JP4346501B2 - Receiver - Google Patents
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Description
本発明は、受信装置に関し、特に、音声受信信号検出および除去に好適な受信装置に関する。 The present invention relates to a receiving apparatus, and more particularly to a receiving apparatus suitable for detecting and removing a voice reception signal.
近年の通信需要の増大に伴い、無線通信装置が急速に普及している。このような状況のなかで秩序を保ち、かつ有効に電波を利用するためには、それぞれの無線局を一定の条件のもとで使用する必要がある。しかしながら無線機器の故障や違法な運用などにより、全ての無線通信装置が条件を満たして運用されているとは言えない状況にある。これらを放置すると、正常に運用されている無線機器の運用に障害が及ぼされる虞があるため、電波の利用状況を監視して異常電波の発生を防止することが重要になってきている。このような目的のためには各電波局から送出される電波の諸元を推定することが必要であり、そのための信号処理装置が開発されてきている。 With recent increase in communication demand, wireless communication devices are rapidly spreading. In order to maintain order and effectively use radio waves in such a situation, it is necessary to use each radio station under certain conditions. However, it is not possible to say that all wireless communication devices are operated in a condition due to a malfunction of the wireless device or illegal operation. If these are left unattended, there is a risk that the operation of a wireless device that is normally operated may be disturbed. Therefore, it is important to monitor the use of radio waves and prevent the occurrence of abnormal radio waves. For this purpose, it is necessary to estimate the specifications of radio waves transmitted from each radio station, and signal processing apparatuses for that purpose have been developed.
無線通信で用いられる信号は、アナログ変調信号とデジタル変調信号に分類される。アナログ変調信号は、例えば、AM(Amplitude Modulation)やFM(Frequency Modulation)などが、デジタル変調信号は、例えば、ASK(Amplitude Shift Keying)やFSK(Frequency Shift Keying)などが挙げられる。これら変調信号の特定の方法としては、例えば、受信信号をI、Q成分に分配し、I、Q成分から各時間における位相から各時間間の位相差を検出し、あらかじめ設定した変調方式による位相差と一致するか否かにより、特徴を抽出する方式が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Signals used in wireless communication are classified into analog modulation signals and digital modulation signals. Examples of the analog modulation signal include AM (Amplitude Modulation) and FM (Frequency Modulation), and examples of the digital modulation signal include ASK (Amplitude Shift Keying) and FSK (Frequency Shift Keying). As a specific method of these modulation signals, for example, the received signal is distributed to the I and Q components, the phase difference between each time is detected from the phase at each time from the I and Q components, and the level according to the preset modulation method is used. There has been proposed a method of extracting features depending on whether or not they match the phase difference (see, for example, Patent Document 1).
以上述べたように、電波監視のための信号処理装置の更なる精度の向上が要望されている。 As described above, there is a demand for further improvement in accuracy of a signal processing device for radio wave monitoring.
高精度の信号解析には、信号処理量の増加が避けられない。そのため、観測対象以外の信号を信号解析の前処理で取り除き、無駄な信号処理を行わないようにすることが望まれる。また、観測対象外の信号を見つけるための信号処理自体も、可能な限り簡易かつ高精度なことが望まれる。 An increase in the amount of signal processing is inevitable for high-accuracy signal analysis. Therefore, it is desired to remove signals other than the observation target by preprocessing of signal analysis so as not to perform useless signal processing. In addition, it is desirable that the signal processing itself for finding a signal that is not observed is as simple and highly accurate as possible.
当然のことながら、電波帯域は、世界中であらゆる信号形式での運用が割り当てられている。そのため、アナログ信号とデジタル信号が混在するのは、当然であり、そのような環境下で使用される電波監視装置では、観測対象外の信号が干渉することは、ある程度やむを得ない。
本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、アナログ音声信号を高い精度で検出し、除去することの可能な受信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a receiving apparatus capable of detecting and removing an analog audio signal with high accuracy.
本発明の一態様によれば、所定の無線帯域を受信してベースバンドに変換した信号から音声スペクトル包絡推定により包絡線を抽出する包絡線抽出手段と、この包絡線抽出手段により抽出した包絡線に基づいて、受信信号がアナログ変調された音声信号かデジタル変調された音声信号かを判定する音声信号判定手段と、この音声信号判定手段によりアナログ変調された音声信号であると判定された場合、前記受信信号からアナログ変調された音声信号と判定された信号を除去する音声信号除去手段を備えたことを特徴とする受信装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, an envelope extraction unit that extracts an envelope by speech spectrum envelope estimation from a signal that has received a predetermined radio band and converted into a baseband, and an envelope extracted by the envelope extraction unit based on, if the received signal is determined and the audio signal determination means for determining whether the analog modulated audio signal or a digitally modulated audio signal, and this sound signal determining means is an analog modulated audio signals, There is provided a receiving apparatus comprising audio signal removing means for removing a signal determined as an analog-modulated audio signal from the received signal.
また、本発明の別の一態様によれば、所定の無線帯域を受信してベースバンドに変換した信号から音声スペクトル包絡推定により包絡線を抽出する包絡線抽出手段と、この包絡線抽出手段により抽出した包絡線に基づいて受信信号が音声信号であるか否かを判定する音声信号判定手段は、該受信信号の有音無音判定を行い、有音部分と推定された時間のみ、該音声スペクトラム包絡線と該受信信号を周波数領域に変換した信号との相関値を算出し、この相関値が所定の閾値より小さければ音声信号と判定することにより、その音声信号を除去することを特徴とする受信装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, an envelope extraction unit that extracts an envelope from a signal obtained by receiving a predetermined radio band and converted into a baseband by speech spectrum envelope estimation, and the envelope extraction unit A sound signal determination means for determining whether or not the received signal is a sound signal based on the extracted envelope, performs a sound / silence determination of the received signal, and performs the sound spectrum only for a time estimated as a sound part. A correlation value between an envelope and a signal obtained by converting the received signal into a frequency domain is calculated, and if the correlation value is smaller than a predetermined threshold, the voice signal is determined to be removed, and the voice signal is removed. A receiving device is provided.
本発明によれば、受信信号中の音声信号を精度良く判別することが出来、デジタル信号のみを効率良く解析が可能な受信装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the audio | voice signal in a received signal can be discriminate | determined accurately, and the receiver which can analyze only a digital signal efficiently is provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。 (First Embodiment) First, the first embodiment of the present invention will be described.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。図1において、アンテナで受信された受信信号はRF部1001に入力される。RF部1001は、信号増幅や周波数選択を行う。RF部1001で処理された信号は、例えばA/D変換器から成る周波数変換部1002に入力される。周波数変換部1002では、入力した信号をベースバンド信号に変換する。周波数変換部1002で処理された信号は、音声信号検出部1003と音声信号除去部1004に送られる。音声信号検出部1003は、受信信号が音声信号であるか否かを判定し、判定結果を音声信号除去部1004に入力する。音声信号除去部1004は、音声信号検出部1003から入力した音声信号判定結果にしたがって、受信信号から音声信号を除去する。音声信号除去部1004で音声信号を除去された信号は、復調・分析部1005に供給される。復調・分析部1005では、入力した音声信号が除去された信号を、復調・分析した後、表示部1006に送る。表示部1006は、例えばモニタやプリンタで構成され、検出レベルを周波数帯域に対応させて表示される。尚、表示部1006では、変調方式、帯域、あるいは復調信号そのものを表示させてもよい。例えばキーボードで構成される入力部1007において、RF周波数あるいはフィルタの切り替え等のパラメータが設定され、設定値は制御部1008に送られる。制御部1008は、設定値に基づいてRF部1001、周波数変換部1002、復調・分析部1005をそれぞれ制御する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the received signal received by the antenna is input to the
次に、音声信号検出部1003の構成を図2にしたがって説明する。図2は、音声信号検出部1003の構成を示すブロック図である。図2において、周波数変換部1002から出力したベースバンド信号は、音声スペクトル包絡線推定部2001と高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)計算部2003にそれぞれ入力される。音声スペクトル包絡線推定部2001は、音声の特徴を模擬したフィルタにより受信信号からスペクトル包絡線を推定し、所定のFFTウインドウサイズ及びウインドウの開始時間をシフトしながら包絡線を計算し出力する。FFT計算部2003では、受信信号の周波数変換、すなわち時間軸から周波数軸への変換が行われる。FFT計算部2003も音声スペクトル包絡線推定部2001と同様に、所定のFFTウインドウサイズかつウインドウの開始時間をシフトしながら計算結果を出力していく。音声スペクトル包絡線推定部2001での計算結果は、音声信号のスペクトル特徴量であるフォルマントを抽出するためのフォルマント(極大値)検出部2002に入力され、音声のフォルマントとよばれる基本周波数の位置を検出しその位置を相関値計算部2004に出力する。相関値計算部2004は、フォルマント(極大値)検出部2002で得られた基本周波数の位置で、音声スペクトル包絡線とFFT計算部2003で周波数変換された信号の相関値を計算する。相関値計算部2004での計算結果は、音声信号判定部2005に供給される。音声信号判定部2005では、入力された受信信号が音声であるか否かを判定し、その結果を音声信号除去部1004に出力する。
Next, the configuration of the audio
次に、音声スペクトル包絡線推定部2001の構成を図3にしたがって説明する。図3は、音声スペクトル包絡線推定部2001の構成を示すブロック図である。図3に示す実施形態では、スペクトル包絡の抽出を、メルケプストラム法によって行っている。尚、スペクトル包絡抽出はこれに限られず、信号のスペクトル密度関数を全極型フィルタによってモデル化してパラメータを抽出する線形予測分析法(Linear Predictive Coding:LPC)分析法や、音声の音響的性質を利用したスペクトル分析であるケプストラム法でもよいことは勿論である。
Next, the configuration of the speech spectrum
周波数変換部1002から入力されたベースバンド信号は、FFT計算部3001で周波数変換される。この周波数変換された信号は、パワースペクトル計算部3002に供給され、波形データからパワースペクトルに変換される。また、FFT計算部3001で周波数変換された信号は、評価関数最小化部3005へ供給される。パワースペクトル計算部3002によりパワースペクトルに変換された信号は、周波数変換部3003に与えられて周波数軸上の変換が行われる。この周波数軸上の変換がされた信号は、逆高速フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)計算部3004に供給される。IFFT計算部3004では、逆高速フーリエ変換を行って周波数成分のデジタル変調データを、一括して、時間信号に変換させる。この時間信号に変換された信号は、評価関数最小化部3005に送られる。評価関数最小化部3005では、ベースバンド信号がFFT計算部3001により周波数変換された信号と、IFFT計算部3004からの時間信号に変換された信号との誤差が最小になるように補正が行われる。この補正後の信号は、メルケプストラム対数変換部3006に供給され、音声の特徴を増大させる変換を行う。
The baseband signal input from the
図4に音声信号からスペクトル包絡を抽出して相関値を求める動作を概念的に示す。尚、図4において、縦軸はパワースペクトルの大きさを、横軸は周波数を表している。音声信号検出部1003の相関値計算部2004での計算処理は、フォルマント(極大値)検出部2002で得られた基本周波数の位置、すなわち図4で示すフォルマント点でのスペクトル包絡とFFT計算部2003で周波数変換して得られたFFT波形から、受信信号の相関値を計算する。相関値の差が所定の閾値以上に大きい、すなわち相関が認められない場合には、ベースバンド信号が、AM、FM等のアナログ変調された音声信号と判別する。相関値の差が上記所定の閾値よりも小さい場合には、デジタル変調された音声信号と判別する。
FIG. 4 conceptually shows the operation of extracting the spectral envelope from the audio signal and obtaining the correlation value. In FIG. 4, the vertical axis represents the magnitude of the power spectrum, and the horizontal axis represents the frequency. The calculation processing in the correlation
この様にして、音声信号を精度良く検出し、受信信号から除去することで、無駄な分析を行わずにすみ、効率のよい受信が可能となる。 In this way, by detecting the audio signal with high accuracy and removing it from the received signal, it is possible to perform efficient reception without performing unnecessary analysis.
(第2の実施の形態)次に、本発明の第2の実施の形態について、図5を参照しながら説明する。第1の実施の形態においては、音声スペクトル包絡線とFFT計算部で周波数変換して得られたFFT波形から、受信信号の相関値を計算しているが、音声には有音部分と無音部分があり、無音部分で相関値を計算してしまうと音声の特徴が抽出されず、誤った結果を出力する可能性がある。そこで、図5に示すようにメルケプストラム対数変換部3006からメルケプストラムで用いる0次メルケプストラム係数m(0)を出力し、音声信号検出部1003内の相関値計算部2004に供給する。ここで、0次メルケプストラム係数m(0)は、メルケプストラム法で推定したスペクトル包絡の全周波数に対する平均値である。0次メルケプストラム係数m(0) はスペクトルのパワーを示すから、この値により、有音か無音かを識別する。図6は有音無音の検出方法を示している。0次メルケプストラム係数m(0)が所定の閾値以上に大きければ有音と判定する。例えば、図6において、斜線部は有音と判定する。反対に、0次メルケプストラム係数m(0)が所定の閾値より小さければ無音と判定する。第2の実施の形態は、相関値計算部2004において、この有音部分のみで相関をとるものである。係る実施の形態によれば、無音部分で相関値を計算しないから、さらに精度良く音声信号を判定することができる。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the correlation value of the received signal is calculated from the speech spectrum envelope and the FFT waveform obtained by frequency conversion by the FFT calculation unit. If the correlation value is calculated in the silent part, the voice feature may not be extracted, and an incorrect result may be output. Therefore, as shown in FIG. 5, the zero-order mel cepstrum coefficient m (0) used in the mel cepstrum is output from the mel cepstrum
(第3の実施の形態)次に、本発明の第3の実施の形態について、図7を参照しながら説明する。一般的に、変調されたデジタル信号は、データが全て1や0で無い限り、スペクトルの最大値の時間方向の分布は、データのパターンに従って広がっている。つまり、時間方向の分散は比較的大きな値をもつことになる。同様に、スペクトルの最大値からN番目(Nは整数1,2,3...)までを考慮にいれた時間方向の分散も最大値の分散と同じ値をとる。ここで、多値FSK信号のスペクトルが最大値となる位置の分散を測定した例を図8に示す。縦軸は周波数、横軸は時間を表している。図8(a)は最大値から1番目の分散値をプロットしたものである。図8(b)は最大値から8番目までを考慮にいれた分散値をプロットしたものである。しかし、アナログ音声では、基本周波数が最も大きい場合が多い。つまり、音声のスペクトルの最大値は、基本周波数となり、時間方向の分散は小さくなる。一方、スペクトルの最大値からN番目までを考慮に入れた時間方向の分散は、基本周波数以外の調波構造が加味され分散は大きくなる。ここで、音声信号のスペクトルが最大値となる位置の分散を測定した例を図9に示す。縦軸は周波数、横軸は時間を表している。図9(a)は最大値から1番目の分散値をプロットしたものである。図9(b)は最大値から8番目までを考慮にいれた分散値をプロットしたものである。図8と大きく異なっている。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Generally, in a modulated digital signal, unless the data is all 1 or 0, the distribution of the maximum value of the spectrum in the time direction spreads according to the data pattern. That is, the variance in the time direction has a relatively large value. Similarly, the variance in the time direction taking into account the Nth spectrum (N is an
第3の実施の形態では、以上のような特性を利用する。図7は、音声信号検出部1003の具体的な構成例を示すブロック図である。図7において、ベースバンド信号は、音声スペクトル包絡線推定部2001に入力される。音声スペクトル包絡線推定部2001の出力は、それぞれTop-m算出部7001、Top-n算出部7003に供給される。Top-m算出部7001ではmを例えば1として、スペクトルの最大値を検出する。検出された周波数の位置の分散を統計値算出部7002で計算する。統計値算出部7002で算出した分散の値は音声信号判定部7005に送られる。同様に、Top-n算出部7003のnを例えば8として、最大値から8番目までを加味した周波数の位置を検出する。検出された周波数の位置の分散を統計値算出部7004で計算する。統計値算出部7004で算出した分散の値は音声信号判定部7005に送られる。音声信号判定部7005では、最大値のみの分散と最大値から8番目を考慮に入れた分散値を比較し、分散の差が予め設定した値より大きい場合、音声信号と判定する。
In the third embodiment, the above characteristics are used. FIG. 7 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the audio
本実施の形態においても、音声信号を精度良く判定することが可能となり、無駄な分析を行わずにすみ、効率のよい受信が可能となる。 Also in the present embodiment, it is possible to accurately determine an audio signal, and it is possible to perform efficient reception without performing unnecessary analysis.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1001:RF部、1002:周波数変換部、1003:音声信号検出部、1004:音声信号除去部、
1005:復調・分析部、1006:表示部、1007:入力部、1008:制御部、2001:音声スペクトル包絡線推定部、2002:フォルマント(極大値)検出部、2003:FFT計算部、2004:相関値計算部、2005:音声信号判定部、3001:FFT計算部、3002:パワースペクトル計算部、3004:IFFT計算部、3005:評価関数最小化部、3006:メルケプストラム対数変換部
1001: RF unit, 1002: Frequency conversion unit, 1003: Audio signal detection unit, 1004: Audio signal removal unit,
1005: Demodulation / analysis unit, 1006: Display unit, 1007: Input unit, 1008: Control unit, 2001: Speech spectrum envelope estimation unit, 2002: Formant (maximum value) detection unit, 2003: FFT calculation unit, 2004: Correlation Value calculation unit, 2005: Audio signal determination unit, 3001: FFT calculation unit, 3002: Power spectrum calculation unit, 3004: IFFT calculation unit, 3005: Evaluation function minimization unit, 3006: Mel cepstrum logarithmic conversion unit
Claims (5)
この包絡線抽出手段により抽出した包絡線に基づいて、受信信号がアナログ変調された音声信号かデジタル変調された音声信号かを判定する音声信号判定手段と、
この音声信号判定手段によりアナログ変調された音声信号であると判定された場合、前記受信信号からアナログ変調された音声信号と判定された信号を除去する音声信号除去手段を備えたことを特徴とする受信装置。 An envelope extraction means for extracting an envelope from a signal received from a predetermined radio band and converted into a baseband by speech spectrum envelope estimation;
Audio signal determination means for determining whether the received signal is an analog-modulated audio signal or a digital-modulated audio signal based on the envelope extracted by the envelope extraction means;
When the audio signal determination unit determines that the audio signal is analog-modulated, the audio signal determination unit includes an audio signal removal unit that removes a signal determined to be an analog-modulated audio signal from the received signal. Receiver device.
この包絡線抽出部で抽出した包絡線の極大値の大きい順から極大値の周波数を出力するピーク検出部と、
このピーク検出部が出力した信号の分散値を求める信号処理部と、
少なくとも2つの異なるサンプル数に基づいて前記信号処理部で得られる分散値の差を求める差分検出部と、
この差分検出部が出力する差信号を所定の閾値と比較する比較部と、この比較部の比較結果に基づいて、前記受信信号が音声信号であるか否かを判定する判定部と、
この判定部で音声信号であると判定された場合、前記受信信号から音声信号と判定された信号を除去する音声信号除去部を備えたことを特徴とする受信装置。 An envelope extraction unit that extracts an envelope from a signal obtained by receiving a predetermined radio band and converted into a baseband by speech spectrum envelope estimation;
A peak detector that outputs the frequency of the maximum value from the largest of the maximum values of the envelope extracted by the envelope extraction unit; and
A signal processing unit for obtaining a dispersion value of the signal output by the peak detection unit;
A difference detection unit for obtaining a difference between variance values obtained by the signal processing unit based on at least two different sample numbers;
A comparison unit that compares the difference signal output by the difference detection unit with a predetermined threshold; a determination unit that determines whether the received signal is an audio signal based on a comparison result of the comparison unit;
A receiving apparatus comprising: an audio signal removing unit that removes a signal determined to be an audio signal from the received signal when the determining unit determines that the signal is an audio signal.
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