JP5444863B2

JP5444863B2 - 通信装置

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Publication number: JP5444863B2
Application number: JP2009140404A
Authority: JP
Inventors: 哲平佐藤; 健治芝; 悟鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: US8751026B2; CN101923859B; CN101923859A; JP2010288087A; US20100316238A1

Description

本発明は、音声データ受信装置、音声データ受信方法、及び音声データ送受信システムに関する。

近年、情報伝送技術の発達に伴い、音声データを複数の装置間で伝送する技術が盛んに用いられるようになった。例えば、ホームシアターシステムにおいては、音声データを送信する送信装置と音声データを受信するスピーカなどの受信装置とをワイヤレスで接続することにより、スピーカなどのレイアウトの自由度を高めようとする試みがなされている。

このように音声データを複数の装置間で伝送して処理する場合、受信側で音声データの処理に用いるクロックを送信側のサンプリング周波数に合わせるための手法として、主に同期モード又は非同期モードのいずれかの手法が用いられる。このうち、同期モードとは、送信装置が音声データにサンプリング周波数に対応するクロック成分を含めて送信し、受信装置は受信したそのクロック成分に従って音声データを処理するという手法である（例えば、特許文献１参照）。また、非同期モードとは、送信装置から伝送されるクロック成分を使用することなく、送信装置におけるサンプリング周波数と同等の周波数を有するクロックを受信装置において生成して音声データを処理する手法である。

特開２００２−２６８６６２号公報

しかしながら、同期モードにおいては、受信信号からクロック成分を抽出するＰＬＬ回路（Phase−Locked Loop：位相同期回路）の性能や受信信号に含まれるノイズの影響により、受信側のクロックが不安定となり、再生される音声の品質が低下する場合がある。また、非同期モードにおいては、送信側のクロックと受信側のクロックにずれ（偏差）が生じることにより、非同期雑音が生じる場合がある。

そこで、本発明は、音声データを複数の装置間で伝送する際の受信側での音声の品質低下を抑止することのできる、新規かつ改良された音声データ受信装置、音声データ受信方法、及び音声データ送受信システムを提供しようとするものである。

本発明のある実施形態によれば、第１のクロック信号に従ってサンプリングされた音声データを受信する受信部と、上記音声データに含まれるクロック成分を抽出することにより、上記第１のクロック信号と同期させた第２のクロック信号を生成する同期部と、上記第２のクロック信号に従って上記音声データを復調する復調部と、上記第２のクロック信号の周波数よりも高い周波数を用いて、上記復調部により復調された上記音声データをオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部と、上記第１のクロック信号と略同等の周波数を有する第３のクロック信号を生成するクロック生成部と、上記オーバーサンプリング部によりオーバーサンプリングされた上記音声データを上記クロック生成部により生成された上記第３のクロック信号に従って出力するデータ出力部と、を備える音声データ受信装置が提供される。

かかる構成によれば、音声データのサンプリング周波数に同期した周波数を有する第２のクロック信号に従って、受信された音声データが復調される。そして、復調された音声データは、第２のクロック信号よりも高い周波数を用いてオーバーサンプリングされた後、安定的な第３のクロック信号に従って順次出力される。それにより、例えば、送信側と受信側のクロックの偏差に基づく非同期雑音が除去されると共に、不安定なクロックによる音声の品質低下も防がれる。

また、上記オーバーサンプリング部は、上記第２のクロック信号の周波数を逓倍することにより得られる周波数を用いて上記音声データをオーバーサンプリングしてもよい。

また、上記オーバーサンプリング部は、オーバーサンプリングした上記音声データを一時的に保持するバッファを有し、上記データ出力部は、上記バッファからオーバーサンプリングされた上記音声データを読み出してもよい。

また、本発明の別の実施形態によれば、第１のクロック信号に従ってサンプリングされた音声データを受信するステップと、上記音声データに含まれるクロック成分を抽出することにより、上記第１のクロック信号と同期させた第２のクロック信号を生成するステップと、上記第２のクロック信号に従って上記音声データを復調するステップと、上記第２のクロック信号の周波数よりも高い周波数を用いて、復調された上記音声データをオーバーサンプリングするステップと、上記第１のクロック信号と略同等の周波数を有する第３のクロック信号を生成するステップと、オーバーサンプリングされた上記音声データを上記第３のクロック信号に従って出力するステップと、を含む音声データ受信方法が提供される。

また、本発明の別の実施形態によれば、第１のクロック信号に従ってサンプリングされた音声データを送信する送信部、を備える音声データ送信装置と、上記音声データ送信装置から送信された上記音声データを受信する受信部、上記音声データに含まれるクロック成分を抽出することにより、上記第１のクロック信号と同期させた第２のクロック信号を生成する同期部、上記第２のクロック信号に従って上記音声データを復調する復調部、上記第２のクロック信号の周波数よりも高い周波数を用いて、上記復調部により復調された上記音声データをオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部、上記第１のクロック信号と略同等の周波数を有する第３のクロック信号を生成するクロック生成部、及び、上記オーバーサンプリング部によりオーバーサンプリングされた上記音声データを上記クロック生成部により生成された上記第３のクロック信号に従って出力するデータ出力部、を備える音声データ受信装置と、を含む音声データ送受信システムが提供される。

以上説明したように、本発明に係る音声データ受信装置、音声データ受信方法、及び音声データ送受信システムによれば、音声データを複数の装置間で伝送する際の受信側での音声の品質低下を抑止することができる。

一実施形態に係る音声データ送受信システムの概要を示す模式図である。一実施形態に係る送信装置の論理的な構成の一例を示すブロック図である。一実施形態に係る送信装置の物理的な構成の一例を示すブロック図である。一実施形態に係る受信装置の論理的な構成の一例を示すブロック図である。一実施形態に係る受信装置の物理的な構成の一例を示すブロック図である。一実施形態に係るオーバーサンプリング処理について説明するための説明図である。非同期モードで動作する受信装置の構成の一例を示すブロック図である。同期モードで動作する受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。

また、以下の順序にしたがって当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．システムの概要
１−１．システム構成例
１−２．本発明に関連する技術の説明
２．一実施形態の説明
２−１．送信装置の構成例
２−２．受信装置の構成例
３．まとめ

＜１．システムの概要＞
［１−１．システム構成例］
図１は、本発明の一実施形態に係る音声データ送受信システム１の概要を示す模式図である。図１を参照すると、音声データ送受信システム１は、送信装置１００、並びに受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄを含む。

送信装置１００は、音声データをＣＤ、ＤＶＤ若しくはＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））などの記録媒体から読み出し、又は他の通信装置から受信した後、当該音声データを所定の通信方式に従って送信する装置である。図１の例では、送信装置１００の一例としてテレビジョン受像機を示している。しかし、送信装置１００はかかる例に限定されない。例えば、送信装置１００は、音楽プレーヤ、ゲーム機器、ＰＣ（Personal Computer）又は電話端末など、音声データをデジタルデータとして扱う任意の装置であってよい。また、送信装置１００と受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄとの間の接続方式は、有線接続であっても無線接続であってもよい。

受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄは、送信装置１００から送信される音声データをそれぞれ受信して処理する装置である。図１の例では、受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄの一例としてスピーカを示している。しかし、受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄは、かかる例に限定されず、例えば、送信装置１００に関連して例示した上記いずれかの装置であってもよい。また、受信装置の数はいくつであってよい。なお、本明細書の以降の説明においては、特に受信装置２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄを相互に区別する必要がない場合には、これらを受信装置２００と総称する。

ここで、送信装置１００から受信装置２００へ送信される音声データは、所定の周波数を有するクロックに従ってサンプリングされたデータである。所定の周波数とは、サンプリング周波数とも呼ばれ、例えば、音楽ＣＤで使用されるサンプリング周波数は４４．１ｋＨｚである。また、デジタル音声のファイルフォーマットの標準規格の１つであるＭＰ３（Mpeg Audio Layer-3）では、３２ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ、４８ｋＨｚなどの候補から選択されたいずれかのサンプリング周波数が使用され得る。従って、かかる音声データを受信した受信装置２００は、音声データのサンプリング周波数と一致したクロックに従って、受信した音声データを処理するのが望ましい（例えば、復調処理又はＤＡ変換処理など）。しかしながら、送信装置１００と受信装置２００とが異なる装置である場合には、現実的には両装置の間で完全に一致したクロックを使用することは困難である。そのため、このような音声データ送受信システムにおいては、送信装置と受信装置との間でいかにクロックを合わせて音声データを処理するかが課題となる。

［１−２．本発明に関連する技術の説明］
例えば、受信側で音声データの処理に用いるクロックを送信側のサンプリング周波数に合わせるための手法として、主に同期モード又は非同期モードのいずれかの手法が用いられる。図７は、それら２つのモードのうち、非同期モードで動作する受信装置９００ａの構成の一例を示すブロック図である。

図７に示した受信装置９００ａにおいて、まず、ＲＦ回路９１４は、アンテナ９１２を介して受信した無線信号を増幅し、ベースバンド信号に変換する。また、発振回路９５２は、送信側でのサンプリング周波数と同等の周波数を有するクロック信号ＣＬＫ９ａを生成し、生成したクロック信号ＣＬＫ９ａをベースバンド回路９３２及びＤＡＣ（Digital to Analog Convertor）９７２に供給する。ベースバンド回路９３２は、クロック信号ＣＬＫ９ａに従ってベースバンド信号を復調し、音声データを出力する。そして、ＤＡＣ９７２は、クロック信号ＣＬＫ９ａに従って音声データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、図示しないアナログ回路へ出力する。このような受信側の処理に使用されるクロック信号ＣＬＫ９ａは、発振回路９５２において、例えば誤差が比較的小さいと言われる水晶発振器を用いて生成される。しかし、その場合にも、受信側のクロック信号ＣＬＫ９ａの周波数と送信側のサンプリング周波数との間には、例えば発振器の個体差などに応じたある程度のずれ、即ち偏差が存在し得る。こうした非同期モードにおける送信側と受信側との間のクロックの偏差は、最終的に再生される音声における非同期雑音としてユーザに感知され得る。

一方、図８は、同期モードで動作する受信装置９００ｂの構成の一例を示すブロック図である。図８に示した受信装置９００ｂにおいて、まず、ＲＦ回路９１４は、アンテナ９１２を介して受信した無線信号を増幅し、ベースバンド信号に変換する。また、ＰＬＬ回路９２２は、ベースバンド信号に含まれるクロック成分を抽出してクロック信号ＣＬＫ９ｂを生成し、生成したクロック信号ＣＬＫ９ｂをベースバンド回路９３４及びＤＡＣ９７４に供給する。ベースバンド回路９３４は、クロック信号ＣＬＫ９ｂに従ってベースバンド信号を復調及び伸張し、音声データを出力する。そして、ＤＡＣ９７４は、クロック信号ＣＬＫ９ｂに従って音声データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、図示しないアナログ回路へ出力する。このような受信側の処理に使用されるクロック信号ＣＬＫ９ｂは、送信側でサンプリングされた音声データに含まれるクロック成分に応じてＰＬＬ回路９２２において生成される。よって、クロック信号ＣＬＫ９ｂは、ＰＬＬ回路９２２の性能及び受信信号に含まれるノイズの影響等に依存して不安定となる場合がある。そのため、同期モードにより処理された後に再生される音声において、ジッタなどの品質の低下が感知される場合がある。

このような関連技術における問題点に対処するために、本実施形態に係る送信装置１００及び受信装置２００は、次節にて説明する新規な構成を用いて、音声データの伝送後の受信側での音声品質の低下を抑止する。

＜２．一実施形態の説明＞
［２−１．送信装置の構成例］
図２は、本実施形態に係る送信装置１００の論理的な構成の一例を示すブロック図である。また、図３は、図２に示した送信装置１００の物理的な構成の一例を示すブロック図である。図２を参照すると、送信装置１００は、クロック生成部１２０、送信データ生成部１３０、変調部１４０及び送信部１５０を備える。

クロック生成部１２０は、図３に示した発振回路１２２を用いて、所定のサンプリング周波数を有するクロック信号ＣＬＫ１を生成する。クロック信号ＣＬＫ１の周波数（即ちサンプリング周波数）は、例えば４４．１ｋＨｚ又は４８ｋＨｚなどの任意の周波数であってよい。そして、クロック生成部１２０は、生成したクロック信号ＣＬＫ１を送信データ生成部１３０及び変調部１４０へ供給する。図３に示した発振回路１２２は、例えば、水晶発振器（ＸＯ：X’tal Oscillator）又は電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled X’tal Oscillator）などであってよい。なお、クロック信号ＣＬＫ１の周波数が固定値である場合には、発振回路１２２として水晶発振器を用いるのが好適である。

送信データ生成部１３０は、クロック生成部１２０から供給されるクロック信号ＣＬＫ１に従ってサンプリングされた音声データを生成する。例えば、送信データ生成部１３０は、図３に示したＳＲＣ（Sampling Rate Convertor）を用いて、他の通信装置から受信した音声データのサンプリングレートを変換することにより、受信装置２００へ送信すべき音声データを生成してもよい。そして、送信データ生成部１３０は、生成した音声データを変調部１４０へ出力する。

変調部１４０は、クロック生成部１２０から供給されるクロック信号ＣＬＫ１に従い、図３に示したベースバンド回路１４２を用いて、送信データ生成部１３０から入力される音声データを変調する。このとき、変調部１４０により変調された音声データには、音声そのもののデータに加えて、当該音声の処理に使用すべき周波数を有するクロック成分が含められる。そして、変調部１４０は、変調した音声データを送信部１５０へ出力する。

送信部１５０は、図３に示したＲＦ（Radio Frequency）回路１５２を用いて、変調部１４０から入力される音声データを周波数変換及び増幅し、アンテナ１５４を介して無線信号として送信する。ここで送信された音声データは、例えば、次に説明する受信装置２００により受信される。

［２−２．受信装置の構成例］
図４は、本実施形態に係る受信装置２００の論理的な構成の一例を示すブロック図である。また、図５は、図４に示した受信装置２００の物理的な構成の一例を示すブロック図である。図４を参照すると、受信装置２００は、受信部２１０、同期部２２０、復調部２３０、オーバーサンプリング部２４０、クロック生成部２５０、データ出力部２６０、及びＤＡ変換部２７０を備える。

受信部２１０は、送信装置１００から無線信号として送信された音声データ、即ちクロック信号ＣＬＫ１に従ってサンプリングされた音声データを、図５に示したアンテナ２１２を介して受信する。そして、受信部２１０は、図５に示したＲＦ回路２１４を用いて、受信した無線信号を増幅し、ベースバンド信号に変換して同期部２２０及び復調部２３０に出力する。

同期部２２０は、図５に示したＰＬＬ回路２２２を用いて、受信部２１０から入力されるベースバンド信号に含まれるクロック成分を抽出し、クロック信号ＣＬＫ２を生成する。即ち、クロック信号ＣＬＫ２は、送信装置１００のクロック生成部１２０により生成されたクロック信号ＣＬＫ１と同期したサンプリング周波数を有する。そして、同期部２２０は、生成したクロック信号ＣＬＫ２を、復調部２３０及びオーバーサンプリング部２４０に供給する。

復調部２３０は、同期部２２０から供給されるクロック信号ＣＬＫ２に従い、図５に示したベースバンド回路２３２を用いて、受信部２１０から入力されるベースバンド信号を復調する。そして、復調部２３０は、復調されたデジタル信号としての音声データを、オーバーサンプリング部２４０へ出力する。

オーバーサンプリング部２４０は、上記クロック信号ＣＬＫ２の周波数よりも高いサンプリング周波数を用いて、復調部２３０により復調された音声データをオーバーサンプリングする。より具体的には、例えば、オーバーサンプリング部２４０は、図５に示した逓倍器２４２を用いて同期部２２０から供給されるクロック信号ＣＬＫ２を逓倍することにより、クロック信号ＣＬＫ２の周波数をｎ倍（ｎは１より大きい整数）したサンプリング周波数を有するクロックを得る。そして、オーバーサンプリング部２４０は、図５に示したＳＲＣ２４４を用いて、クロック信号ＣＬＫ２の周波数のｎ倍のサンプリング周波数により音声データをオーバーサンプリングする。例えば、クロック信号ＣＬＫ２の周波数（≒クロック信号ＣＬＫ１の周波数）が４８ｋＨｚであった場合には、当該周波数をｎ＝２５６〜１０２４の範囲内で逓倍した１２〜４８ＭＨｚのいずれかの周波数を用いて、音声データをオーバーサンプリングしてもよい。オーバーサンプリングに使用する周波数が高いほど、最終的に良好な音声が得られる可能性は高まる一方、処理に必要な回路規模は大きくなる。そのため、上記ｎの値は、音声の品質と回路のコストのバランスを考慮して決定されるのが好適である。オーバーサンプリング部２４０は、このようにオーバーサンプリングした音声データを、例えばＳＲＣ２４４の内部に設けられるバッファに順次書き込む。

クロック生成部２５０は、図５に示した発振回路２５２を用いて、送信装置１００のクロック生成部１２０により生成されるクロック信号ＣＬＫ１と略同等の周波数を有するクロック信号ＣＬＫ３を生成する。例えば、クロック信号ＣＬＫ１の周波数が４８ｋＨｚである場合には、クロック生成部２５０もまた４８ｋＨｚの周波数を有するクロック信号ＣＬＫ３を生成する。但し、その場合にも、発振回路の個体差などにより、クロック信号ＣＬＫ１とクロック信号ＣＬＫ３との間には偏差が生じ得る点に留意すべきである。そして、クロック生成部２５０は、生成したクロック信号ＣＬＫ３をデータ出力部２６０及びＤＡ変換部２７０へ供給する。

データ出力部２６０は、オーバーサンプリング部２４０によりオーバーサンプリングされた音声データを、クロック生成部２５０から供給されるクロック信号ＣＬＫ３に従って取得し、ＤＡ変換部２７０へ出力する。より具体的には、データ出力部２６０は、例えば、オーバーサンプリング部２４０により書き込まれた音声データを内部のバッファに一時的に保持しているＳＲＣ２４４から、クロック信号ＣＬＫ３に従って各音声データを順次読み出してもよい。受信装置２００におけるバッファを介した処理については、後にさらに説明する。

ＤＡ変換部２７０は、クロック生成部２５０から供給されるクロック信号ＣＬＫ３に従い、図５に示したＤＡＣ２７２を用いて、データ出力部２６０から出力される音声データをアナログ信号に変換する。かかるアナログ信号は、図示しないアナログ回路によって、例えば増幅された後に音声として再生される。

図６は、本実施形態に係るバッファを用いたオーバーサンプリング処理についてさらに説明するための説明図である。

図６を参照すると、受信信号に含まれる音声データは、クロック信号ＣＬＫ２に従って復調される（６ａ参照）。クロック信号ＣＬＫ２の周波数は、送信装置１００におけるサンプリング周波数ｋと同期している。但し、例えば、クロック信号ＣＬＫ２は、ＰＬＬ回路２２２の性能及び受信信号に含まれるノイズなどに依存して不安定となり得る信号である。

その後、復調された音声データは、クロック信号ＣＬＫ２の周波数ｋを逓倍した周波数ｎ×ｋを用いて、オーバーサンプリングされる（６ｂ参照）。この時点での音声データは、不安定なクロックに基づく品質の低下を含んでいる可能性がある。そして、オーバーサンプリングされた音声データは、バッファに書込まれる。

次に、バッファに書込まれた音声データは、クロック信号ＣＬＫ３に従って読み出される（６ｃ参照）。バッファ内の音声データはオーバーサンプリングされており、元の音声データよりも時間方向に細かいデータを持つ。よって、送信側のクロック信号ＣＬＫ１（及び当該クロック信号ＣＬＫ１と同期しているクロック信号ＣＬＫ２）に対して非同期なクロック信号ＣＬＫ３に従ってバッファ内の音声データを読み出す場合に、クロック信号ＣＬＫ１とクロック信号ＣＬＫ３の間の偏差による非同期雑音の発生が抑制される。かかるクロック信号ＣＬＫ３は、上述したように、受信装置２００の発振回路２５２（例えばＸＯ又はＶＣＸＯなど）により生成された安定した周波数を有する。そのため、同期モードで音声データを処理する場合の不安定なクロックによる音声の品質低下が抑止される。そして、クロック信号ＣＬＫ３に従って読み出された音声データが、最終的にアナログ信号として提供される。

＜３．まとめ＞
以上、図１〜図８を用いて、本発明の一実施形態に係る送信装置１００及び受信装置２００、並びに音声データ送受信システム１について説明した。本実施形態によれば、受信装置２００において安定的に供給されるクロック信号ＣＬＫ３に従って音声データが出力される。また、送信側と受信側のクロックの偏差がオーバーサンプリング処理及びバッファによって吸収される。そのため、送信装置１００から受信装置２００へ伝送した後の音声データにおける不安定なクロックによるジッタなどの発生を防ぎ、及び非同期雑音を除去することが可能となる。それにより、ユーザに感知される音声の品質は良好なものとなる。

なお、本明細書では、送信装置１００の構成と受信装置２００の構成とをそれぞれ分けて説明した。しかしながら、送信装置１００及び受信装置２００の双方の機能を共に含む通信装置が提供されてもよい。そうした場合には、例えば、図３に示したＳＲＣ１３２と図５に示したＳＲＣ２４４とを音声データの送信時と受信時で共用することで、装置全体の回路規模の増大を抑えてコストを抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属すものと了解される。

１００（音声データ）送信装置
１５０送信部
２００（音声データ）受信装置
２１０受信部
２２０同期部
２３０復調部
２４０オーバーサンプリング部
２５０クロック生成部
２６０データ出力部

Claims

クロック信号に従ってサンプリングレートが変換された音声データを前記クロック信号に従い変調する変調部と、
前記変調部の変調により得られた音声データを無線で送信する送信部と、
音声データを無線で受信する受信部と、
前記受信部により受信された音声データに含まれるクロック成分を抽出してクロック信号を生成する同期部と、
前記同期部により生成されたクロック信号に従って前記受信部により受信された音声データを復調する復調部と、
発振回路を用いてクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記復調部により復調され、前記同期部により生成されたクロック信号よりも高い周波数を用いてオーバーサンプリングされた音声データを前記クロック生成部により生成されたクロック信号に従って出力するデータ出力部と、
前記サンプリングレートが変換された音声データを得るためのサンプリングレートの変換と、前記復調部により復調された音声データのオーバーサンプリングのために共用されるサンプリングレート変換部と、
を備える通信装置。
前記サンプリングレート変換部は、前記同期部により生成されたクロック信号の周波数を逓倍することにより得られる周波数を用いて前記音声データをオーバーサンプリングする、請求項１に記載の通信装置。
前記サンプリングレート変換部は、オーバーサンプリングした前記音声データを一時的に保持するバッファを有し、
前記データ出力部は、前記バッファからオーバーサンプリングされた前記音声データを読み出す、
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の通信装置。