JP5300566B2 - Fmステレオ受信装置及びfmステレオ信号処理方法 - Google Patents

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本発明はFMステレオ受信装置及びFMステレオ信号処理方法に関し、特に弱電界やマルチパスノイズに対応したFMステレオ受信装置及びFMステレオ信号処理方法に関する。
FMステレオ放送を受信する際、電界が弱い場合や、建造物等に反射された複数の電波を同時に受信する際に発生するノイズ(マルチパスノイズ)が入る場合に、受信特性が劣化する。この問題点について図1を用いて説明する。図1に、AM−FM方式の主搬送波の変調周波数のスペクトラムを示す。図1には、0〜15 kHzの和信号(L+R)、23〜53 kHzの差信号(L−R)と共にノイズレベルを示している。ノイズレベルは高周波数領域で高くなる傾向があるため、弱電界時やマルチパスノイズが存在する場合には、ステレオ信号をモノラル信号(L+R)に切り替える方法が知られている。具体的には、受信電界強度及びマルチパスノイズレベルを監視し、弱電界時にはステレオからモノラルに切り替え、または電界強度が十分でもマルチパスノイズが大きい場合にはステレオからモノラルに切り替えるようにしている。
しかし、この場合には、受信電界強度あるいはマルチパスノイズレベルが変動すると、音の広がりのあるステレオになったり、音の広がりのないモノラルになったりして、ユーザに違和感を与えることになる。
そこで、弱電界時やマルチパスノイズが存在する場合には、モノラル信号から擬似ステレオ信号を生成して、聴覚上の違和感を軽減する方法が知られている(例えば、特許文献1)。図2に擬似ステレオ信号を利用した従来のFMステレオ受信機のブロック図を示す。従来のFMステレオ受信機は、アンテナ111、フロントエンド112、中問周波増幅機113、FM検波器114、FM検波出力に含まれるパルス性ノイズを除去する雑音除去回路115、雑音除去回路から出力されるステレオ複合信号SCMPが入力されてL、R両チャンネルのステレオ信号SL,SRをそれぞれ出力するステレオ復調回路116、受信電界強度に応じてステレオセパレーションの度合をコントロールするセパレーションコントロール部117を備えている。
さらに、従来のFMステレオ受信機は、擬似ステレオ回路118を備えており、擬似ステレオ回路118は、ステレオ複合信号SCMPが入力されて擬似ステレオ信号SL′,SR′を出力すると共に、所定の受信電界強度以下になると、受信電界強度が小となるにつれて擬似ステレオ効果を一定レベルまで減少させる。さらに、従来のFMステレオ受信機は、切替回路119、中間周波増幅器113に接続され、受信電界強度を出力するレベルメータ(レベル検出回路)120、マルチパスノイズ検出回路121、OR回路122を備えている。
第3図は従来の擬似ステレオ回路118のブロック図であり、くしば型フィルタ118aと、くしば型フィルタ出力と入力信号との差分を出力する差動回路118bとを有し、ステレオ複合信号(L+R)が入力されると、くしば型フィルタ118aの出力をL−チャンネル(Lch)の擬似ステレオ信号SL′とし、差動回路118bの出力をR−チャンネル(Rch)の擬似ステレオ信号SR′とするものである。このような擬似ステレオ回路を用いることにより、弱電界時及びマルチパスノイズ発生時のノイズ低減のために、ステレオ信号から擬似ステレオ信号に切り替えると、モノラル信号に切り替える場合に比べてステレオ感が得られるというものである。
特公平7−28270
しかしながら、従来のFMステレオ受信機には以下のような問題点があった。第1に、擬似ステレオ信号を作るためのフィルタ特性は、実際のステレオ放送信号とは無関係であり、忠実性に欠けるという問題があった。第2に、擬似ステレオ信号を作るためのフィルタ特性は、固定であり、種々の信号に対応できないという問題があった。第3に、モノラル信号に比べてステレオ感が得られるものの、ステレオから擬似ステレオに切り替える際に違和感が残るという問題があった。
そこで、本発明では実際のステレオ放送信号と同等の特性を有する擬似ステレオ信号を生成し、ステレオ信号から切り替える際の違和感を低減したFMステレオ受信装置及びFMステレオ信号処理方法を提供することを目的とする。
本発明のFMステレオ受信装置は、モノラル信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出する第1フーリエ変換回路と、ステレオ信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出する第2フーリエ変換回路と、モノラル信号のIレベル及びQレベルと、ステレオ信号のIレベル及びQレベルとから、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み係数を設定する重み係数設定回路と、重み係数から、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み付け値を設定する重み付け値設定回路と、重み付け値を時間領域の信号に変換して擬似ステレオ信号を生成する逆フーリエ変換回路と、を有することを特徴とする。
また、本発明のFMステレオ信号処理方法は、フーリエ変換によってモノラル信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出するステップと、フーリエ変換によってステレオ信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出するステップと、モノラル信号のIレベル及びQレベルと、ステレオ信号のIレベル及びQレベルとから、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み係数を設定するステップと、重み係数から、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み付け値を設定するステップと、逆フーリエ変換によって重み付け値を時間領域の信号に変換して擬似ステレオ信号を生成するステップと、を有することを特徴とする。
本発明のFMステレオ受信装置及びFMステレオ信号処理方法を用いることにより、弱電界時及びマルチパスノイズ発生時において、ステレオ信号から擬似ステレオ信号に切り替える際に、実際のステレオ放送に近い擬似ステレオ信号に切り替えることができるようになった。
FM変調の受信特性を示す図である。 従来のFMステレオ受信機のブロック図である。 従来の擬似ステレオ回路のブロック図である。 本発明のFMステレオ受信機のブロック図である。 本発明の擬似ステレオ回路の概略構成を示す図である。 従来技術による処理前後の信号波形である。 本発明による擬似ステレオ信号の波形である。
以下図面を参照して、本発明に係るFMステレオ受信装置及びFMステレオ信号処理方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
本発明のFMステレオ受信機の構成について図面を用いて説明する。図4は、本発明のFMステレオ受信機の構成を示すブロック図である。本発明のFMステレオ受信機100は、アンテナ1と、受信したRF信号をIF信号に変換した後、FM検波を行うRF/IF/DET回路2と、ステレオ信号のLとRの差である差信号(L−R)を検出する差信号検出回路3と、ステレオ信号のLとRの和である和信号(L+R)を検出する和信号検出回路4と、マルチプレクサ5とを備えている。本発明のFMステレオ受信機100は、さらに、和信号検出回路4の出力信号である和信号(L+R)と、マルチプレクサ5の出力信号であるLチャンネル及びRチャンネルの信号が入力される擬似ステレオ信号発生部6と、マルチプレクサ5の出力信号であるLチャンネル及びRチャンネルの信号が入力される遅延器12とを備えている。さらに、本発明のFMステレオ受信機100は、受信状態を検知する受信状態センシング回路14と、遅延器12の出力信号と擬似ステレオ信号発生部6の出力信号とが入力され、さらに受信状態センシング回路14によって制御される切替回路13とを備えている。
擬似ステレオ信号発生部6は、和信号が入力される第1フーリエ変換回路7と、Lチャンネル及びRチャンネルの信号が入力される第2フーリエ変換回路8とを備えている。擬似ステレオ信号発生部6は、後述する重み係数を算出する重み係数設定回路9と、第1フーリエ変換回路7の出力であるモノラルFFT出力と重み係数とから重み付け値を算出する重み付け値算出回路10と、重み付け値算出回路10の出力から擬似ステレオ信号を生成する逆フーリエ変換回路11とを備えている。
次に、本発明のFMステレオ受信機を用いた信号処理方法について説明する。ここでは、従来技術との相違点である擬似ステレオ信号の生成方法を中心に説明する。擬似ステレオ信号の生成方法について簡単に説明すると、図5に示すように、まず、モノラル信号であるステレオ複合信号(L+R)を第1フーリエ変換回路7で周波数分解して各周波数のIレベル(実部)とQレベル(虚部)とを求める。次に、通常のマルチプレクサ5を用いてL/R信号を生成した後、これを第2フーリエ変換回路8で周波数分解して各周波数のIレベル及びQレベルを求め、重み係数設定回路9を用いて重み係数を算出する。この重み係数を用いて、ステレオ複合信号(L+R)から求めたIレベルとQレベルの重み付け値を設定し、逆フーリエ変換回路11で時間領域の信号に戻して擬似ステレオ信号を求める。
次に、本発明のFMステレオ受信機を用いた信号処理方法について詳細に説明する。ここでは、擬似ステレオ信号の生成方法を中心に説明する。
まず、和信号検出回路4の出力信号であるモノラル信号(L+R)を第1フーリエ変換回路7で周波数分解し、各周波数のIレベル(実部)及びQレベル(虚部)を求めると、以下のように求められる。
(L+R) Iレベル f1ILL+R, f2ILL+R, …, fnILL+R
Qレベル f1QLL+R, f2QLL+R, …, fnQLL+R
次に、マルチプレクサ5の出力であるステレオ信号(Lch、Rch)を、第2フーリエ変換回路8を用いて周波数分解し、各周波数のIレベル(実部)及びQレベル(虚部)を求めると、以下のように求められる。
(Lch) Iレベル f1ILL, f2ILL, …, fnILL
Qレベル f1QLL, f2QLL, …, fnQLL
(Rch) Iレベル f1ILR, f2ILR, …, fnILR
Qレベル f1QLR, f2QLR, …, fnQLR
次に、上記のIレベル及びQレベルから、重み係数設定回路9を用いて、Lch、Rchの各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み係数を算出すると以下のようになる。
(Lch) Iレベル KLf1(I), KLf2(I), …, KLfn(I)
Qレベル KLf1(Q), KLf2(Q), …, KLfn(Q)
(Rch) Iレベル KRf1(I), KRf2(I), …, KRfn(I)
Qレベル KRf1(Q), KRf2(Q), …, KRfn(Q)
ここで、重み係数の設定方法について説明すると、和信号検出回路4の出力であるL+RのレベルをLL+R、マルチプレクサ5の出力であるLchのレベルをLL、RchのレベルをLRとすると、重み係数は以下の式によって算出される。
KL= LL+R × LL / (LL + LR) (1)
KR= LL+R × LR / (LL + LR) (2)
上記のようにして求めた重み係数から、Lch、Rchの各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み付け値を重み付け値設定回路10を用いて設定すると以下のようになる。
(Lch) Iレベル KLf1(I)f1ILL, KLf2(I)f2ILL, …, KLfn(I)fnILL
Qレベル KLf1(Q)f1ILL, KLf2(Q)f2ILL, …, KLfn(Q)fnILL
(Rch) Iレベル KRf1(I)f1ILR, KRf2(I)f2ILR, …, KRfn(I)fnILR
Qレベル KRf1(Q)f1ILR, KRf2(Q)f2ILR, …, KRfn(Q)fnILR
上記のようにして設定した重み付け値を、逆フーリエ変換回路11を用いて時間領域の信号である擬似ステレオ信号(Lch、Rch)に戻す。以上のようにして、擬似ステレオ信号を生成することができる。
次に通常のステレオ信号と上記の擬似ステレオ信号との切替方法について説明する。図4のマルチプレクサ5の出力信号であるステレオ信号は遅延器12に入力される。これは、擬似ステレオ信号が擬似ステレオ信号発生部6において生成される際に一定の時間を要するので、通常のステレオ信号と擬似ステレオ信号との同期を取るためである。擬似ステレオ信号及び遅延器12を通った通常のステレオ信号は切替回路13で切り替えられる。この切り替えは、受信状態センシング回路14によって検出された受信状態によって可変となっている。具体的には受信状態センシング回路14は受信状態検出出力値Aを出力し、切替回路14を制御する。例えば受信状態が悪い場合はA=0として、通常のステレオ信号を出力せずに、擬似ステレオ信号のみを出力する。一方、受信状態が良好な場合はA=1として、通常のステレオ信号のみを出力し、擬似ステレオ信号は出力しない。さらに、これらの中間の受信状態の場合はA=0.5として、通常のステレオ信号と擬似ステレオ信号とを混合した信号を出力する。このように受信状態に応じてステレオ信号と擬似ステレオ信号とを切り替えることで、受信状態が変動した場合においてもステレオ信号と擬似ステレオ信号との切替に伴う違和感を軽減することができる。
次に、本発明によるFMステレオ受信機を用いた場合の出力信号波形について説明する。図6は、従来技術によるノイズ対応処理前後の信号波形の一例を示す。2列に並んだグラフの左側の波形がRchを示し、右側の波形がLchを示す。まず、ノイズが発生していない場合の信号波形を図6(a)、(b)に示す。ノイズが発生していて、処理を行なわない場合には図6(c)、(d)のように、信号波形が乱れる。これに対し、モノラル化を行なう場合には、図1に示すようにノイズの影響を受けないので、図6(e)、(f)に示すように波形は正常であるが、ステレオ信号ではなくなる。
また、図3に示すような従来技術によって擬似ステレオ化を行なった場合には、図6(g)、(h)に示すように波形は正常となるが、特定の周波数によっては片方のチャネルからしか信号が発生しない。これは、図6(i)に示すように、RchとLchの振幅は相補的な関係にあり、特定の周波数f1においては、Rchの振幅が極大となり、Lchの振幅が極小となるためである。
これに対して、本発明による擬似ステレオ信号の波形を図7に示す。図7(a)、(b)に示すように本発明によれば、Lch及びRchの信号から重み係数を算出して擬似ステレオ信号を生成しているため、元のステレオ信号の波形に近い信号波形を得ることができる。
1 アンテナ
2 RF/IF/DET回路
3 差信号検出回路
4 和信号検出回路
5 マルチプレクサ
6 擬似ステレオ信号発生部
7 第1フーリエ変換回路
8 第2フーリエ変換回路
9 重み係数設定回路
10 重み付け値設定回路
11 逆フーリエ変換回路
12 遅延器
13 切替回路
14 受信状態センシング回路

Claims (4)

  1. モノラル信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出する第1フーリエ変換回路と、
    ステレオ信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出する第2フーリエ変換回路と、
    前記モノラル信号のIレベル及びQレベルと、前記ステレオ信号のIレベル及びQレベルとから、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み係数を設定する重み係数設定回路と、
    前記重み係数から、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み付け値を設定する重み付け値設定回路と、
    前記重み付け値を時間領域の信号に変換して擬似ステレオ信号を生成する逆フーリエ変換回路と、
    を有することを特徴とするFMステレオ受信装置。
  2. 受信状態によってステレオ信号と、前記擬似ステレオ信号とを切り替える受信状態センシング回路をさらに有する、請求項1に記載のFMステレオ受信装置。
  3. フーリエ変換によってモノラル信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出するステップと、
    フーリエ変換によってステレオ信号を周波数分解し、各周波数のIレベル及びQレベルを算出するステップと、
    前記モノラル信号のIレベル及びQレベルと、前記ステレオ信号のIレベル及びQレベルとから、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み係数を設定するステップと、
    前記重み係数から、ステレオ信号の各周波数のIレベル及びQレベルに対する重み付け値を設定するステップと、
    逆フーリエ変換によって前記重み付け値を時間領域の信号に変換して擬似ステレオ信号を生成するステップと、
    を有することを特徴とするFMステレオ信号処理方法。
  4. 受信状態によってステレオ信号と、前記擬似ステレオ信号とを切り替えるステップをさらに有する、請求項3に記載のFMステレオ信号処理方法。
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