JP5487989B2 - Information transmission device using sound - Google Patents
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Description
この発明は、主として音響を用いて符号を伝送する情報伝送装置に関する。 The present invention relates to an information transmission apparatus that mainly transmits codes using sound.
音響を用いて情報を伝送する場合、情報を拡散符号で拡散変調して音響として放音することが考えられる。 When transmitting information using sound, it is conceivable that information is spread-modulated with a spreading code and emitted as sound.
このような技術は従来提案されておらず、音響を伝送媒体に利用する符号伝送技術としては、特許文献1、2に示すようなものがあった。特許文献1の方式は、可聴音帯域の搬送波をベースバンド信号で変調し、この変調信号にマスカー音を付加して聴こえにくくして伝送する方式である。特許文献2の方式は、振幅変調を用いて音声信号に電子透かしを埋め込む方式である。
Such a technique has not been proposed in the past, and there have been those shown in
情報を拡散変調する場合において、情報の伝送効率を向上しようとすると、拡散符号を多重化して複数の情報を並行して伝送することが考えられる。しかし、音響を用いた拡散変調は電波に比べてチップレートを高くすることができないため、伝送効率を向上するためには拡散符号の周期を長くすることができない。短い周期の拡散符号は自己相関特性が高くなく、多重化した場合にそれぞれの拡散符号の相関特性が悪化し、復調の精度を確保することが困難になるという問題点があった。 In the case of spread modulation of information, in order to improve the transmission efficiency of information, it is conceivable to multiplex spread codes and transmit a plurality of pieces of information in parallel. However, since spread modulation using sound cannot increase the chip rate compared to radio waves, the period of the spread code cannot be increased in order to improve transmission efficiency. A short cycle spread code does not have a high autocorrelation characteristic, and when multiplexed, the correlation characteristic of each spread code deteriorates, making it difficult to ensure the accuracy of demodulation.
この発明は、音響を用いて、信頼度の高い効率的な情報伝送が可能な情報伝送装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an information transmission apparatus capable of performing highly reliable and efficient information transmission using sound.
請求項1の発明は、複数の拡散符号を発生する拡散符号発生部と、データシンボルを順次入力するデータシンボル入力部と、前記データシンボル入力部から順次入力されたデータシンボルに基づいて前記複数の拡散符号のなかから拡散符号を順次選択するとともに、順次選択された拡散符号の境界にダミー区間を設ける拡散変調部と、前記拡散変調部から出力された拡散符号を音響として出力する音響出力部と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、前記拡散変調部は、直前に選択した拡散符号と今回選択した拡散符号が異なるときのみ、それらの境界に前記ダミー区間を設けることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1、2の発明において、前記ダミー区間には、0値が連続するブランク信号が挿入されることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1、2の発明において、前記ダミー区間には、前記直前に選択した拡散符号および前記今回選択した拡散符号をクロスフェードさせた波形の信号が挿入されることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of spreading code generating units that generate a plurality of spreading codes, a data symbol input unit that sequentially inputs data symbols, and the plurality of data symbols that are sequentially input from the data symbol input unit. A spread modulation unit that sequentially selects a spread code from among the spread codes and provides a dummy section at the boundary of the sequentially selected spread code, and an acoustic output unit that outputs the spread code output from the spread modulation unit as sound , Provided.
The invention according to claim 2 is characterized in that the spread modulation section provides the dummy section at the boundary only when the spread code selected immediately before is different from the spread code selected this time.
According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects of the present invention, a blank signal having a continuous zero value is inserted into the dummy section.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first and second aspects of the invention, a signal having a waveform obtained by cross-fading the spreading code selected immediately before and the spreading code selected this time is inserted into the dummy section. Features .
この発明によれば、データシンボルに応じて拡散符号を選択することにより、データシンボルを拡散処理する伝送装置において、ダミー区間を設けたり、窓関数処理を施すことにより、複数の拡散符号を用いることによる相関特性の乱れを防止して信頼度の高いデータシンボルの伝送が可能になる。 According to the present invention, by selecting a spread code according to a data symbol, a transmission apparatus that spreads the data symbol uses a plurality of spread codes by providing a dummy section or performing window function processing. Therefore, it is possible to transmit highly reliable data symbols by preventing the correlation characteristics from being disturbed.
図面を参照してこの発明の実施形態である音響通信方式および音響通信システムについて説明する。 An acoustic communication system and an acoustic communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
≪音響通信システム≫
図1は、この発明の実施形態である音響通信システムの構成を示す図である。この音響通信システムは、送信装置1、受信装置2で構成される。
≪Acoustic communication system≫
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an acoustic communication system according to an embodiment of the present invention. This acoustic communication system includes a
送信装置1は、データ重畳部10、アナログ回路部11およびスピーカ12を有している。データ重畳部10はデータ符号Dを拡散処理して、音楽、音声などの音響信号Sの高音域に重畳する回路部である。データ重畳部10の構成および動作の詳細は後述する。
The
アナログ回路部11は、D/Aコンバータおよびオーディオアンプを含み、データ重畳部10から出力されたデジタルの合成信号をアナログ信号に変換し、増幅してスピーカ12に供給する。スピーカ12は、アナログ回路部11から入力された合成信号を音響として放音する。放音された合成信号音は空間を伝搬して受信装置2のマイク22へ到達する。
The analog circuit unit 11 includes a D / A converter and an audio amplifier. The analog circuit unit 11 converts the digital composite signal output from the
受信装置2は、マイク22、アナログ回路部23、復調部21を有している。アナログ回路部23は、マイク22が収音した音声信号を増幅するアンプ、オーディオ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを有している。復調部21は、収音した音声信号に含まれている拡散信号を検出し、その拡散信号に重畳されているデータ符号Dを復調する回路部である。復調部21の構成および動作の詳細は後述する。
The receiving device 2 includes a
≪データ重畳部≫
図2は、送信装置1のデータ重畳部10の構成例を示す図である。データ重畳部10は、入力されたデータ符号Dに応じて複数の拡散符号から1つの拡散符号を選択して出力することにより、データ符号Dを拡散処理する。また、データ重畳部10は、順次入力されたデータ符号Dに応じて直前に選択した拡散符号と今回選択した拡散符号が異なるとき、これら2つの拡散符号の間にダミー区間を設けてダミーデータを挿入する。これにより、2つの拡散符号間の相関特性の乱れによるデータ復調のエラーを防止している。
≪Data superimposition part≫
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図2において、音響信号入力部31は音響信号Sを入力する。入力された音響信号Sは、LPF32によって高域がカットされる。LPF32のカットオフ周波数は、聴感と変調信号に割り当てる帯域幅に基づいて決定される。カットオフ周波数を低くしすぎると音響信号Sの音質が劣化する。同時に、低いカットオフ周波数に合わせて変調信号の帯域周波数を下げると、変調信号が聴取者の聴感上耳に付きやすくなる。逆に、LPF32のカットオフ周波数を高くしすぎると、変調信号の帯域を広くすることができず、データ符号の伝送品質が低下する。したがって、LPF32のカットオフ周波数は、LPF32を通過させた音響信号の聴感評価および要求される変調信号の帯域幅等を考慮して決定される。なお、入力された音響信号が中低音帯域のみ周波数成分を有し、高音帯域に成分が存在しないような信号の場合には、LPF32は省略してもよい。
LPF38で高域をカットされた音響信号Sはゲイン調整部33によって利得が調整される。利得が調整された音響信号Sは加算器34に入力される。
In FIG. 2, an acoustic
The gain of the acoustic signal S whose high frequency is cut by the
データ符号入力部35はデータ符号Dを読み込んで変調部37に入力する。拡散符号発生部36は拡散符号A発生部36A、拡散符号B発生部36Bを有し、2種類の拡散符号A,Bを並行且つ同期させて発生し、変調部37に入力する。拡散符号A,Bとしては、M系列等の一定の巡回周期を持つ擬似乱数符号列が用いられる。2つの拡散符号A,Bとしては、相互相関の低い疑似乱数符号列の組み合わせが選択される。
The data
変調部37は、拡散符号の1周期毎にデータ符号入力部35からデータ符号を2シンボルずつ入力し、入力された2シンボルのデータ符号Dに基づき、正位相の拡散符号A、反転された(逆位相の)拡散符号A、正位相の拡散符号B、または、反転された(逆位相の)拡散符号Bのいずれかを選択して出力する拡散処理を行う。
The
また、変調部37は、直前の2シンボルのデータ符号に対応して選択した拡散符号と、今回の2シンボルのデータ符号に対応して選択した拡散符号との異同に応じてダミーデータ挿入信号を出力する。ダミーデータ挿入信号は、後述のダミーデータ挿入部44に入力される。ダミーデータ挿入部44は、ダミーデータ挿入信号が入力されると、直前の拡散符号と今回の拡散符号との間にダミーデータを挿入する。変調部37は、ダミーデータ挿入信号を出力すると、ダミーデータの長さだけ今回の拡散符号の出力を遅らせる。
In addition, the
図3(A)は変調部37の構成を示す図である。図3(B)は変調部37のセレクタ70の選択ルールを示す図である。変調部37は、拡散符号Aの位相を反転させるインバータ71A、拡散符号Bの位相を反転させるインバータ71B、および、データ符号Dに基づいて拡散符号を選択するセレクタ70を備えている。セレクタ70は、入力された2シンボルのデータ符号に基づいて正位相の拡散符号A(A)、反転された拡散符号A(barA)、正位相の拡散符号B(B)および反転された拡散符号B(barB)のいずれかを選択する。2ビットの送信シンボルに基づく拡散符号の選択ルールは図3(B)に示すとおりである。
FIG. 3A shows a configuration of the
また、セレクタ70は、直前に選択した拡散符号と今回選択した拡散符号が異なる場合には、ダミーデータ挿入信号を出力して、ダミーデータの長さ(この実施形態では拡散符号1周期分)だけ今回選択した拡散符号の出力を遅らせる。直前に選択した拡散符号と今回選択した拡散符号が同一の場合には、ダミーデータ挿入信号を出力せずそのまま今回選択した拡散符号を出力する。変調部37(セレクタ70)から出力された拡散符号は差動符号化部38で差動符号化されたのち、ダミーデータ挿入部44に入力される。ダミーデータ挿入部44については後述する。
Further, when the spreading code selected immediately before is different from the spreading code selected this time, the
変調部37により2ビットずつのデータ符号Dに基づいて選択・変調(以下、単に変調と呼ぶ。)された拡散符号MPNは、差動符号化部38によって差動符号DMPNに変換される。差動符号化処理は、拡散符号の各チップの値をその絶対値から前チップからの変化を表す値に置き換える処理である。この差動符号化により、受信側において、送信側に正確に同期したクロックが無くても、遅延検波を用いて高精度にシンボルを復調することができる。
The spread code MPN selected and modulated (hereinafter simply referred to as modulation) based on the 2-bit data code D by the
図4は差動符号化部38の例を示す図である。差動符号化部38は、拡散符号MPNが一方の入力端子に入力されるXOR回路45と、XOR回路45の出力を1チップ遅延してXOR回路45の他方の入力端子に戻す1チップ遅延回路46で構成されている。XOR回路45の出力を1チップ遅延してフィードバックすることにより、XOR回路45は、入力された拡散符号MPNとXOR回路45の1クロック前の出力との比較結果を差動符号DMPNとして出力する。すなわち、拡散符号MPNの各チップの絶対値が、差動符号DMPNでは、直前の差動符号DMPNのチップとの位相変化の有無に置き換えられる。これにより、受信側において、連続する2チップを比較することにより拡散符号MPNを復元することができる。なお、差動符号DMPNは、−1,1の2値の信号に変換される。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the
差動符号化部38で差動符号化された拡散符号(DMPN)は、ダミーデータ挿入部44に入力される。ダミーデータ挿入部44は、ダミーデータ挿入信号が入力されると、直前の拡散符号(差動符号化された拡散符号)と今回の拡散符号(差動符号化された拡散符号)との境界にダミーデータを挿入する。
The spread code (DMPN) differentially encoded by the
図5にダミーデータが挿入された拡散符号列の例を示す。この例は、ダミーデータとして1周期分のブランクデータを挿入した例である。同図上段は、ダミーデータが挿入される前の拡散符号列を示している。同図下段は、ダミーデータが挿入された後の拡散符号列を示している。上段の拡散符号列において、拡散符号の周期の境界点にダミーデータ(0データ)を挿入して各拡散符号を切り離し、相関検出時に検出値の乱れが生じないようにしている。 FIG. 5 shows an example of a spread code string in which dummy data is inserted. In this example, blank data for one cycle is inserted as dummy data. The upper part of the figure shows a spreading code string before dummy data is inserted. The lower part of the figure shows the spreading code string after the dummy data is inserted. In the upper spread code string, dummy data (0 data) is inserted at the boundary point of the spread code period to separate each spread code so that the detection value is not disturbed during correlation detection.
ダミーデータの挿入は、連続する2つの拡散符号が切り換わるとき(たとえば拡散符号Aから拡散符号Bに切り換わるとき)に出力されるダミーデータ挿入信号に基づいて行われる。したがって、この実施形態では、連続する2つの拡散符号が切り換わるときにダミーデータが挿入される。なお、処理を簡略化する場合には、符号の切り換わりがあるか無いかにかかわらず、全ての拡散符号の境界にダミーデータを挿入してもよい。 Insertion of dummy data is performed based on a dummy data insertion signal that is output when two consecutive spreading codes are switched (for example, when switching from spreading code A to spreading code B). Therefore, in this embodiment, dummy data is inserted when two consecutive spreading codes are switched. In the case of simplifying the process, dummy data may be inserted at the boundary of all spreading codes regardless of whether or not there is code switching.
また、拡散符号が切り換わるとき全てにダミーデータを挿入するのではなく、特に相関特性が乱れるおそれのある場合のみダミーデータを挿入するようにしてもよい。すなわち、拡散符号A、拡散符号Bは、相互相関の低い組み合わせが用いられる。したがって、図6に示すように、拡散符号A、拡散符号Bが相互に切り換わるとき、および、拡散符号barA、拡散符号barBが相互に切り換わるときにはそれほど相関特性が乱れないと考えてダミーデータを挿入せず、拡散符号Aまたは拡散符号Bから拡散符号barAまたは拡散符号barBに切り換わるとき、および、拡散符号barAまたは拡散符号barBから拡散符号Aまたは拡散符号Bに切り換わるときには相関特性が大きく乱れるとしてダミーデータを挿入するようにしてもよい。 Further, dummy data may be inserted only when there is a possibility that the correlation characteristic is disturbed, instead of inserting dummy data at all when the spreading code is switched. That is, a combination with low cross-correlation is used for spreading code A and spreading code B. Therefore, as shown in FIG. 6, when the spread code A and the spread code B are switched to each other, and when the spread code barA and the spread code barB are switched to each other, it is considered that the correlation characteristics are not disturbed so much. When switching from spreading code A or spreading code B to spreading code barA or spreading code barB without switching and when switching from spreading code barA or spreading code barB to spreading code A or spreading code B, the correlation characteristics are greatly disturbed. As an alternative, dummy data may be inserted.
拡散符号の周期の境界全てにダミーデータを挿入すれば、相関特性は良好に維持でき通信の信頼性を向上することができるが伝送効率が低下する。一方、ダミーデータを挿入する箇所を少なくすれば、伝送高率を高くすることができるが通信の信頼性が低下する。どこにダミーデータを挿入するかは、伝送効率と通信の信頼性とのトレードオフで決定すればよい。 If dummy data is inserted in all the boundaries of the spreading code period, the correlation characteristics can be maintained well and the communication reliability can be improved, but the transmission efficiency is lowered. On the other hand, if the number of places where dummy data is inserted is reduced, the transmission rate can be increased, but the communication reliability is lowered. Where dummy data is inserted may be determined by a trade-off between transmission efficiency and communication reliability.
なお、ダミーデータは上記のブランクデータに限定されず、その長さも拡散符号1周期分に限定されない。 The dummy data is not limited to the blank data, and the length is not limited to one spread code period.
ダミーデータ挿入部44において、適宜ダミーデータが挿入された差動符号DMPNは、アップサンプリング部39に入力される。アップサンプリング部39は、入力された符号列をアップサンプリングする。拡散符号発生部36が発生した拡散符号PNのチップレートとこのアップサンプリング部39におけるアップサンプリング率により、送信(放音)される拡散符号のチップレートおよび帯域幅が決定される。
The differential code DMPN in which dummy data is appropriately inserted in the dummy
アップサンプリング処理された信号(差動符号DMPN)は、LPF40に入力される。LPF40は、チップ間干渉を抑制しつつベースバンド信号の帯域を制限するフィルタでありナイキストフィルタと呼ばれるものである。ナイキストフィルタは、インパルス応答がシンボル・レートでリングする(0を通過する)特性を有するフィルタであり、一般的にコサイン・ロールオフ・フィルタと呼ばれるFIRフィルタで構成される。フィルタの次数、ロールオフ率α等は、適用する条件等に応じて決定される。
The upsampled signal (differential code DMPN) is input to the
なお、この実施形態では、受信側においてもLPF54(図7参照)でフィルタリングを行うため、このLPF40と受信側のLPF54で完全なナイキストフィルタとなるように、それぞれが、ルートレイズド・コサイン・ロールオフ・フィルタで構成される。
In this embodiment, since filtering is also performed by the LPF 54 (see FIG. 7) on the reception side, each of the root raised cosine roll-off is set so that the
LPF40によって帯域制限、波形整形された信号は乗算器42においてキャリア(搬送波)信号と乗算され、高域へ周波数シフトされる。キャリア信号発生部41が発生するキャリア信号の周波数は任意であるが、周波数シフトされた拡散符号の帯域がLPF32のカットオフ周波数以上で、スピーカ、マイク等の音響機器の可動周波数帯域、および、信号圧縮を含むデジタル信号処理部(CODEC)の符号化周波数帯域の範囲に納まるように設定する。
The signal subjected to band limitation and waveform shaping by the
高域へ周波数シフトされた変調信号MDMPNはゲイン調整部43によってゲイン調整される。ゲイン調整された変調信号MDMPNは加算器34で音響信号Sと加算合成される。この合成信号が外部に出力される。ゲイン調整部43のゲインは、適用する環境やシステムで許される放音音圧レベル、要求される伝播距離、聴感評価等に基づいて決定される。なお、ゲイン調整部43のゲインを、LPF32から出力される音響信号Sのレベルに応じて適応的に制御してもよい。例えば、音響信号Sのレベルが大きい場合には、マスキング効果が期待できるので変調信号MDMPNのレベルも上げて雑音に対する利得を上げ、音響信号Sのレベルが小さい場合には、音響信号Sの聴感が悪化しないように変調信号MDMPNのレベルを下げると言う制御をすることも可能である。
The
≪復調部≫
図7は、受信装置2の復調部21の構成例を示す図である。復調部21には、マイク22で収音され、アナログ回路部23でA/D変換された合成信号が入力される。入力された合成信号は、HPF51に入力される。HPF51は合成信号から音響信号成分を除去し、キャリア信号で周波数シフトされた拡散信号成分MDMPNを取り出すためのフィルタである。HPF51のカットオフ周波数は、変調信号帯域の下限周波数に設定される。HPF51によって抽出された変調信号MDMPNは、遅延器52および乗算器53に入力される。遅延器52の遅延時間は、拡散符号の1チップ分の時間に設定される。送信側において拡散符号がN倍にアップサンプリングされている場合、遅延器52の遅延時間によりアップサンプリングされたNチップの符号列が遅延される。乗算器53は、HPF53の1チップ分のサンプルと、遅延器52の1チップ分のサンプルとを乗算する。この処理が上述した遅延検波処理である。この遅延検波処理によって、差動符号化された信号MDMPNが、元の拡散符号MPNを含む信号に変換される。このように、送信側に差動符号化処理、受信側に遅延検波を採用することにより、受信側において、復調時にキャリア信号を再生せずに符号列を復調することが可能になる。
≪Demodulation part≫
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the
乗算器53の乗算出力は、LPF54に入力される。LPF54は、キャリア成分をフィルタリングしてベースバンド信号を抽出するとともに、余計な雑音をフィルタリングしてSN比を向上させるためのフィルタであり、送信側で使用したLPF(ナイキストフィルタ)40と同様の特性のものである。なお、上述したように、変調部のLPF40とこのLPF54とを合わせて完全なナイキストフィルタ特性となるようにそれぞれルート特性のフィルタとされている。
The multiplication output of the
LPF54の出力は、2つの整合フィルタ55A,Bへ入力される。整合フィルタ55A,Bは、送信側の拡散符号発生部36が発生した拡散符号の1周期と同じ長さのフィルタである。整合フィルタ55Aは、送信側の拡散符号発生部36Aが発生した拡散符号AをN倍にアップサンプリングした符号列を係数に持つFIRフィルタで構成される。整合フィルタ55Bは、送信側の拡散符号発生部36Bが発生した拡散符号BをN倍にアップサンプリングした符号列を係数に持つFIRフィルタで構成される。すなわち、整合フィルタ55A,Bのフィルタ係数列は、拡散符号A,Bの各チップをN回ずつ繰り返したものである。
The output of the
整合フィルタ55A,Bは、LPF54の出力波形と拡散符号A,Bとの畳み込み演算を実行し、それらの相関値を出力する。伝送路で受けた妨害や雑音は、拡散符号とは相関が低いため、整合フィルタが出力する相関値に大きな影響を与えない。
The matched filters 55A and 55B perform a convolution operation between the output waveform of the
図8は、整合フィルタ55Aにおける波形例を示す図である。同図(A)は整合フィルタ55Aの入力信号波形の例を示している。この信号波形は、拡散符号A、barAがダミーデータを挟んで交互に連続する波形である。同図(B)は、整合フィルタ55Aのフィルタ係数を波形とし表した図である。同図(C)は整合フィルタ55Aの出力波形の例を示す図である。同図(B)のフィルタ係数を有する整合フィルタ55Aに、同図(A)の信号波形が順次入力されると、同図(C)に示すような波形が出力される。整合フィルタ55Aは、入力信号に含まれる拡散符号A,barAと同期したタイミングに正負の鋭いピークを出力し、それ以外のタイミングには低い値しか出力しない。
FIG. 8 is a diagram illustrating a waveform example in the matched
図9は、図8(C)の出力波形と、拡散符号A、barAがダミーデータを挟まずに交互に連続する波形の出力波形とを比較した図である。同図に示す波形のうち、太線が図8(C)に示したダミーデータを挿入した入力信号に対する出力波形であり、細線がダミーデータを挿入しない入力信号に対する出力波形である。ダミーデータを挿入しない入力信号に対する出力波形は、拡散符号の1周期毎に相関ピーク値が出力されているが、ピーク値(同期タイミング)以外にも相対的に大きい値が出力されており、外乱等の信号劣化要因が重なることによりピークを誤検出する危険性がある。これに対して、図8(C)に示すダミーデータを挿入した入力信号に対する出力波形では、相関ピーク値の出力間隔はダミーデータを挿入しない場合に比して長いが、ピーク値以外の出力値は低く抑えられており、入力信号が劣化した場合でもピークを誤検出する可能性は低くなる。 FIG. 9 is a diagram comparing the output waveform of FIG. 8C with the output waveform of the waveform in which the spread codes A and barA are alternately continuous without sandwiching dummy data. Among the waveforms shown in the figure, the thick line is the output waveform for the input signal with the dummy data shown in FIG. 8C inserted, and the thin line is the output waveform for the input signal with no dummy data inserted. As for the output waveform for the input signal without inserting dummy data, a correlation peak value is output for each cycle of the spread code, but a relatively large value is output in addition to the peak value (synchronization timing). There is a risk of false detection of peaks due to overlapping signal degradation factors such as. On the other hand, in the output waveform for the input signal with the dummy data inserted as shown in FIG. 8C, the output interval of the correlation peak value is longer than when the dummy data is not inserted. Is kept low, and even if the input signal is degraded, the possibility of erroneously detecting a peak is reduced.
整合フィルタ55Aは、拡散符号AまたはbarAが入力されたとき、その符号列が整合したタイミングで強い相関ピークを出力する。拡散符号Aが入力された場合には正のピークが現れ、拡散符号barAが入力された場合には負のピークが現れる。また、整合フィルタ55Bは、拡散符号BまたはbarBが入力されたとき、その符号列が整合したタイミングで強い相関ピークを出力する。拡散符号Bが入力された場合には正のピークが現れ、拡散符号barBが入力された場合には負のピークが現れる。拡散符号Aと拡散符号Bとは相互相関が低いため、整合フィルタ55Aは拡散符号Bに反応せず、整合フィルタ55Bは拡散符号Aに反応しない。また、ダミーデータは全体の波形値が0であるため、整合フィルタ55A,Bともに、対応する出力値は0である。
When the spreading code A or barA is input, the matched
整合フィルタ55A,Bの出力は、符号判定部56へ入力される。符号判定部56は、整合フィルタ55A,Bの出力から正負の大きなピークを検出し、どちらのフィルタにピークが現れたか、および、そのピークの正負に基づいて2ビットのデータシンボルを判定する。その判定ルールは図10に示すとおりである。すなわち、整合フィルタ55Aに正のピークが現れた場合には“00”、整合フィルタ55Aに負のピークが現れた場合には“01”、整合フィルタ55Bに正のピークが現れた場合には“10”、整合フィルタ55Bに負のピークが現れた場合には“11”とする。ダミーデータは0データであるため、両方の整合フィルタ55A,Bが反応しない。これにより、拡散符号1周期で2ビットのデータ符号を復調することができる。符号判定部56は復号したデータ符号Dを出力する。
Outputs of the matched
以上のように、この実施形態では、拡散符号を差動符号化して差動符号列を生成している。差動符号化することにより、受信側に送信側と正確に同期したクロックが無くても、符号列の各チップの符号の反転の有無を用いて元の拡散符号を復調することが可能になる。また、この差動符号化された拡散符号を周波数シフトしている。周波数をシフトすることにより、差動符号の帯域が、ベースバンドから音響として放音・伝送可能な周波数帯域にシフトされる。また、拡散符号を可聴帯域より高域にシフトすることにより、楽音などの音響信号とミキシングして放音することが可能になる。 As described above, in this embodiment, a differential code string is generated by differentially encoding a spread code. By performing differential encoding, it is possible to demodulate the original spreading code using the presence or absence of inversion of the code of each chip of the code string even if the receiving side does not have a clock accurately synchronized with the transmitting side. . Further, the differentially encoded spread code is frequency shifted. By shifting the frequency, the band of the differential code is shifted from the baseband to a frequency band that can be emitted and transmitted as sound. Also, by shifting the spreading code to a higher frequency than the audible band, it is possible to mix and emit sound signals such as musical sounds.
以上のような構成によって、聴感上少ない違和感で音響信号に符号変調信号を重畳し空間放音伝送しても周波数変動や妨害に対して高い堅牢性を持つ音響伝送システムを、比較的軽い処理負荷で実現することが可能であり、且つ、データ符号の高速な伝送が可能になる。 With the above configuration, an acoustic transmission system that has high robustness against frequency fluctuations and disturbances even when spatially transmitted by superimposing a code modulation signal on the acoustic signal with a little sense of incongruity, has a relatively light processing load. And data code can be transmitted at high speed.
《変形例1》
上記実施形態では、ダミーデータとして0データを挿入していた。0データを挿入することにより、整合フィルタ55A,Bが全く相関値を出力しない空白の区間を作り出すことができ、前後の拡散符号を完全に分離することができるが、拡散符号と0データが交互に現れる波形(特に包絡線)が、可聴帯域の有色な周波数特性を持ってしまい聴取者に聴感上の違和感を与えてしまう可能性がある。そこで、ダミーデータとして、拡散符号A,Bと異なる拡散符号を用いることにより、ダミーデータを挿入しても可聴帯域の有色な周波数特性を持たせないようにすることが考えられる。
<<
In the above embodiment, 0 data is inserted as dummy data. By inserting 0 data, it is possible to create a blank section in which the matched
図11、図12は、ダミーデータとして、直前の拡散符号と今回の拡散符号をクロスフェードさせた擬似的な拡散符号を用いた実施形態を説明する図である。 FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams illustrating an embodiment using a pseudo spreading code obtained by cross-fading the immediately preceding spreading code and the current spreading code as dummy data.
図11はこの実施形態におけるダミーデータ挿入の手順を説明する図である。この図では、拡散符号Aと拡散符号Bが連続した場合の手順を例示している。直前の拡散符号が拡散符号Aで今回の拡散符号が拡散符号Bであった場合(S1)、直前の拡散符号である拡散符号Aに漸次減少する窓関数を乗算して(S2A)、漸次減少する拡散符号を作成する(S3A)。また、今回の拡散符号である拡散符号Bに漸次増加する窓関数を乗算して(S2B)、漸次増加する拡散符号を作成する(S3B)。そして、S3Aの漸次減少する拡散符号とS3Bの漸次増加する拡散符号とを加算合成して擬似的な拡散符号を作成する(S4)。この擬似的な拡散符号を拡散符号Aと拡散符号Bの境界にダミーデータとして挿入する(S5)。 FIG. 11 is a diagram for explaining the procedure for inserting dummy data in this embodiment. In this figure, the procedure when spreading code A and spreading code B are continuous is illustrated. When the immediately preceding spreading code is spreading code A and the current spreading code is spreading code B (S1), the spreading code A, which is the immediately preceding spreading code, is multiplied by a gradually decreasing window function (S2A) and gradually reduced. A spreading code to be created is created (S3A). Further, the spreading code B, which is the current spreading code, is multiplied by a gradually increasing window function (S2B) to create a gradually increasing spreading code (S3B). Then, a pseudo spreading code is created by adding and synthesizing the spreading code that gradually decreases in S3A and the spreading code that gradually increases in S3B (S4). This pseudo spread code is inserted as dummy data at the boundary between the spread code A and the spread code B (S5).
なお、図11は理解を容易にするため拡散符号を1/0で表しているが、実際の処理では、拡散符号は1/−1の二値信号である。擬似的な拡散符号がダミーデータとして挿入された実際の拡散符号列の例を図12に示す。図示のように、ダミーデータ区間も擬似的な拡散符号波形が存在するため、可聴周波数帯域に有色なスペクトルを持つことがない。 In FIG. 11, the spreading code is represented by 1/0 for easy understanding, but in actual processing, the spreading code is a binary signal of 1 / -1. An example of an actual spreading code string in which a pseudo spreading code is inserted as dummy data is shown in FIG. As shown in the figure, since the dummy data section also has a pseudo spread code waveform, it does not have a colored spectrum in the audible frequency band.
図2に示したブロック図において、ダミーデータ挿入部44が、前後の拡散符号に基づいてクロスフェードする擬似的な拡散符号をダミーデータを作成し、上記前後の拡散符号の境界にこのダミーデータを挿入することにより、図11、図12に示した拡散符号列を出力することが可能になる。
In the block diagram shown in FIG. 2, the dummy
また、この変形例において、ダミーデータとして、拡散符号A、拡散符号Bと相関特性の低い第3の拡散符号を用いてもよい。ダミーデータとして第3の拡散符号を用いることにより、この第3の拡散符号をパイロット信号やマーカ信号として用いて、受信信号レベルや伝送路特性を推定することが可能である。 Further, in this modification, a third spreading code having a low correlation characteristic with spreading code A and spreading code B may be used as dummy data. By using the third spreading code as the dummy data, it is possible to estimate the received signal level and the transmission path characteristics by using the third spreading code as a pilot signal or a marker signal.
《変形例2》
変形例1では、前後の拡散符号の境界にダミー区間を設け、前後の拡散符号に窓関数を掛けてクロスフェードさせた擬似的な拡散符号をダミーデータとして挿入したが、ダミー区間を設けることなく、図13に示すように、データシンボルである拡散符号そのものに窓関数を掛けることによって、相関特性の劣化を防止してもよい。図13に示す波形は、全ての拡散符号に窓関数を掛けているが、前後の拡散符号が切り換わるときのみ窓関数を掛けるようにしてもよい。
<< Modification 2 >>
In the first modification, a dummy section is provided at the boundary between the preceding and following spreading codes, and a pseudo spreading code obtained by cross-fading the preceding and following spreading codes by applying a window function is inserted as dummy data, but without providing a dummy section. As shown in FIG. 13, deterioration of correlation characteristics may be prevented by multiplying the spread code itself, which is a data symbol, by a window function. In the waveform shown in FIG. 13, all spread codes are multiplied by a window function. However, the window function may be multiplied only when the preceding and succeeding spread codes are switched.
図13のような窓関数が掛かった符号列を生成するためには、図2に示したダミーデータ挿入部44が、ダミーデータの挿入に代えて、送信シンボルである拡散符号に対して窓関数を乗算する構成にすればよい。
In order to generate a code string to which a window function is applied as shown in FIG. 13, the dummy
なお、図12に示したダミーデータとしての擬似的な拡散符号、および、図13に示した窓関数が掛けられたシンボルとしての拡散符号は、1/−1の2値信号でなく1乃至−1の間の中間値を持つ。このため、図12の擬似的な拡散符号、図13の窓関数の乗算をアップサンプリング後に行えば、アップサンプリング部39の処理ビット数を節約することができる。
The pseudo spreading code as the dummy data shown in FIG. 12 and the spreading code as the symbol multiplied by the window function shown in FIG. 13 are not 1 / −1 binary signals but 1 to − Has an intermediate value between 1. For this reason, if the pseudo spread code of FIG. 12 and the window function of FIG. 13 are multiplied after the upsampling, the number of processing bits of the
≪尚書き≫
上記実施形態では、エラー訂正符号の付加等については記載していないが、送信装置側でエラー訂正やインターリーブ等を使用した場合には、受信装置側で、受信シンボルに対してそれらの処理を追加すればよい。
≪Read more≫
In the above embodiment, addition of an error correction code or the like is not described, but when error correction or interleaving is used on the transmission device side, those processing is added to the received symbol on the reception device side. do it.
この実施形態では、伝送するデータシンボルとして2ビットのデータ符号を用いているが、伝送するデータシンボルはビットデータに限定されない。 In this embodiment, a 2-bit data code is used as a data symbol to be transmitted, but the data symbol to be transmitted is not limited to bit data.
この実施形態では、2種類の拡散符号から1つを選択し、且つ、その拡散符号を反転することにより、拡散符号の1周期に2ビットのデータ符号を伝送しているが、3種類以上の拡散符号を用いれば、より多ビットのデータ符号の伝送が可能になる。 In this embodiment, by selecting one from two types of spreading codes and inverting the spreading code, a 2-bit data code is transmitted in one cycle of the spreading code. If a spread code is used, transmission of a data code having a larger number of bits becomes possible.
また、拡散符号を反転することなく、多数の拡散符号を準備してそれを選択するようにしてもよい。さらに、拡散符号の位相シフトは反転(180度)に限定されない。 Alternatively, a number of spreading codes may be prepared and selected without inverting the spreading code. Furthermore, the phase shift of the spread code is not limited to inversion (180 degrees).
また、複数の拡散符号はその長さが同一でなくてもよい。異なる長さの拡散符号を複数用いてもよい。 Further, the lengths of the plurality of spreading codes may not be the same. A plurality of spreading codes having different lengths may be used.
なお、上記実施形態では、キャリア信号と差動符号DMPNとの乗算を実数領域の演算で行っているが、ヒルベルト変換によりキャリア信号を複素数に変換し、複素領域での乗算で差動符号DMPNの帯域シフトをしてもよい。 In the above-described embodiment, multiplication of the carrier signal and the differential code DMPN is performed by arithmetic in the real number domain. However, the carrier signal is converted to a complex number by Hilbert transform, and the differential code DMPN is multiplied by multiplication in the complex domain. Band shifting may be performed.
1 受信装置
2 送信装置
10 データ重畳部
21 復調部
36(36A,36B) 拡散符号発生部
37 変調部
44 ダミーデータ挿入部
55(55A,55B) 整合フィルタ
56 符号判定部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
データシンボルを順次入力するデータシンボル入力部と、
前記データシンボル入力部から順次入力されたデータシンボルに基づいて前記複数の拡散符号のなかから拡散符号を順次選択するとともに、順次選択された拡散符号の境界にダミー区間を設ける拡散変調部と、
前記拡散変調部から出力された拡散符号を音響として出力する音響出力部と、
を備えた音響を用いた情報伝送装置。 A spreading code generator for generating a plurality of spreading codes;
A data symbol input section for sequentially inputting data symbols;
A spread modulation unit that sequentially selects a spread code from among the plurality of spread codes based on data symbols sequentially input from the data symbol input unit, and provides a dummy section at the boundary of the sequentially selected spread codes;
An acoustic output unit that outputs the spreading code output from the spread modulation unit as sound;
An information transmission device using sound provided with.
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