order to collect such heartbeat sounds, it is assumed that the microphone 101 has a frequency characteristic in which the lowest frequency that can be collected is at least 10 Hz or less.

加速度センサ102は、所定の1軸方向に印加された加速度に応じた電気信号(アナログ)を信号合成部104へ出力する。ここでは、所定の1軸方向がヘッドセット100を装着した使用者から見て上下方向(鉛直方向)となるように、加速度センサ102がヘッドセット100に取り付けられているものとする。即ち、加速度センサ102は、ヘッドセット100を装着した使用者が上下動をした際の加速度を検出することが可能となっている。   The acceleration sensor 102 outputs an electrical signal (analog) corresponding to the acceleration applied in a predetermined one axis direction to the signal synthesis unit 104. Here, it is assumed that the acceleration sensor 102 is attached to the headset 100 so that a predetermined one-axis direction is a vertical direction (vertical direction) when viewed from the user wearing the headset 100. That is, the acceleration sensor 102 can detect acceleration when the user wearing the headset 100 moves up and down.

ジャイロセンサ103は、所定の軸周りの角速度に応じた電気信号(アナログ)を信号合成部104へ出力する。ここでは、所定の軸がヘッドセット100を装着した使用者の首と平行な軸(鉛直軸)となるように、ジャイロセンサ103がヘッドセット100に取り付けられているものとする。即ち、ジャイロセンサ103は、ヘッドセット100を装着した使用者が頭部を左右に回した際の角速度を検出することが可能となっている。   The gyro sensor 103 outputs an electrical signal (analog) corresponding to the angular velocity around a predetermined axis to the signal synthesis unit 104. Here, it is assumed that the gyro sensor 103 is attached to the headset 100 so that the predetermined axis is an axis (vertical axis) parallel to the neck of the user wearing the headset 100. That is, the gyro sensor 103 can detect the angular velocity when the user wearing the headset 100 turns his / her head left and right.

信号合成部104は、マイク101と加速度センサ102とジャイロセンサ103からの各信号を所定のサイクルで順次切り替えて1つの信号に合成し、合成後の信号をA/D変換部105へ出力する。換言すると、信号合成部104からは、あるタイミングではマイク101からの音声信号が出力され、別のあるタイミングでは加速度センサ102からの電気信号が出力され、また別のあるタイミングではジャイロセンサ103からの電気信号が出力され、信号合成部104の出力信号は、これらが周期的に繰り返される信号となる。   The signal synthesis unit 104 sequentially switches the signals from the microphone 101, the acceleration sensor 102, and the gyro sensor 103 in a predetermined cycle to synthesize them into one signal, and outputs the synthesized signal to the A / D conversion unit 105. In other words, the audio signal from the microphone 101 is output from the signal synthesis unit 104 at a certain timing, the electrical signal from the acceleration sensor 102 is output at another certain timing, and the gyro sensor 103 from the gyro sensor 103 at another certain timing. An electrical signal is output, and the output signal of the signal synthesis unit 104 is a signal in which these are periodically repeated.

また、一般に、マイク101からの信号と加速度センサ102からの信号とジャイロセンサ103からの信号はそれぞれ最大値のレベルが異なっている。そこで、信号合成部104は、各信号の最大値のレベルがほぼ等しくなるように、マイク101、加速度センサ102、及びジャイロセンサ103からの各信号にそれぞれ予め定められた一定値のゲインをかけてから、各信号を合成することとする。こうすることで、A/D変換部105でアナログ・デジタル変換をする際に、マイク101と加速度センサ102とジャイロセンサ103からのそれぞれの信号に対するアナログ・デジタル変換の感度を同程度にすることができる。   In general, the signal from the microphone 101, the signal from the acceleration sensor 102, and the signal from the gyro sensor 103 have different maximum levels. Therefore, the signal synthesizer 104 multiplies each signal from the microphone 101, the acceleration sensor 102, and the gyro sensor 103 with a predetermined constant gain so that the maximum value level of each signal becomes substantially equal. Therefore, each signal is synthesized. In this way, when analog / digital conversion is performed by the A / D conversion unit 105, the sensitivity of analog / digital conversion for the signals from the microphone 101, the acceleration sensor 102, and the gyro sensor 103 can be made comparable. it can.

A/D変換部105は、信号合成部104からの信号(アナログ)をアナログ・デジタル変換し、変換後の信号(デジタル)を信号分離部106へ出力する。信号合成部104からの信号は、上記のとおり、マイク101と加速度センサ102とジャイロセンサ103からの各信号が順次切り替えられることで合成された1つの信号である。したがって、A/D変換部105の出力信号は、マイク101からの信号に対するアナログ・デジタル変換結果と加速度センサ102からの信号に対するアナログ・デジタル変換結果とジャイロセンサ103からの信号に対するアナログ・デジタル変換結果とが順次並んだデジタル信号となる。   The A / D conversion unit 105 performs analog / digital conversion on the signal (analog) from the signal synthesis unit 104 and outputs the converted signal (digital) to the signal separation unit 106. As described above, the signal from the signal synthesis unit 104 is one signal synthesized by sequentially switching the signals from the microphone 101, the acceleration sensor 102, and the gyro sensor 103. Therefore, the output signal of the A / D conversion unit 105 includes an analog / digital conversion result for the signal from the microphone 101, an analog / digital conversion result for the signal from the acceleration sensor 102, and an analog / digital conversion result for the signal from the gyro sensor 103. Is a digital signal that is sequentially arranged.

信号分離部106は、信号合成部104における信号の切り替えタイミングに対応したタイミングでA/D変換部105からの信号を分離し、分離した各信号をそれぞれに対応するフィルタ107〜109へ出力する。具体的には、信号分離部106は、信号合成部104がマイク101からの信号を出力したタイミングでは、A/D変換部105の出力信号(マイク101からの信号がアナログ・デジタル変換された信号)をフィルタ107へ出力し、信号合成部104が加速度センサ102からの信号を出力したタイミングでは、A/D変換部105の出力信号(加速度センサ102からの信号がアナログ・デジタル変換された信号)をフィルタ108へ出力し、信号合成部104がジャイロセンサ103からの信号を出力したタイミングでは、A/D変換部105の出力信号(ジャイロセンサ103からの信号がアナログ・デジタル変換された信号)をフィルタ109へ出力する。   The signal separation unit 106 separates the signal from the A / D conversion unit 105 at a timing corresponding to the signal switching timing in the signal synthesis unit 104, and outputs the separated signals to the corresponding filters 107-109. Specifically, the signal separation unit 106 outputs the output signal of the A / D conversion unit 105 (a signal obtained by analog-to-digital conversion of the signal from the microphone 101 at the timing when the signal synthesis unit 104 outputs the signal from the microphone 101. ) To the filter 107, and at the timing when the signal synthesis unit 104 outputs a signal from the acceleration sensor 102, an output signal of the A / D conversion unit 105 (a signal obtained by analog-digital conversion of the signal from the acceleration sensor 102) Is output to the filter 108, and at the timing when the signal synthesis unit 104 outputs the signal from the gyro sensor 103, the output signal of the A / D conversion unit 105 (a signal obtained by analog-digital conversion of the signal from the gyro sensor 103) is output. Output to the filter 109.

信号合成部104,A/D変換部105,及び信号分離部106の動作の具体例を説明するためのタイミングチャートを図2に示す。図2において、信号合成部104は、出力信号をマイク101からの音声信号に切り替えるための切り替え信号MICを、クロック信号CLKの2クロック毎の期間T1,T3,T5,T7,T9,T11,…にオンにする。また、信号合成部104は、出力信号を加速度センサ102からの電気信号に切り替えるための切り替え信号ACCを、クロック信号CLKの4クロック毎の期間T2,T6,T10,…にオンにする。また、信号合成部104は、出力信号をジャイロセンサ103からの電気信号に切り替えるための切り替え信号GYRを、クロック信号CLKの4クロック毎の期間T4,T8,T12,…にオンにする。   FIG. 2 shows a timing chart for explaining specific examples of operations of the signal synthesis unit 104, the A / D conversion unit 105, and the signal separation unit 106. In FIG. 2, the signal synthesizer 104 generates a switching signal MIC for switching the output signal to the audio signal from the microphone 101, for periods T1, T3, T5, T7, T9, T11,. Turn on. Further, the signal synthesizer 104 turns on the switching signal ACC for switching the output signal to the electrical signal from the acceleration sensor 102 in the periods T2, T6, T10,... Every four clocks of the clock signal CLK. Further, the signal synthesizer 104 turns on the switching signal GYR for switching the output signal to the electric signal from the gyro sensor 103 in the periods T4, T8, T12,... Every four clocks of the clock signal CLK.

この結果、期間T1では、信号合成部104の出力信号はマイク101からの音声信号となり、期間T2では、信号合成部104の出力信号は加速度センサ102からの電気信号となり、期間T3では、信号合成部104の出力信号はマイク101からの音声信号となり、期間T4では、信号合成部104の出力信号はジャイロセンサ103からの電気信号となる。以降同様に、マイク101からの音声信号、加速度センサ102からの電気信号、マイク101からの音声信号、ジャイロセンサ103からの電気信号、の順に信号合成部104の出力が切り替わる。   As a result, in the period T1, the output signal of the signal synthesis unit 104 is an audio signal from the microphone 101, in the period T2, the output signal of the signal synthesis unit 104 is an electric signal from the acceleration sensor 102, and in the period T3, the signal synthesis is performed. The output signal of the unit 104 is an audio signal from the microphone 101, and the output signal of the signal synthesis unit 104 is an electrical signal from the gyro sensor 103 in the period T 4. Thereafter, similarly, the output of the signal synthesis unit 104 is switched in the order of the audio signal from the microphone 101, the electrical signal from the acceleration sensor 102, the audio signal from the microphone 101, and the electrical signal from the gyro sensor 103.

ここで、A/D変換部105はクロック信号CLKに同期してアナログ・デジタル変換を行うこととすると、A/D変換部105の出力信号AD_OUTは、期間T1ではマイク101からの音声信号のデジタル値となり、期間T2では加速度センサ102からの電気信号のデジタル値となり、期間T3ではマイク101からの音声信号のデジタル値となり、期間T4ではジャイロセンサ103からの電気信号のデジタル値となる(以降も同様)。また、信号分離部106は、期間T1ではマイク101からの音声信号のデジタル値をフィルタ107へ出力し、期間T2では加速度センサ102からの電気信号のデジタル値をフィルタ108へ出力し、期間T3ではマイク101からの音声信号のデジタル値をフィルタ107へ出力し、期間T4ではジャイロセンサ103からの電気信号のデジタル値をフィルタ109へ出力する(以降も同様)。   Here, if the A / D conversion unit 105 performs analog / digital conversion in synchronization with the clock signal CLK, the output signal AD_OUT of the A / D conversion unit 105 is digital of the audio signal from the microphone 101 in the period T1. It becomes a digital value of the electrical signal from the acceleration sensor 102 in the period T2, becomes a digital value of the audio signal from the microphone 101 in the period T3, and becomes a digital value of the electrical signal from the gyro sensor 103 in the period T4 (hereinafter, also) The same). In addition, the signal separation unit 106 outputs the digital value of the audio signal from the microphone 101 to the filter 107 in the period T1, outputs the digital value of the electric signal from the acceleration sensor 102 to the filter 108 in the period T2, and in the period T3. The digital value of the audio signal from the microphone 101 is output to the filter 107, and in the period T4, the digital value of the electrical signal from the gyro sensor 103 is output to the filter 109 (the same applies thereafter).

説明を図1に戻す。
フィルタ107は、信号分離部106から出力されたマイク101からの音声信号に含まれる周波数成分のうち、心拍音の波形を構成する主要な周波数成分である所定の周波数より低い周波数成分を通過させて心拍数計算部110へ出力し、当該所定の周波数より高い周波数成分を遮断する。ここで、マイク101からの音声信号には、前述したように、心拍音の他に使用者の話し声等が含まれている。心拍音は、主としてほぼ100Hz以下の周波数成分からなり、使用者の話し声等は、500Hz以上の周波数成分が主である。そこで、フィルタ107の通過周波数帯域を100Hz以下とすることで、心拍音の信号成分のみを心拍数計算部110へ出力させることができる。
Returning to FIG.
The filter 107 passes a frequency component lower than a predetermined frequency, which is a main frequency component constituting the heartbeat waveform, out of the frequency components included in the audio signal from the microphone 101 output from the signal separation unit 106. It outputs to the heart rate calculation part 110, and cuts off frequency components higher than the predetermined frequency. Here, as described above, the audio signal from the microphone 101 includes the user's speaking voice in addition to the heartbeat. The heartbeat is mainly composed of frequency components of approximately 100 Hz or less, and the user's voice is mainly composed of frequency components of 500 Hz or more. Therefore, by setting the pass frequency band of the filter 107 to 100 Hz or less, only the heartbeat signal component can be output to the heart rate calculator 110.

フィルタ108は、信号分離部106から出力された加速度センサ102からの電気信号に含まれる周波数成分のうち、ヘッドセット100を装着した使用者が歩行しあるいは走行した際の振動に対応する周波数成分を通過させて歩数計算部111へ出力し、それ以外の周波数成分を遮断する。歩行や走行による振動はせいぜい数Hzであるので、フィルタ108の特性は、例えば、100Hz以下の周波数成分を通過させそれより高い周波数成分を遮断するものであればよい。これにより、加速度センサ102からの電気信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去することができる。   The filter 108 includes, among frequency components included in the electrical signal from the acceleration sensor 102 output from the signal separation unit 106, a frequency component corresponding to vibration when the user wearing the headset 100 walks or runs. It is passed and output to the step count calculation unit 111, and other frequency components are blocked. Since vibration due to walking or running is at most several Hz, the characteristics of the filter 108 only need to pass a frequency component of 100 Hz or less and block higher frequency components, for example. Thereby, the high frequency noise component contained in the electrical signal from the acceleration sensor 102 can be removed.

フィルタ109は、信号分離部106から出力されたジャイロセンサ103からの電気信号に含まれる周波数成分のうち、ヘッドセット100を装着した使用者が頭部を動かす速さに対応する所定の周波数成分を通過させて方向計算部112へ出力し、それ以外の周波数成分を遮断する。使用者が頭部を動かす速さはせいぜい1秒間に数回であるので、フィルタ109の特性は、例えば、100Hz以下の周波数成分を通過させそれより高い周波数成分を遮断するものであればよい。これにより、ジャイロセンサ103からの電気信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去することができる。また、ノイズ成分が除去されることにより、後述の方向計算部112が頭部の向きを計算する際のドリフト誤差(角速度を積分することによる誤差)を低減することができる。   The filter 109 includes a predetermined frequency component corresponding to the speed at which the user wearing the headset 100 moves the head among the frequency components included in the electrical signal from the gyro sensor 103 output from the signal separation unit 106. It passes and outputs to the direction calculation part 112, and cuts off other frequency components. Since the speed at which the user moves the head is at most several times per second, the characteristics of the filter 109 may be those that pass a frequency component of 100 Hz or less and block higher frequency components, for example. Thereby, the high frequency noise component contained in the electrical signal from the gyro sensor 103 can be removed. Further, by removing the noise component, it is possible to reduce a drift error (an error caused by integrating the angular velocity) when the direction calculation unit 112 described later calculates the head direction.

心拍数計算部110は、フィルタ107から出力された心拍音の波形に対応する音声信号に基づいて、心拍数(単位時間当りの心拍の数)を測定する。図3は、心拍数計算部110の内部の構成を示すブロック図である。図3において、心拍数計算部110は、基準波形記憶部1101と、相関波形抽出部1102と、計数部1103とを備えている。   The heart rate calculator 110 measures the heart rate (the number of heartbeats per unit time) based on the audio signal corresponding to the waveform of the heartbeat sound output from the filter 107. FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the heart rate calculation unit 110. In FIG. 3, the heart rate calculation unit 110 includes a reference waveform storage unit 1101, a correlation waveform extraction unit 1102, and a counting unit 1103.

基準波形記憶部1101は、心拍音の1周期分の波形を記憶している。この波形は、例えば、予め多数の人物の心拍音を採取して、その波形を平均する等の方法によって用意しておいたものである。以下、この波形を基準心拍波形と呼ぶ。   The reference waveform storage unit 1101 stores a waveform for one cycle of the heartbeat sound. This waveform is prepared in advance by, for example, collecting heartbeat sounds of a large number of persons and averaging the waveforms. Hereinafter, this waveform is referred to as a reference heartbeat waveform.

相関波形抽出部1102へは、フィルタ107からの音声信号が入力される。相関波形抽出部1102は、入力された音声信号の波形と基準波形記憶部1101に記憶されている基準心拍波形との相関をとり、基準心拍波形と相関の高い波形を入力音声信号から抽出して計数部1103へ出力する。これにより、フィルタ107で取りきれなかった低周波の不要な音声を含まない、純粋に心拍音だけを含んだ音声信号が計数部1103へ出力される。なお、基準心拍波形と相関が高いとは、入力音声信号波形と基準心拍波形との相関値が所定の閾値以上であることを意味するものとする。   The audio signal from the filter 107 is input to the correlation waveform extraction unit 1102. The correlation waveform extraction unit 1102 correlates the waveform of the input voice signal with the reference heartbeat waveform stored in the reference waveform storage unit 1101, and extracts a waveform highly correlated with the reference heartbeat waveform from the input voice signal. The data is output to the counting unit 1103. As a result, an audio signal that does not include unnecessary low-frequency audio that cannot be completely removed by the filter 107 and includes only heartbeat sound is output to the counting unit 1103. Note that the high correlation with the reference heartbeat waveform means that the correlation value between the input voice signal waveform and the reference heartbeat waveform is equal to or greater than a predetermined threshold value.

なお、基準波形記憶部1101は、基準心拍波形そのものを記憶するのではなく、基準心拍波形の特徴を示すデータを記憶するようにしてもよい。この場合、相関波形抽出部1102は、基準波形記憶部1101が記憶しているこの特徴データとの一致度が高い波形を入力音声信号から抽出するようにすればよい。   The reference waveform storage unit 1101 may store data indicating the characteristics of the reference heartbeat waveform instead of storing the reference heartbeat waveform itself. In this case, the correlation waveform extraction unit 1102 may extract a waveform having a high degree of coincidence with the feature data stored in the reference waveform storage unit 1101 from the input voice signal.

計数部1103は、相関波形抽出部1102から出力された音声信号波形(心拍音のみによる波形)の繰り返しの回数を計数し、その計数値を心拍数として出力する。相関波形抽出部1102からの音声信号波形は、心拍の1拍に1周期の心拍波形が対応して当該心拍波形が時間的に複数連続している波形であるので、その1周期分の波形の繰り返しの回数を求めることにより、心拍数が得られることになる。   The counting unit 1103 counts the number of repetitions of the audio signal waveform output from the correlation waveform extraction unit 1102 (a waveform based only on heartbeat sounds), and outputs the counted value as a heart rate. The audio signal waveform from the correlation waveform extraction unit 1102 is a waveform in which one heartbeat waveform corresponds to one beat of the heartbeat and a plurality of the heartbeat waveforms are temporally continuous. By obtaining the number of repetitions, the heart rate can be obtained.

再び説明を図1に戻す。
歩数計算部111は、フィルタ108からの出力信号に基づいて、歩数を測定する。フィルタ108からの出力信号、即ち加速度センサ102によって検出された加速度から高周波のノイズ成分を除去した加速度値は、例えば図4に示す曲線(加速度測定データ)のように、ヘッドセット100を装着した使用者の上下動に合わせて正値と負値が繰り返される。ここで、例えば加速度値が正値をとっている間は、使用者は歩行や走行における上昇動作を行っている状態であり、加速度値が負値をとっている間は、使用者は下降動作を行っている状態である。そこで、歩数計算部111は、加速度値が正値から負値へ、あるいは負値から正値へと零点を2回横切ったことをもって歩行や走行における1歩と判定することにより、歩数を計数することができる。
The description returns to FIG. 1 again.
The step count calculation unit 111 measures the number of steps based on the output signal from the filter 108. The output value from the filter 108, that is, the acceleration value obtained by removing the high-frequency noise component from the acceleration detected by the acceleration sensor 102, is used when the headset 100 is worn, for example, as a curve (acceleration measurement data) shown in FIG. The positive and negative values are repeated according to the vertical movement of the person. Here, for example, while the acceleration value takes a positive value, the user is in a state of moving up while walking or running, and while the acceleration value takes a negative value, the user moves down. Is in a state of performing. Therefore, the step count calculation unit 111 counts the number of steps by determining that the acceleration value has crossed the zero point twice from the positive value to the negative value or from the negative value to the positive value, thereby determining one step in walking or running. be able to.

方向計算部112は、フィルタ109からの出力信号に基づいて、頭部の向きを測定する。図5を参照して具体的に説明すると、方向計算部112は、初期時刻t=t0におけるヘッドセット装着者の頭部900の向きθ0を記憶しており(同図(A))、フィルタ109からの出力信号、即ちジャイロセンサ103によって検出された角速度ωを時々刻々、積分した値を初期値θ0に加算していくことによって、初期時刻t0以降の任意の時刻tにおける頭部900の向きθを求める(同図(B),(C))。即ち、時刻t=t0+Δtにおける頭部の向きは
θ=θ0+ω1・Δt
であり(同図(B))、時刻t=t0+2Δtにおける頭部の向きは
θ=θ0+ω1・Δt+ω2・Δt
である(同図(C))。但し、ω1,ω2はそれぞれ時刻t=t0+Δt,t=t0+2Δtにおいてジャイロセンサ103で検出された角速度であり、Δtはジャイロセンサ103からの出力に対するA/D変換部105による1サンプリング期間(図2の4クロック分)である。なお、頭部の向きとは、例えばヘッドセット装着者の顔の正面であるとする。
The direction calculation unit 112 measures the orientation of the head based on the output signal from the filter 109. Specifically, the direction calculation unit 112 stores the orientation θ0 of the head 900 of the headset wearer at the initial time t = t0 (FIG. 5A), and the filter 109 Of the head 900 at an arbitrary time t after the initial time t0 by adding an integrated value to the initial value θ0 from time to time, that is, the angular velocity ω detected by the gyro sensor 103. (B) and (C) in FIG. That is, the orientation of the head at time t = t0 + Δt is θ = θ0 + ω1 · Δt
The head orientation at time t = t0 + 2Δt is θ = θ0 + ω1 · Δt + ω2 · Δt
((C) in the figure). However, ω1 and ω2 are angular velocities detected by the gyro sensor 103 at times t = t0 + Δt and t = t0 + 2Δt, respectively, and Δt is one sampling period (see FIG. 2) for the output from the gyro sensor 103. 4 clocks). The head direction is assumed to be, for example, the front of the face of the headset wearer.

通信部115は、アンテナ116を介して、ヘッドセット100とヘッドセット100の外部の機器との無線通信を行う。具体的には、通信部115は、心拍数計算部110から心拍数を表すデータを取得し、歩数計算部111から歩数を表すデータを取得し、方向計算部112から頭部の向きを表すデータを取得し、取得したこれらのデータを外部の機器へ送信する。外部の機器へ送信されたこれらのデータは、例えば、当該外部の機器の表示画面に表示させたり、あるいは当該外部の機器のメモリに記憶させたりすることができる。また、通信部115は、信号分離部106から直接、マイク101の音声信号を取得して、これを外部の機器へ送信する。前述のとおり、この音声信号には、ヘッドセット100を装着した使用者の話し声等が含まれている。また、通信部115は、外部の機器から音声信号を受信する。受信された音声信号(デジタル)はD/A変換部113によってデジタル・アナログ変換され、変換後の音声信号(アナログ)はスピーカ114へ入力されて、スピーカ114から音声が放音される。外部の機器は例えば電話機であり、通信部115が電話の音声信号を電話機とやりとりすることで、ヘッドセット100を装着した使用者は電話機に耳や口を近付けずに電話をすることができる。   The communication unit 115 performs wireless communication between the headset 100 and a device outside the headset 100 via the antenna 116. Specifically, the communication unit 115 acquires data representing the heart rate from the heart rate calculation unit 110, acquires data representing the number of steps from the step number calculation unit 111, and data representing the head direction from the direction calculation unit 112. And send the acquired data to an external device. These data transmitted to the external device can be displayed on the display screen of the external device or stored in the memory of the external device, for example. Further, the communication unit 115 acquires the audio signal of the microphone 101 directly from the signal separation unit 106 and transmits it to an external device. As described above, the voice signal includes the voice of the user wearing the headset 100. The communication unit 115 receives an audio signal from an external device. The received audio signal (digital) is converted from digital to analog by the D / A converter 113, and the converted audio signal (analog) is input to the speaker 114, and the audio is emitted from the speaker 114. The external device is, for example, a telephone, and the communication unit 115 exchanges telephone voice signals with the telephone, so that a user wearing the headset 100 can make a telephone call without bringing the ear or mouth close to the telephone.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、信号合成部104が切り替え信号MIC,ACC,GYRをそれぞれオンにするタイミングを示した図2は一例に過ぎず、各切り替え信号をオンにするタイミングを他の態様にしてもよい。他の態様として、加速度センサ102やジャイロセンサ103の出力をサンプリングするレートはマイク101の出力をサンプリングするレートに比べて低いサンプリングレートであっても実用上問題が少ないため、切り替え信号ACCとGYRについては、例えば、クロック信号CLKの20クロック毎(図2では4クロック毎)の期間にオンにするようにしてもよい。
また、通信部115は有線により通信を行うものであってもよい。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, FIG. 2 showing the timings at which the signal synthesis unit 104 turns on the switching signals MIC, ACC, and GYR is merely an example, and the timing at which each switching signal is turned on may be changed to another mode. As another aspect, since there are few practical problems even if the rate at which the output of the acceleration sensor 102 or the gyro sensor 103 is sampled is lower than the rate at which the output of the microphone 101 is sampled, the switching signals ACC and GYR For example, the clock signal CLK may be turned on every 20 clocks (every 4 clocks in FIG. 2).
The communication unit 115 may perform communication by wire.

100…ヘッドセット 101…マイク 102…加速度センサ 103…ジャイロセンサ 104…信号合成部 105…A/D変換部 106…信号分離部 107〜109…フィルタ 110…心拍数計算部 111…歩数計算部 112…方向計算部 113…D/A変換部 114…スピーカ 115…通信部 116…アンテナ 1101…基準波形記憶部 1102…相関波形抽出部 1103…計数部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Headset 101 ... Microphone 102 ... Acceleration sensor 103 ... Gyro sensor 104 ... Signal synthesis | combination part 105 ... A / D conversion part 106 ... Signal separation part 107-109 ... Filter 110 ... Heart rate calculation part 111 ... Step count calculation part 112 ... Direction calculation unit 113 ... D / A conversion unit 114 ... speaker 115 ... communication unit 116 ... antenna 1101 ... reference waveform storage unit 1102 ... correlation waveform extraction unit 1103 ... counting unit

Claims (4)

複数のアナログ信号を入力し、各アナログ信号を順次切り替えることにより1つの信号に合成する信号合成部と、
前記信号合成部によって合成された信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換部と、
前記信号合成部における信号の切り替えタイミングに対応したタイミングで前記A/D変換部からのデジタル信号を分離する信号分離部と、
を備えることを特徴とするA/D変換装置。
A signal synthesizer for inputting a plurality of analog signals and synthesizing them into one signal by sequentially switching each analog signal;
An A / D converter for analog / digital conversion of the signal synthesized by the signal synthesizer;
A signal separation unit for separating the digital signal from the A / D conversion unit at a timing corresponding to a signal switching timing in the signal synthesis unit;
An A / D conversion device comprising:
前記信号合成部は、各アナログ信号にそれぞれ所定値のゲインをかけて信号を合成することを特徴とする請求項1に記載のA/D変換装置。   The A / D conversion apparatus according to claim 1, wherein the signal synthesis unit synthesizes the signals by multiplying each analog signal by a predetermined gain. 前記信号合成部は、所定のクロック信号の1クロック毎に各アナログ信号の切り替えを行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のA/D変換装置。   The A / D converter according to claim 1, wherein the signal synthesis unit switches each analog signal for each clock of a predetermined clock signal. マイクとスピーカを有し頭部に装着されるヘッドセットであって、
音声を集音し、集音した音声に基づくアナログ信号を出力するマイクと、
ヘッドセットの装着者の動きに応じた加速度を検出し、検出した加速度に基づくアナログ信号を出力する加速度センサと、
前記マイクからのアナログ信号と前記加速度センサからのアナログ信号を入力し、各アナログ信号を順次切り替えることにより1つの信号に合成する信号合成部と、
前記信号合成部によって合成された信号をアナログ・デジタル変換するA/D変換部と、
前記信号合成部における信号の切り替えタイミングに対応したタイミングで前記A/D変換部からのデジタル信号を分離する信号分離部と、
前記信号分離部によって分離された加速度を表す信号に基づいてヘッドセットの装着者の歩数を計算する歩数計算部と、
前記信号分離部によって分離された音声を表す信号を外部機器へ送信する通信部と、
を備えることを特徴とするヘッドセット。
A headset that has a microphone and a speaker and is worn on the head,
A microphone that collects sound and outputs an analog signal based on the collected sound;
An acceleration sensor that detects acceleration according to the movement of the headset wearer and outputs an analog signal based on the detected acceleration;
A signal synthesis unit that inputs an analog signal from the microphone and an analog signal from the acceleration sensor, and synthesizes the analog signal into one signal by sequentially switching each analog signal;
An A / D converter for analog / digital conversion of the signal synthesized by the signal synthesizer;
A signal separation unit for separating the digital signal from the A / D conversion unit at a timing corresponding to a signal switching timing in the signal synthesis unit;
A step calculation unit that calculates the number of steps of the wearer of the headset based on the signal representing the acceleration separated by the signal separation unit;
A communication unit that transmits a signal representing the sound separated by the signal separation unit to an external device;
A headset comprising:
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