JP2011166348A - ディジタル受信機及びディジタル受信機における受信音声補完方法 - Google Patents

Abstract

【課題】復調した結果に誤りが多く、誤り訂正符号による誤り訂正限界を超えた場合、訂正できない音声データの補完を行い通話内容の理解を促進するディジタル受信機を提供する。
【解決手段】本発明のディジタル受信機は、変調された受信信号のディジタル復調を行い、符号化データ及び符号化データより生成した第1の誤り訂正符号を出力するディジタル復調部と、符号化データから第2の誤り訂正符号を生成し、第2及び第1の誤り訂正符号とで、符号化データに誤りの有無の検出及び誤り訂正可能か否かの判定を行い、誤りが無い又は誤りが訂正ができた場合に符号化データを出力し、誤り訂正が出来ない場合にできないことを示す訂正不能信号を出力する誤り訂正部と、入力された符号化データから音声データを復号し、一方、訂正不能信号が入力されると、対応する符号化データの音声データを、予め設定されている周波数の音声補完データに置換する音声処理部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディジタル受信機における受信音声の信号処理に関する。

ディジタル受信機においては、復調した結果に誤りが多く、変調されたビットデータ（コーデックによりディジタル符号化されたデータ）を復調した結果の誤りが多く、誤り訂正符号（ＥＣＣ：Error Check and Correction）による誤り訂正限界を超えると音声の途切れが発生することになる。
したがって、従来のアナログ通信を用いたアナログ受信機の場合、音声がノイズに埋もれて不明瞭になるという状態に比較して、ディジタル通信のディジタル受信機の場合、顕著に音声通話が途切れてしまうことになる。

アナログ通信の場合、音声が完全に途切れるのではなく、ノイズ混じりに音声が聞こえるため、聞いている人間が通話内容を理解することができる。
一方、ディジタル通信の場合、音声が完全に途切れてしまうため、音声に対して人間が行う認識処理が途切れるため、通話内容を理解することが、アナログ通信に比較して困難になってしまう。
このため、複数の受信系統（例えば、２つの受信系統）から最も受信状態の良い電波を自動的に選択して、すなわち２つの通信部のいずれか電波の受信強度の強い方から受信するダイバーシティ方式を用いることで、音声の途切れを抑制できる（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−９５１３８号公報

しかしながら、ダイバーシティ方式を用いていても、変調された受信信号の復調処理において、誤り訂正符号による誤り訂正の限界を超えてしまうと、結局音声の途切れが発生することになる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、復調した結果に誤りが多く、音声コーディックの誤り訂正限界を超え、音声の途切れが発生した場合にも、途切れ部分の信号補完を行い通話内容の理解を促進するディジタル受信機を提供することを目的としている。

本発明のディジタル受信機は、変調された受信信号のディジタル復調を行い、復調結果として符号化データ及び当該符号化データより生成した第１の誤り訂正符号を出力するディジタル復調部と、前記符号化データから第２の誤り訂正符号を生成し、当該第２の誤り訂正符号及び前記第１の誤り訂正符号とにより、当該符号化データに誤りがあるか否かの検出及び誤り訂正可能かの判定を行い、誤りが無い場合または誤りが訂正ができた場合に符号化データを出力し、誤り訂正が出来ない場合に誤り訂正ができないことを示す訂正不能信号を出力する誤り訂正部と、前記符号化データが入力されると、当該符号化データから音声データを復号し、一方、前記訂正不能信号が入力されると、対応する符号化データの音声データを、聴いた人間に聴覚補完を行わせる音声補完データに置換する音声処理部とを有することを特徴とする。

本発明のディジタル受信機は、前記音声処理部が、前記音声補完データの周波数を音声信号の帯域内としていることを特徴とする。

本発明のディジタル受信機は、前記音声処理部が、前記音声補完データの周波数を直前に受信した音声データの周波数帯域とすることを特徴とする。

本発明のディジタル受信機における受信音声補完方法は、ディジタル復調部が、変調された受信信号のディジタル復調を行い、復調結果として符号化データ及び当該符号化データより生成した第１の誤り訂正符号を出力するディジタル復調過程と、誤り訂正部が、前記符号化データから第２の誤り訂正符号を生成し、当該第２の誤り訂正符号及び前記第１の誤り訂正符号とにより、当該符号化データに誤りがあるか否かの検出及び誤り訂正可能かの判定を行い、誤りが無い場合または誤りが訂正ができた場合に符号化データを出力し、誤り訂正が出来ない場合に誤り訂正ができないことを示す訂正不能信号を出力する誤り訂正過程と、音声処理部が、前記符号化データが入力されると、当該符号化データから音声データを復号し、一方、前記訂正不能信号が入力されると、対応する符号化データの音声データを、聴いた人間に聴覚補完を行わせる音声補完データに置換する音声処理過程とを有することを特徴とする。

この本発明によれば、復調した結果に誤りが多く、音声データが誤り訂正により訂正できない符号化データが発生した場合、この符号化データの部分を予め設定した周波数帯域のノイズとして人間に認識される音声補完データ（例えば、ホワイトノイズ）に置換し、音声データの補完を行うため、人間の知覚心理において欠落した部分の聴覚補完が行われ、欠損部を有する音声データが上記音声補完データの存在によりあたかも修復されたように聞こえ、通信内容を理解することが可能となる。

本発明の一実施形態を用いたディジタル受信機の構成例を示すブロック図である。 図１の実施形態によるディジタル受信機による音声補完の動作例を示すフローチャートである。 本発明に関連するダイバーシティ方式を用いたディジタル受信機の構成例を示すブロック図である。

本発明は、ディジタル受信機において、復調した結果に誤りが多く受信信号を復号することができずに、符号化データが欠落した場合、この欠落した符号化データの部分を無音状態（音声が途切れた状態）とするのではなく、この欠落した部分に擬似的なノイズのような上記音声補完データを挿入することにより、欠落した部分の補完処理を脳が行い、欠落した部分を含めて、通信内容を理解できるようになる、人間の心理学上の特性を利用したものである。
例えば、「ほんじつはせいてんなり」の通話が復調した結果に誤りが多く、符号化データの欠落により、「ほ・・・は・い・ん・り」となり、「・」を無音にした場合、言葉が不連続となり、人間の脳は無音の部分の補完処理をおこなわない。
しかしながら、この無音となる音声が途切れる箇所に、擬似的なノイズ、それも抜き去った部分の周波数範囲の成分を含む音声補完データを、前後の音声と同レベルの音としてはめ込むと、はめ込まれることにより無音部分が無くなり、音声データが途切れなく聞こえるため、あたかもはめ込んだ音声補完データが他の音声データと連続した音声として聞こえることがある。

すなわち、欠落した部分の補完処理を脳が行うことを聴覚補完という。例えば、聴覚補完とは、時間的に隙間なくつながったある時間間隔（例えば、１００ｍ秒）を抜き去ると、時間的な空白として知覚される。
一方、ここに抜き去った部分の周波数範囲の成分を有する音声と同レベルの音である音声補完データをはめ込むと、上述したように、無音部分が無くなり音声が連続するため、はめ込んだ音声補完データを連続した音声として脳が補完することにより、あたかもはめ込んだ音声補完データが前後の音声データと連続した音声として聞こえることがある。
上述したように、本発明は、復号化データを誤り訂正が行えなかった場合、欠落した部分を無音とせず、上記音声補完データを挿入する。この結果、時間軸上の欠損部分が挿入した音声補完データの存在により音声データを連続させ、この音声補完データを含む音声データを聴いた人間に対し、上記無音の部分があたかも修復されたかのように、聞こえる上記聴覚補完を利用している。

以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態によるディジタル受信機について説明する。図１は、この発明の一実施形態によるディジタル受信機の構成例を示す概念図である。
通信部１は、内部にＲＦ（Radio Frequency）回路を有しており、図示しない送信機からアンテナＡを介して受信した受信信号を増幅し、所望の信号を選択することでさらに信号振幅を増幅させ、電波に載せられた変調されたディジタル情報を抽出する。
ディジタル復調部２は、通信部１から入力されるディジタル情報のディジタル復調を行い、すなわち変調された信号であるシンボルを復調したディジタル符号化データを出力する。
例えば、ディジタル復調部２は、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）またはＱＰＳＫ（QuadraPhase Shift Keying）などで変調された受信信号におけるシンボルをディジタルデータに復調し、ビットデータとしてディジタル符号化データ及びこの符号化データより生成された第１の誤り訂正符号（送信側にて生成）を出力する。

誤り訂正部３は、復調されたディジタル符号化データと上記第１の誤り訂正符号（ＥＣＣ）とにより、ディジタル符号化データに誤りがあるか否かの検出を行う。
すなわち、誤り訂正部３は、復調されたディジタル符号化データから予め設定された論理式により第２の誤り訂正符号を生成する。ここで、第１の誤り訂正符号と第２の誤り訂正符号が一致すれば、復調されたディジタル符号化データに誤りはないことになる。
また、誤り訂正部３は、第１及び第２の誤り訂正符号に一致しないビットが存在することを検出、すなわちディジタル符号化データに誤りがある場合、第１及び第２の誤り訂正符号により、ディジタル符号化データにおける誤り訂正が行えるか否かの検出を行う。

そして、誤り訂正部３は、誤り訂正が行えると判定した場合、第１及び第２の誤り訂正符号により、ディジタル符号化データの誤り訂正を行う。
一方、誤り訂正部３は、第１及び第２の誤り訂正符号に同一でないビットが存在して誤りの存在を検出し、この異なるビット数が誤り訂正が行えない数である場合、誤り訂正が行えないことを示す訂正不能信号を、誤り訂正符号を生成した範囲（受信される複数シンボルからなるフレーム単位）のディジタル符号化データの代わりに出力する。

音声処理部４は、誤りがない場合または誤りがあるが誤り訂正が行える場合に、ディジタル符号化データから音声データに復号を行い、一方、誤りがあり、この誤りの誤り訂正が行えない場合（訂正不能信号が入力された場合）に、訂正不能信号が入力された際のディジタル符号化データを、聴いた人間に音声補完を行わせる周波数帯域の音声補完データに置換する。

次に、図１及び図２を用いて、本実施形態のディジタル受信機の動作を説明する。ここで、図２は、本実施形態によるディジタル受信機の動作例を示すフローチャートである。
通信部１は、アンテナＡにより受信された受信信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された受信信号の各シンボルから、同相成分のＩ信号及び直交成分のＱ信号からなるディジタル情報を生成し（ステップＳ１）、このディジタル情報をフレーム単位にてディジタル復調部２に出力する。
フレーム単位の上記ディジタル情報が入力されると、ディジタル復調部２は、予め通信側と設定されている変調方式に対応して、入力される各ディジタル情報を、このディジタル情報のシンボルに対応したビットデータであるディジタル符号化データに復調し（ステップＳ２）、このディジタル符号化データを誤り訂正部３へ出力する。

次に、誤り訂正部３は、復調されたディジタル符号化データから、予め設定されたビット数に対応した論理式からＥＣＣを生成し、受信信号（フレーム単位のシンボル及びＥＣＣからなる信号）に付加されて復調されたＥＣＣとの比較を行い、異なるビットがあるか否かにより、復調したディジタル符号化データにおける誤りの有無の検出を行う（ステップＳ３）。このとき、誤り訂正部３は、誤りが有る場合に処理をステップＳ４へ進め、一方誤りが無い場合に、検出を行ったディジタル符号化データを音声処理部４へ出力するとともに、処理をステップＳ７へ進める。

ステップＳ３において誤りがあると判定した場合、誤り訂正部３は、論理式から得たＥＣＣと受信信号として得られたＥＣＣとの異なったビット数が誤り訂正が不可能な数（２箇所以上異なるビットが存在する）か否かを判定、すなわち誤り訂正が可能か否かの判定を行う（ステップＳ４）。このとき、誤り訂正部３は、誤り訂正が可能である場合に処理をステップＳ６へ進め、誤り訂正が不可能である場合に処理をステップＳ５へ進める。

ステップＳ４において誤り訂正が可能であると判定された場合、誤り訂正部３は、ディジタル符号化データにおいて、ＥＣＣの比較により誤りであると検出された位置の誤りの訂正を行い（ステップＳ６）、誤り訂正を行ったディジタル符号化データを音声処理部４へ出力するとともに、処理をステップＳ７へ進める。一方、誤り訂正が不可能であると判定された場合、誤り訂正部３は、誤りが訂正できない対応するディジタル符号化データに対応する部分にて、訂正不能信号を出力し（ステップＳ５）、処理をステップＳ７へ進める。

次に、音声処理部４は、誤り訂正部３からディジタル符号化データが入力されると、通信先との間において予め設定された符号化方式（音声コーデック）に対応させ、入力されるディジタル符号化データの復号を行い（ステップＳ７）、音声データの再生を行う。このとき、音声処理部４は、復号した音声データの周波数領域を示す周波数データを取得する。
また、音声処理部４は、誤り訂正部３から訂正不能信号が入力された場合、対応するディジタル符号化データに対応する位置（時系列に連続した時間的な位置）に、音声補完データ（ホワイトノイズなど）を挿入、すなわちディジタル符号化データに対応する音声データの領域を、音声補完データと置換処理して音声データとして出力する。

そして、Ｄ／Ａ変換部５は、上記音声データが入力されると、この音声データをＤ（ディジタル）／Ａ（アナログ）変換し、アナログ音声データとして、増幅してスピーカＳＰからアナログ音声を出力する。この後、処理はステップＳ１へ戻り、ステップＳ１からステップＳ７の処理が繰り返される。
上述した処理は、ＥＣＣを行う単位、例えばフレーム単位で行われるため、ディジタル符号化データの音声補完データとの置き換えも、フレーム単位にて行われることになる。

上述したディジタル符号化データを音声補完データに置換する際、音声処理部４は、すでに説明したように、抜き去った部分の周波数範囲の周波数成分を有していることが必要なため、人間の音声の周波数帯域の周波数成分を有した音声補完データを生成し、ディジタル符号化データに対応する音声データと置換する。
また、音声処理部４は、直前、あるいはその前の複数のフレームから得られた音声データの周波数帯域の周波数成分を含む音声補完データを生成し、ディジタル符号化データに対応する音声データと置換するように構成しても良い。この場合、相手の話者の音声の周波数帯域の周波数成分が音声補完データに含まれているため、より無音領域の補完に適した音声補完データを生成することができる。

また、図３に示すダイバーシティ方式を用いたディジタル受信機に対しても、すでに説明した音声補完の機能を付加する構成としても良い。
例えば、ディジタル復調部２は、アンテナＡを有する通信部１ａと、アンテナＢを有する通信部１ｂとにおいて、いずれか電波強度の強い方の受信信号用い、ディジタル符号化データを復調するように構成してもよい。
他の、ディジタル復調部２、誤り訂正部３、音声処理部４及びＤ／Ａ変換部５の各々の動作は、すでに説明した一実施形態と同様である。
図３のように構成することにより、ダイバーシティ方式の効果に加え、無音となる領域をノイズにより補完する効果も得られることになる。

また、図１のディジタル復調部２、誤り訂正部３及び音声処理部４の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりノイズによる無音領域の補完の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１，１ａ，１ｂ…通信部
２…ディジタル復調部
３…誤り訂正部
４…音声処理部
５…Ｄ／Ａ変換部
Ａ，Ｂ…アンテナ
ＳＰ…スピーカ

Claims (4)

1. 変調された受信信号のディジタル復調を行い、復調結果として符号化データ及び当該符号化データより生成した第１の誤り訂正符号を出力するディジタル復調部と、
   前記符号化データから第２の誤り訂正符号を生成し、当該第２の誤り訂正符号及び前記第１の誤り訂正符号とにより、当該符号化データに誤りがあるか否かの検出及び誤り訂正可能かの判定を行い、誤りが無い場合または誤りが訂正ができた場合に符号化データを出力し、誤り訂正が出来ない場合に誤り訂正ができないことを示す訂正不能信号を出力する誤り訂正部と、
   前記符号化データが入力されると、当該符号化データから音声データを復号し、一方、前記訂正不能信号が入力されると、対応する符号化データの音声データを、聴いた人間に聴覚補完を行わせる音声補完データに置換する音声処理部と
   を有することを特徴とするディジタル受信機。
2. 前記音声処理部が、前記音声補完データの周波数を音声信号の帯域内としていることを特徴とする請求項１に記載のディジタル受信機。
3. 前記音声処理部が、前記音声補完データの周波数を直前に受信した音声データの周波数帯域とすることを特徴とする請求項２に記載のディジタル受信機。
4. ディジタル復調部が、変調された受信信号のディジタル復調を行い、復調結果として符号化データ及び当該符号化データより生成した第１の誤り訂正符号を出力するディジタル復調過程と、
   誤り訂正部が、前記符号化データから第２の誤り訂正符号を生成し、当該第２の誤り訂正符号及び前記第１の誤り訂正符号とにより、当該符号化データに誤りがあるか否かの検出及び誤り訂正可能かの判定を行い、誤りが無い場合または誤りが訂正ができた場合に符号化データを出力し、誤り訂正が出来ない場合に誤り訂正ができないことを示す訂正不能信号を出力する誤り訂正過程と、
   音声処理部が、前記符号化データが入力されると、当該符号化データから音声データを復号し、一方、前記訂正不能信号が入力されると、対応する符号化データの音声データを、聴いた人間に聴覚補完を行わせる音声補完データに置換する音声処理過程と
   を有することを特徴とするディジタル受信機における受信音声補完方法。

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