JP5704010B2 - オーディオ信号の無線伝送方法 - Google Patents

Description

この発明は、オーディオ信号を電波を用いて伝送する無線伝送方法に関する。

携帯オーディオプレーヤにスピーカを接続して大きい音量で音楽を楽しみたい場合がある。このような場合、従来は、携帯オーディオプレーヤのイヤフォンジャックにスピーカケーブルを接続してスピーカ（アンプ付きスピーカなど）にオーディオ信号を入力する方式が一般的であった。しかし、携帯オーディオプレーヤにスピーカケーブルを接続すると、ケーブルが邪魔になるうえ、ケーブルの長さや引き回し場所の制約等から携帯オーディオプレーヤをユーザの手元に置くことができない場合がある。

そこで、携帯オーディオプレーヤが再生した楽音を、無線通信を用いてスピーカへ伝送することが考えられる。この種の無線通信には、一般的に民生用途に開放された２．４ＧＨｚ帯の周波数が使用される。この周波数帯は、無線ＬＡＮ、電子レンジ、コードレス電話機など種々の民生用機器が使用しているため、電波状態の良好な他の機器に占用されていない周波数（チャンネル）を選択して使用する必要がある。電波状態を検出する従来より一般的な手法は、受信信号強度測定（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）によるスキャンであった。ＲＳＳＩスキャンは、各チャンネルを受信して信号強度を測定し、信号強度が最も弱いチャンネルを状態の良い空きチャンネルであると判断するものである（特許文献１参照）。

特開２０１０−２５８８３６号公報

しかしながら、ＲＳＳＩスキャンを行うためには、正確な信号レベルを測定する回路が必要であるため高価である。

また、２．４ＧＨｚ帯は、種々の機器が頻繁に使用するため、電波状態は常に変動しており、オーディオ信号の伝送に好適なチャンネルも常に変動している。したがって、エラーの少ないオーディオ信号の伝送を行おうとすれば、適当な間隔で通信チャンネルの選択を見直す必要がある。しかし、ＲＳＳＩスキャンを行うためには、オーディオ信号の伝送を停止する必要があるため、この間に音切れの危険性が増加するという問題点があった。

この発明は、複数の無線通信チャンネルを用いたオーディオ信号の伝送において、音切れの可能性の少ない伝送を実現したオーディオ信号の無線伝送方法を提供することを目的とする。

本発明は、３以上のチャンネル数を有する通信チャネル群を使用してオーディオ信号を伝送する方法であって、
（１）前記通信チャネル群の通信チャンネルから、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを選択する手順
（２）前記プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを交互に用いてオーディオ信号の伝送を行う手順
（３）（２）の手順を実行しつつ、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルのそれぞれの伝送エラー率を計測する手順
（４）所定のタイミングに、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルのエラー率を比較する手順
（５）（４）の比較の結果、プライマリチャンネルのエラー率がセカンダリチャンネルのエラー率以下であった場合、（２）に戻ってオーディオ信号の伝送を継続する手順
（６）（４）の比較の結果、プライマリチャンネルのエラー率がセカンダリチャンネルのエラー率より大きかった場合、現在のセカンダリチャンネルを新たなプライマリチャンネルとして選択し、前記通信チャンネル群の通信チャンネルから新たなセカンダリチャンネルを選択したのち、（２）に戻ってオーディオ信号の伝送を継続する手順
を順次実行することを特徴とする。

また、上記発明の（６）の手順を、
（１１）前記通信チャンネル群の前記新たなプライマリチャンネル以外の１つのチャンネルを仮のセカンダリチャンネルとして選択する手順
（１２）前記新たなプライマリチャンネルおよび前記仮のセカンダリチャンネルを交互に用いてオーディオ信号の伝送を行う手順
（１３）前記通信チャンネル群の通信チャンネルのうち、前記新たなプライマリチャンネルを除く全てのチャンネルについて（１１）、（１２）の手順を実行する手順
（１４）（１３）の手順を実行したのち、各チャンネルの伝送エラー率を比較して、新たなセカンダリチャンネルを決定する手順
としてもよい。

また、上記発明の（２）の手順において、プライマリチャンネルをセカンダリチャンネルよりも高い使用率で用いるようにしてもよい。

この発明によれば、オーディオ信号の伝送を行いつつ、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを通信状態の良好なチャンネルに変更してゆくことができるため、音切れの可能性が少ないオーディオ信号の伝送を実現することが可能になる。

この発明の実施形態である無線オーディオシステムの構成図 同無線オーディオシステムが用いる通信チャンネル群の構成を示す図 同無線オーディオシステムにおける通信チャンネルの切換手順を説明する図 無線オーディオシステムのトランスミッタの動作を示すフローチャート

図１はこの発明の実施形態である無線オーディオシステムの構成図である。図２はこの無線オーディオシステムで用いられる通信チャンネル群を示す図である。この無線オーディオシステムは、楽曲のオーディオ信号を再生する携帯オーディオプレーヤ３、このオーディオ信号を入力して音響として放音する据置型のアンプ付スピーカ４、および、携帯オーディオプレーヤ３からアンプ付スピーカ４までオーディオ信号を伝送するトランスミッタ１、レシーバ２で構成される。

携帯オーディオプレーヤ３は、ＭＰ３などに圧縮符号化された楽曲データを記憶する記憶部、圧縮符号化された楽曲データを復号して再生する再生部、再生中の楽曲の曲名等を表示する表示部、ユーザの操作を受け付けるＰＬＡＹボタン、ＳＴＯＰボタンなどの操作部を有している。なお、操作部は、表示部表面に設けられたタッチパネルと、表示部に表示されるアイコン画像で構成してもよい。携帯オーディオプレーヤ３は、ユーザの操作に応じて楽曲データを選択し、この楽曲データを再生する。再生されたオーディオ信号は出力端子から出力される。携帯オーディオプレーヤ３は、オーディオ出力端子として、たとえばミニジャックなどのイヤホン端子および複合コネクタを備えている。複合コネクタとは、たとえばドックコネクタ（商標）のレセプタクル（メスコネクタ）であり、ステレオオーディオ出力端子、制御信号入出力端子、電源端子などを備えている。この複合コネクタがトランスミッタ１に接続され、この複合コネクタを介してオーディオ信号がトランスミッタ１に入力される。

トランスミッタ１は、携帯オーディオプレーヤ３が再生したオーディオ信号をレシーバ２に送信する。レシーバ２は、トランスミッタ２から受信したオーディオ信号をアンプ付スピーカ４に入力する。トランスミッタ１・レシーバ２間の通信は２．４ＧＨｚ帯に設定されている通信チャンネル群を用いて行われる。通信チャンネル群は、相互に干渉しない８個の通信チャンネルからなる（図２参照）。トランスミッタ１・レシーバ２間の通信は、デジタルのパケット転送によって行われる。オーディオ信号の伝送は高速の単方向通信で行われ、コマンド等の制御信号の送受信は低速の双方向通信で行われる。

トランスミッタ１は、携帯オーディオプレーヤ３が接続されるオーディオ入力部１０、携帯オーディオプレーヤ３から入力された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１１、トランスミッタ１の動作を制御するコントローラ１２、通信チャネルを用いた無線通信を行う通信回路１３、および、アンテナ１４を備えている。オーディオ入力部１０は、携帯オーディオプレーヤ３と同様の複合コネクタを有している。この複合コネクタは、携帯オーディオプレーヤ３のレセプタクルと接続されるプラグコネクタ（オスコネクタ）であり、このコネクタを介して携帯オーディオプレーヤ３からオーディオ信号を入力するとともに携帯オーディオプレーヤ３のバッテリを充電する。Ａ／Ｄコンバータ１１は、オーディオ入力部１０から入力されたオーディオ信号をデジタル信号に変換する。通信回路１３は、オーディオ信号を送信するとともに、レシーバ２との間で制御信号等の送受信を行う。制御信号は、確認応答ＡＣＫや通信チャネルの切り換えスケジュール等である。コントローラ１２は、通信エラー率の算出や通信チャンネルの選択等の処理を行う。コントローラ１２の処理の詳細は後述する。

レシーバ２は、トランスミッタ１から送信される高周波信号を受信し、この高周波信号に重畳されているオーディオ信号を復調してアンプ付スピーカ４に入力する機器である。 レシーバ２は、内蔵のアンテナ２４、各通信チャネルで通信を行う通信回路２０、レシーバ２の動作を制御するコントローラ２１、受信したデジタルのオーディオ信号を所定量蓄えるバッファ２２、デジタルのオーディオ信号をバッファ２２から読み出してアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２３、および、アンプ付スピーカ４にオーディオ信号を出力するためのオーディオ出力部２４を有している。通信回路２０は、トランスミッタ１から送信された高周波信号を受信してオーディオ信号、制御信号を復調するとともに、コントローラ２１から入力された制御信号をトランスミッタ１に対して送信する。通信回路２０によって復調された制御信号はコントローラ２１に入力される。また、通信回路２０によってベースバンドのデジタル信号に復調されたオーディオ信号はバッファ２２に蓄えられる。バッファ２２は、たとえば５０ミリ秒分の容量を有している。Ｄ／Ａコンバータ２３は、バッファ２２に蓄えられたオーディオ信号を順次読み出してアナログ信号に変換しオーディオ出力部２４に入力する。オーディオ出力部２４は入力されたオーディオ信号をアンプ付スピーカ４に出力する。

アンプ付スピーカ４は、筐体内にオーディオアンプおよびステレオのスピーカ内蔵し、レシーバ２のオーディオ出力部２４に接続されるコネクタを備えた機器であり、レシーバ２から入力されたオーディオ信号をオーディオアンプで増幅し、スピーカから放音する。ユーザは、このアンプ付スピーカ４の操作をパネルスイッチから行ってもよいが、トランスミッタ１に接続された携帯オーディオプレーヤ３をリモコン装置のように用いて操作してもよい。すなわち、ユーザが携帯オーディオプレーヤ３を操作すると、その操作情報がトランスミッタ１、レシーバ２を介してアンプ付スピーカ４に送られ、アンプ付スピーカ４はこの操作情報に基づいて機能が制御される。

なお、この実施形態では、レシーバ２をアンプ付スピーカ４と別体に設け、コネクタで接続するようにしているが、レシーバ２をアンプ付スピーカ４に内蔵してもよい。

図２は、オーディオ信号の伝送に用られる通信チャンネル群の構成を示す図である。通信チャンネル群として、２．４ＧＨｚ帯に、相互に干渉しない間隔で帯域幅２０ＭＨｚの８チャンネルが設定されている。このように各チャンネルが相互に干渉しない間隔で設定されているため、複数のシステムが隣接したチャンネルを使用してオーディオ信号を伝送することが可能である。トランスミッタ１およびレシーバ２は、これらのチャンネルのうち、最も通信状態の良好なチャンネルをプライマリチャンネルとして選択・使用し、次に通信状態の良好なチャンネルをセカンダリチャンネルとして選択・使用する。なお、本発明において、通信チャンネル群は８チャンネルに限定されない。また、周波数帯は２．４ＧＨｚ帯に限定されない。

以下、図３のタイムチャートおよび図４のフローチャートを用いて、トランスミッタ１のコントローラ１２によるプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの選択方式等について説明する。トランスミッタ１からレシーバ２へのオーディオ信号の伝送が途切れ、レシーバ２のバッファ２２のオーディオデータが空になると、アンプ付スピーカ４から放音される音響に音切れが発生する。この無線オーディオシステムでは、このような音切れが発生しないように、オーディオ信号の伝送に用いるチャンネルとして、８チャンネルの通信チャンネル群のなかから、最も通信状態の良好なチャンネルをプライマリチャンネル、次に通信状態の良好なチャンネルをセカンダリチャンネルとして選択し、これら２チャンネルを交互に用いてオーディオ信号の伝送を行う。さらに、このオーディオ信号の伝送を行いつつ、両チャンネルのエラー率を測定し、この測定結果に基づいてプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの入れ換え、および、セカンダリチャンネルの再選択（入れ換え）を行う。

図３（Ａ）は、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを用いたオーディオ信号の伝送手順を説明する図である。まず、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルが選択される。通信開始時のプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルは、どのような方式で選択してもよい。たとえば、各チャンネルの受信信号強度を測定し、すなわちＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）スキャンを行い、その結果、受信信号（ノイズ）強度が最も小さいチャンネルをプライマリチャンネル、次に小さいチャンネルをセカンダリチャンネルとすればよい。ただし、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの選択はこの方式に限定されるものではなく、たとえば、ランダムにプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを選択してもよい。

プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルが選択されると、プライマリチャンネルが大きい比率となるような重みづけでプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを交互に用いてオーディオ信号を伝送する。たとえば、プライマリチャンネル：８、セカンダリチャンネル：２の比率とする。プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルとしてどのチャンネルを選択したかのチャンネル選択情報およびオーディオ信号伝送時のプライマリチャンネル／セカンダリチャンネルの切り換えタイミング等は、トランスミッタ１からレシーバ２に予め通知され、両方の同期した送信および受信が可能にされる。

このプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを交互に用いたオーディオ信号の伝送を所定時間（１セット）継続する。この時間に制限はないが、レシーバ２のバッファ２２の容量（たとえば５０ミリ秒）程度の時間が適当である。たとえば、５０ミリ秒を１セットとして、プライマリチャンネル：４ミリ秒、セカンダリチャンネル：１ミリ秒のずつの時間で交互にオーディオ信号の伝送を行うと、各チャンネル１０回ずつの伝送で１セットの時間が経過する。こののち、次のセットの伝送を行いつつ、終了したセットにおけるプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルのエラー率を判定する。なお、エラー率は、パケットの再送率で判定することができる。

プライマリチャンネルのエラー率Ｅｐ、セカンダリチャンネルのエラー率Ｅｓとし、Ｅｐ≦Ｅｓなら、プライマリチャンネルの方がセカンダリチャンネルよりも通信状態が良好であるため、プライマリチャンネルの選択をこのまま維持して伝送を継続する。すなわち、図３（Ａ）の破線矢印Ｒのように処理がもどる。

なお、この例では、プライマリチャンネルとセカンダリチャンネルを時間比率で重みづけしたが、他の比率、たとえば伝送パケット数の比率で重みづけしてもよい。

もし、Ｅｐ＞Ｅｓであった場合には、図３（Ａ）、（Ｂ）の実線矢印Ｓのように処理が進み、現在のセカンダリチャンネルを新たなプライマリチャンネルとして選択し、このチャンネルで大きい比率の（たとえば４ミリ秒の）オーディオ信号の伝送を行う。そして、図３（Ｂ）に示すように、この新たなプライマリチャンネル以外の７チャンネルから新たなセカンダリチャンネルを選出する。なお、プライマリチャンネルの入れ換え、および、セカンダリチャンネルの再選択のスケジュールは、トランスミッタ１からレシーバ２に通知される。

図３（Ｂ）は、セカンダリチャンネルの選出手順を示す図である。新たなプライマリチャンネルに大きな比率をおきつつ、７つのチャンネル（同図ではチャンネルａ〜ｇ）を順次仮のセカンダリチャンネルとしてオーディオ信号の伝送を行う。通信状態の良好なチャンネルをプライマリチャンネルとして選択しているため、仮のセカンダリチャンネルの通信状態が悪くてもオーディオ信号の伝送が完全に途切れてしまうことはなく、レシーバ２側で音切れが発生することはない。なお、図３（Ｂ）では、チャンネルａ〜ｇが仮のセカンダリチャンネルとして選択されるのは１回ずつであるが、複数回ずつであってもよい。図３（Ａ）のような１セットの伝送を、チャンネルａ〜ｇを仮のセカンダリチャンネルとして選択した状態で各々行ってもよい。

チャンネルａ〜ｇを仮のセカンダリチャンネルとしたオーディオ信号の伝送が終了すると、各チャンネルのエラー率を測定する。そして、最もエラー率の低かったチャンネルを新たなセカンダリチャンネルとして選択する。図３（Ｂ）では、チャンネルｂが新たなセカンダリチャンネルとして選択されている。これをプライマリチャンネルの伝送期間中に行い、レシーバ２にその選択の結果を通知する。新たなセカンダリチャンネルが選択されると、この新たなプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの組合せで、一点鎖線矢印Ｔのように図３（Ａ）の伝送手順にもどる。

このような手順でプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの更新を行いつつオーディオ信号の伝送を行うことにより、音切れなくオーディオ信号の伝送を行いながら、そのときの状況に応じた最良のプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの組合せを維持することができる。また、以上の構成では、トランスミッタ１に高周波エネルギ検出回路（ＲＳＳＩ回路）が必須ではないため、高品位なアナログ回路が不要になり、簡略且つ廉価な回路構成にすることができる。また、ＲＳＳＩスキャンを頻繁に行う必要がないため、制御上の負荷を軽くすることができる。

なお、新たなセカンダリチャンネルの選択手順は、図３（Ｂ）に示した手順に限定されない。新たなプライマリチャンネル以外の通信チャンネルのなかから通信状態（電波状態）の最も良好な通信チャンネルを選択する手順であればよい。

図４のフローチャートを参照してトランスミッタ１のコントローラ１２の動作を説明する。まず通信チャンネル群の８チャンネル全てに対してＲＳＳＩスキャンを実行する（Ｓ１）。スキャン結果に基づき、最も電波状態のよい、すなわち最もノイズの少ないチャンネルをプライマリチャンネル、２番目に電波状態のよいチャンネルをセカンダリチャンネルとして選択する（Ｓ２）。このプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの選択情報はレシーバ２に通知される。なお、Ｓ１のＲＳＳＩスキャンは必須ではなく、Ｓ２では適当な方法でプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを選択すればよい。
そして、このプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを用いてオーディオ信号の伝送を開始する（Ｓ３）。このオーディオ信号の伝送は、上述したように、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを交互に用いて行うが、プライマリチャンネルの比率が高くなるような重みづけで行われる。１セットの伝送が終了すると、プライマリチャンネルとセカンダリチャンネルの伝送エラー率を比較する（Ｓ４）。プライマリチャンネルのエラー率Ｅｐがセカンダリチャンネルのエラー率Ｅｓ以下であれば（Ｓ５でＮＯ）、Ｓ４にもどって、現在のプライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの選択を維持してオーディオ信号の伝送を継続する。
もし、プライマリチャンネルのエラー率Ｅｐがセカンダリチャンネルのエラー率Ｅｓよりも大きい場合には（Ｓ５でＹＥＳ）、セカンダリチャンネルを新たなプライマリチャンネルとして選択し（Ｓ６）、新たなプライマリチャンネルを除く７チャンネルの中から新たなセカンダリチャンネルを選択する（Ｓ７、Ｓ８）。本実施形態では、新たなセカンダリチャンネルの選択は図３（Ｂ）に示した手順で手順で行う。すなわち、新たなプライマリチャンネル以外の７チャンネルを仮のセカンダリチャンネルとして使用してオーディオ信号を伝送し（Ｓ７）、このオーディオ信号の伝送時のエラー率を集計する。そして、エラー率が最小であったチャンネルを新たなセカンダリチャンネルに選出して（Ｓ８）、Ｓ４にもどる。なお、新たなプライマリチャンネルの選択情報、新たなセカンダリチャンネルの選択情報はそれぞれレシーバ２に通知される。

なお、この実施形態では、Ｓ５の処理で、プライマリチャンネルのエラー率Ｅｐがセカンダリチャンネルのエラー率Ｅｓ以下であれば、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルの組み合わせをそのまま維持してＳ４にもどり、オーディオ信号の伝送を継続しているが、セカンダリチャンネルのエラー率Ｅｓが一定値以上であった場合には、プライマリチャンネルはそのまま維持し、セカンダリチャンネルのみ再選択を行うようにしてもよい。

なお、この実施形態では、オーディオ信号を再生する装置を携帯オーディオプレーヤ１としているが、再生装置は携帯型の装置に限定されない。

１ トランスミッタ
１２ コントローラ
２ レシーバ
２１ コントローラ

Claims (4)

1. ３以上のチャンネル数を有する通信チャネル群を使用してオーディオ信号を伝送する方法であって、
   （１）前記通信チャネル群の通信チャンネルから、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを選択する手順
   （２）前記プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルを交互に用いてオーディオ信号の伝送を行う手順
   （３）（２）の手順を実行しつつ、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルのそれぞれの伝送エラー率を計測する手順
   （４）所定のタイミングに、プライマリチャンネル、セカンダリチャンネルのエラー率を比較する手順
   （５）（４）の比較の結果、プライマリチャンネルのエラー率がセカンダリチャンネルのエラー率以下であった場合、（２）に戻ってオーディオ信号の伝送を継続する手順
   （６）（４）の比較の結果、プライマリチャンネルのエラー率がセカンダリチャンネルのエラー率より大きかった場合、現在のセカンダリチャンネルを新たなプライマリチャンネルとして選択し、前記通信チャンネル群の通信チャンネルから新たなセカンダリチャンネルを選択したのち、（２）に戻ってオーディオ信号の伝送を継続する手順
   を順次実行することを特徴とするオーディオ信号の無線伝送方法。
2. 前記（６）の手順は、
   （１１）前記通信チャンネル群の前記新たなプライマリチャンネル以外の１つのチャンネルを仮のセカンダリチャンネルとして選択する手順
   （１２）前記新たなプライマリチャンネルおよび前記仮のセカンダリチャンネルを交互に用いてオーディオ信号の伝送を行う手順
   （１３）前記通信チャンネル群の通信チャンネルのうち、前記新たなプライマリチャンネルを除く全てのチャンネルについて（１１）、（１２）の手順を実行する手順
   （１４）（１３）の手順を実行したのち、各チャンネルの伝送エラー率を比較して、新たなセカンダリチャンネルを決定する手順
   を含む請求項１に記載のオーディオ信号の無線伝送方法。
3. 前記（２）の手順において、プライマリチャンネルをセカンダリチャンネルよりも高い使用率で用いる請求項１または請求項２に記載のオーディオ信号の無線伝送方法。
4. 前記（１）の手順は、前記通信チャンネル群の各チャンネルの受信信号強度を測定し、電波状態が最良のチャンネルをプライマリチャンネル、電波状態が次に良好なチャンネルをセカンダリチャンネルとして選択する手順である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のオーディオ信号の無線伝送方法。
   

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