JP6712153B2

JP6712153B2 - オーディオシステム

Info

Publication number: JP6712153B2
Application number: JP2016045667A
Authority: JP
Inventors: 伊勢　友彦; 友彦伊勢
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: US20170264384A1; EP3217579A1; JP2017163322A; US9923653B2

Description

本発明は、複数のユニットをネットワーク接続して構成されるオーディオシステムに関するものである。

複数のユニットをネットワーク接続して構成されるオーディオシステムとしては、ETHERNET（「ETHERNET」、「イーサネット」は登録商標） AVB（Audio Video Bridging）規格（IEEE802.1 Qav, IEEE802.1 Qat, IEEE802.1 AS, IEEE802.1 BA)のネットワークで複数のユニットを接続したオーディオシステムが知られている（たとえば、特許文献１、２）。

また、オーディオデータのサンプルレートを変換する技術としては、オリジナルのオーディオデータのサンプルレートと非同期のサンプルレートのオーディオデータを生成するASRC(Asynchronous Sample Rate Converter)の技術が知られている（たとえば、特許文献３、４）。

特開２０１６-５２６９号公報特開２０１６-１９０３１号公報特開２００９-５０４１０７号公報特開平６-２６０８８７号公報

ETHERNET AVB規格のネットワークで複数のユニットを接続してオーディオシステムを構成した場合において、デジタルラジオ放送の受信と出力を異なるユニットで行う場合には次のような問題が生じる。

一例として、図４に示すように、放送受信ユニット１００と音声処理ユニット２００をETHERNET AVB規格のネットワークで接続してオーディオシステムを構成した場合を考える。
放送受信ユニット１００は、デジタルラジオ放送を受信するデジタルチューナ１０１、送信バッファ１０２、イーサネットＡＶＢコントローラ１０３を備えている。また、音声処理ユニット２００はイーサネットＡＶＢコントローラ２０１、受信バッファ２０２、ＤＡＣ２０３（デジタルアナログコンバータ２０３）、増幅器２０４、処理用クロック生成部２０５を備えている。また、音声処理ユニットにはスピーカ３００が接続されている。

このような構成において、放送受信ユニット１００のデジタルチューナ１０１は、デジタルラジオ放送に含まれて放送されているラジオ放送局４００のクロックに同期したデジタルラジオ放送の受信動作を行って、サンプルレート Fs+dr（Hz)のオーディオデータを生成し、送信バッファ１０２に格納する。ここで、Fs はオーディオデータの正規のサンプルレートであり、drはラジオ放送局４００から受信したオーディオデータのサンプルレートの正規のサンプルレートに対する誤差である。そして、放送受信ユニット１００のイーサネットＡＶＢコントローラ１０３は、送信バッファ１０２にオーディオデータが格納されると、格納されたオーディオデータを音声処理ユニット２００に送信する。

音声処理ユニット２００のイーサネットＡＶＢコントローラ２０１は、放送受信ユニット１００から送信されたオーディオデータを受信し、受信バッファ２０２に格納する。そして、ＤＡＣ２０３は、処理用クロック生成部２０５が生成している周波数Fs+da（Hz)のクロックに同期して、受信バッファ２０２からオーディオデータを読み出してアナログ変換し、増幅器２０４を介してスピーカ３００に出力する。ここで、処理用クロック生成部２０５は発振周波数Fsのクロックを生成するクロック生成器であり、daは処理用クロック生成部２０５において実際に生成されるクロックの周波数の発振周波数Fsに対する誤差である。

ここで、デジタルチューナ１０１が出力するオーディオデータのサンプルレート Fs+drと、処理用クロック生成部２０５が生成するクロックの周波数Fs+daは、一致していることが理想的ではあるが、デジタルチューナ１０１が同期動作を行うラジオ放送局４００のクロックにラジオ放送局４００毎に固有かつ不定の誤差があることや、受信状況に応じてデジタルチューナ１０１で検出されるラジオ放送局４００のクロックにずれが発生することや、処理用クロック生成部２０５におけるクロックの周波数の生成誤差が存在すること等より、オーディオデータのサンプルレート Fs+drと、処理用クロック生成部２０５が生成するクロックの周波数Fs+daの間の誤差da-drは、これを無くすことはできない。

一方、ETHERNET AVB規格（IEEE802.1AS)には、グランドマスタとなる一つのユニットより、他のユニット（スレーブ）に125ms周期でSYNCメッセージを送信することにより、各ユニットのクロックを同期させるプロトコルが規定されており、このプロトコルを利用することにより、音声処理ユニット２００の処理用クロック生成部２０５が生成するクロックの周波数Fs+daを、放送受信ユニット１００のデジタルチューナ１０１が出力するオーディオデータのサンプルレート Fs+drに一致させることができる。

しかし、この場合も、125ms周期のSYNCメッセージを介した放送受信ユニット１００と音声処理ユニット２００の同期の完了までの間は、デジタルチューナ１０１が出力するオーディオデータのサンプルレート Fs+drと処理用クロック生成部２０５が生成するクロックの周波数Fs+daの間の誤差da-drを解消することができない。そして、125ms周期のSYNCメッセージを介した放送受信ユニット１００と音声処理ユニット２００の同期の完了には、少なくとも125msの期間が必要となる。

したがって、0.125×(da-dr)、すなわち、125msの間に処理用クロック生成部２０５が生成するクロック数（ＤＡＣ２０３が変換するオーディオデータの数）と、125msの間にデジタルチューナ１０１が出力するオーディオデータと数との差が１以上であると、図５に×で示したように、ＤＡＣが変換するオーディオデータが存在しなくなる事象が発生し、出力音声の音切れが発生する。

そこで、本発明は、デジタルラジオ放送の受信と出力を異なるユニットで行うオーディオシステムにおいて音切れ無く音声を出力することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、デジタルラジオ放送の受信を行う放送受信ユニットと、当該放送受信ユニットとネットワークを介して接続された、前記放送受信ユニットが前記デジタルラジオ放送から受信した音声を処理する音声処理ユニットとを備えたオーディオシステムにおいて、前記放送受信ユニットに、デジタルラジオ放送を受信しオーディオデータを出力するデジタルチューナと、所定周波数のレート変換用クロックを生成するレート変換用クロック生成部と、前記デジタルチューナが出力するオーディオデータを、前記レート変換用クロック生成部が生成したレート変化用クロックの周波数に等しいサンプルレートのオーディオデータに変換するサンプルレート変換部と、前記サンプルレート変換部が変換したオーディオデータを前記音声処理ユニットに前記ネットワークを介して送信すると共に、所定周期の同期信号を前記音声処理ユニットに前記ネットワークを介して送信する送信部と備え、前記音声処理ユニットに、前記ネットワークを介して前記放送受信ユニットから前記オーディオデータと前記同期信号とを受信する受信部と、前記所定周波数の処理用クロックを生成する処理用クロック生成部と、前記受信部が受信した前記オーディオデータを、前記処理用クロック生成部が生成した前記処理用クロックに同期して処理する音声処理部とを備えたものである。ただし、前記放送受信ユニットの前記レート変換用クロック生成部が生成する前記レート変換用クロックは、前記送信部が送信する前記同期信号に対して同期しており、前記音声処理ユニットの前記処理用クロック生成部は、前記受信部が受信した前記同期信号に対して前記処理用クロックを同期させる。

このようなオーディオシステムによれば、デジタルチューナで受信したオーディオデータをサンプルレート変換部で所定の周波数のサンプルレートに変換したオーディオデータを、音声処理部におけるオーディオデータの処理において用いるので、ラジオ放送局や受信状況に応じて発生するデジタルラジオ放送のオーディオデータのサンプルレートの変動の影響を排除し、デジタルラジオ放送のオーディオデータのサンプルレートの大きな変動に起因する出力音声の音切れを抑制することができる。
また、このようなオーディオシステムによれば、前記レート変換用クロック生成部と前記処理用クロック生成部として適当な精度をもったクロック生成部を用いることにより、前記レート変換用クロック生成部が生成する前記レート変換用クロックの周波数の精度と、前記処理用クロック生成部が生成する前記処理用クロックの周波数の精度とを考慮した、前記処理用クロックの周波数から前記レート変換用クロックの周波数を減じた値の最大値に前記所定周期を乗じた値が１未満となることが保証されるようにオーディオシステムを構築することができる。

そして、このように前記処理用クロックの周波数から前記レート変換用クロックの周波数を減じた値の最大値に前記所定周期を乗じた値が１未満となるようにすることにより、前記同期信号の所定周期の間に処理用クロック生成部が生成する処理用クロックの数（音声処理部が処理するオーディオデータの数）と、当該所定周期の間にデジタルチューナが出力するオーディオデータの数が等しくない場合であっても、当該所定周期の間に処理用クロック生成部が生成する処理用クロックの数と、当該所定周期の間に、レート変換用クロック生成部が生成するレート変換用クロックの数（サンプルレート変換部が出力するオーディオデータの数）は等しくなる。

よって、同期信号を介してレート変換用クロックと処理用クロックの同期が完了するまでの所定周期の間に、音声処理部が処理するオーディオデータが存在しなくなる事象は発生せず、音声処理部によって処理されたオーディオデータの音声の音切れの発生が抑止される。

ここで、以上のようなオーディオシステムは、前記音声処理部として、前記受信部が受信した前記オーディオデータを、前記処理用クロック生成部が生成した前記処理用クロックに同期してアナログ変換し、アナログ変換した音声を出力するデジタルアナログコンバータを備えるように構成してもよい。

また、この場合には、オーディオシステムに、前記音声処理ユニットに接続したスピーカを設けると共に、前記音声処理ユニットに、前記デジタルアナログコンバータがアナログ変換した音声を増幅し前記スピーカに出力するアンプを備えるようにしてもよい。

また、以上のようなオーディオシステムは、自動車に搭載されたオーディオシステムであってよく、前記ネットワークは、ETHERNET AVB規格に従った車載のネットワークであってよい。

以上のように、本発明によれば、デジタルラジオ放送の受信と出力を異なるユニットで行うオーディオシステムにおいて音切れ無く音声を出力することができる。

本発明の実施形態に係るオーディオシステムの構成を示すブロック図である。ＡＳＲＣのサンプルレートの変換例を示す図である。本発明の実施形態に係るオーディオシステムの動作を示す図である。従前のオーディオシステムの構成を示すブロック図である。従前のオーディオシステムにおける音切れの発生のようすを示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に本実施形態に係るオーディオシステムの構成を示す。
本実施形態に係るオーディオシステムは、自動車に搭載されたオーディオシステムであり、図示するように、放送受信ユニット１と音声処理ユニット２を備えている。ここで、音声処理ユニット２にはスピーカ３が接続しており、放送受信ユニット１と音声処理ユニット２はETHERNET AVB規格に従った車載のネットワークで接続されている。

次に、放送受信ユニット１は、ラジオ放送局４からデジタルラジオ放送を受信するデジタルチューナ１１、ＡＳＲＣ１２(Asynchronous Sample Rate Converter１２)、送信バッファ１３、イーサネットＡＶＢコントローラ１４、レート変換用クロック生成部１５を備えている。

また、音声処理ユニット２はイーサネットＡＶＢコントローラ２１、受信バッファ２２、ＤＡＣ２３（デジタルアナログコンバータ２４）、増幅器２４、処理用クロック生成部２５を備えている。

このような構成において、放送受信ユニット１のデジタルチューナ１１は、デジタルラジオ放送に含まれて放送されているラジオ放送局４のクロックに同期したデジタルラジオ放送の受信動作を行って、サンプルレート Fs+dr（Hz)のオーディオデータを出力する。ここで、Fs はオーディオデータの正規のサンプルレートであり、drはラジオ放送局４００から受信したオーディオデータのサンプルレートの正規のサンプルレートに対する誤差である。

一方、レート変換用クロック生成部１５は、周波数Fs+ds（Hz)のレート変換クロックを生成し出力する。ここで、レート変換用クロック生成部１５は発振周波数Fsのクロックを生成するクロック生成器であり、dsは、レート変換用クロック生成部１５において実際に生成されるレート変換クロックの周波数の発振周波数Fsに対する誤差である。また、dsの最大値はレート変換用クロック生成部１５の精度として予め求まる。
そして、ＡＳＲＣ１２は、レート変換用クロック生成部１５が出力する、周波数Fs+ds（Hz)のレート変換クロックを用いて、デジタルチューナ１１が出力するサンプルレート Fs+dr（Hz)のオーディオデータをサンプルレート Fs+ds（Hz)のオーディオデータにレート変換し、送信バッファ１３に格納する。

ここで、ＡＳＲＣ１２におけるレート変換とは、基本的には、図２に模式的に示したように、図中に丸で示したオリジナルのオーディオデータを補間して得られる音声波形wを、オリジナルのオーディオデータと異なるサンプルレートでサンプリングした、図中に三角で示したオーディオデータを生成するものである。

次に、放送受信ユニット１のイーサネットＡＶＢコントローラ１４は、送信バッファ１３にオーディオデータが格納されると、格納されたオーディオデータを音声処理ユニット２に送信する。また、放送受信ユニット１のイーサネットＡＶＢコントローラ１４は、125ms周期で、SYNCメッセージを音声処理ユニット２に送信する。

ここで、このSYNCメッセージの送信タイミングは、レート変換用クロック生成部１５にも送られ、レート変換用クロック生成部１５は、SYNCメッセージの送信タイミングに、生成するレート変換クロックを同期する。ただし、イーサネットＡＶＢコントローラ１４において、レート変換クロックに同期して、SYNCメッセージを送信するようにしてもよい。

次に、音声処理ユニット２のイーサネットＡＶＢコントローラ２１は、放送受信ユニット１から送信されたオーディオデータとSYNCメッセージを受信し、受信したオーディオデータを受信バッファ２２に格納する。そして、ＤＡＣ２３は、処理用クロック生成部２５が生成している周波数Fs+da（Hz)の出力クロックに同期して、受信バッファ２２からオーディオデータを読み出してアナログ変換し、増幅器２４を介して、音声処理ユニット２に接続されているスピーカ３に出力する。ここで、処理用クロック生成部２５は発振周波数Fsのクロックを生成するクロック生成器であり、daは、処理用クロック生成部２５において実際に生成される出力クロックの周波数の発振周波数Fsに対する誤差である。また、daの最大値は処理用クロック生成部２５の精度として予め求まる。

ここで、イーサネットＡＶＢコントローラ２１は、放送受信ユニット１から受信したSYNCメッセージを処理用クロック生成部２５にも送り、処理用クロック生成部２５は、SYNCメッセージに出力クロックを同期する。

さて、SYNCメッセージの周期125msまたは125msに所定のマージンを加えた時間をTSとして、音声処理ユニット２の処理用クロック生成部２５と放送受信ユニット１のレート変換用クロック生成部１５とは、その中心周波数、最大誤差（精度）が、処理用クロック生成部２５が生成する出力クロックの周波数Fs+da（Hz)とレート変換用クロック生成部１５が出力するレート変換クロックの周波数Fs+ds（Hz)との差da-dsにTSを乗じた値（da-ds）×TSが１未満となることが保証できるものを用いる。

このように、（da-ds）×TSが１未満となることが保証できる音声処理ユニット２の処理用クロック生成部２５と放送受信ユニット１のレート変換用クロック生成部１５を用いることにより、図３に示すように、SYNCメッセージの周期125msの間に処理用クロック生成部２５が生成するクロック数（ＤＡＣ２３が変換するオーディオデータの数）と、125msの間にデジタルチューナ１１が出力するオーディオデータの数が等しくない場合であっても、125msの間に処理用クロック生成部２５が生成するクロック数と、125msの間にＡＳＲＣ１２が出力するオーディオデータの数は等しくなる。

よって、125ms周期のSYNCメッセージを介して放送受信ユニット１のレート変換クロックと音声処理ユニット２の出力クロックの同期が完了するまでの125msの期間中に、ＤＡＣ２３が変換するオーディオデータが存在しなくなる事象は発生せず、出力音声の音切れの発生が抑止される。
以上、本発明の実施形態について説明した。

本実施形態によれば、デジタルチューナ１１で受信したオーディオデータをＡＳＲＣ１２で所定の周波数のサンプルレートに変換したオーディオデータを、以降のオーディオデータの処理において用いるので、ラジオ放送局や受信状況に応じて発生するデジタルラジオ放送のオーディオデータのサンプルレートの変動の影響を排除して、デジタルラジオ放送のオーディオデータのサンプルレートの大きな変動に起因する出力音声の音切れを抑制することができる。
また、上述のようにSYNCメッセージの周期125msまたは125msに所定のマージンを加えた時間をTSとして、処理用クロック生成部２５が生成する出力クロックの周波数Fs+da（Hz)とレート変換用クロック生成部１５が出力するレート変換クロックの周波数Fs+ds（Hz)との差da-dsにTSを乗じた値（da-ds）×TSを１未満とすることにより、出力音声の音切れを確実に抑止することができるようになる。

１…放送受信ユニット、２…音声処理ユニット、３…スピーカ、４…ネットワーク、４…ラジオ放送局、１１…デジタルチューナ、１２…ＡＳＲＣ、１３…送信バッファ、１４…イーサネットＡＶＢコントローラ、１５…レート変換用クロック生成部、２１…イーサネットＡＶＢコントローラ、２２…受信バッファ、２３…ＤＡＣ、２４…増幅器、２５…処理用クロック生成部。

Claims

デジタルラジオ放送の受信を行う放送受信ユニットと、当該放送受信ユニットとネットワークを介して接続された、前記放送受信ユニットが前記デジタルラジオ放送から受信した音声を処理する音声処理ユニットとを備えたオーディオシステムであって、
前記放送受信ユニットは、
デジタルラジオ放送を受信しオーディオデータを出力するデジタルチューナと、
所定周波数のレート変換用クロックを生成するレート変換用クロック生成部と、
前記デジタルチューナが出力するオーディオデータを、前記レート変換用クロック生成部が生成したレート変換用クロックの周波数に等しいサンプルレートのオーディオデータに変換するサンプルレート変換部と、
前記サンプルレート変換部が変換したオーディオデータを前記音声処理ユニットに前記ネットワークを介して送信すると共に、所定周期の同期信号を前記音声処理ユニットに前記ネットワークを介して送信する送信部とを有し、
前記音声処理ユニットは、
前記ネットワークを介して前記放送受信ユニットから前記オーディオデータと前記同期信号とを受信する受信部と、
前記所定周波数の処理用クロックを生成する処理用クロック生成部と、
前記受信部が受信した前記オーディオデータを、前記処理用クロック生成部が生成した前記処理用クロックに同期して処理する音声処理部とを備え、
前記放送受信ユニットの前記レート変換用クロック生成部が生成する前記レート変換用クロックは、前記送信部が送信する前記同期信号に対して同期しており、
前記音声処理ユニットの前記処理用クロック生成部は、前記受信部が受信した前記同期信号に対して前記処理用クロックを同期させ、
前記レート変換用クロック生成部が生成する前記レート変換用クロックの周波数の精度と、前記処理用クロック生成部が生成する前記処理用クロックの周波数の精度とを考慮した、前記処理用クロックの周波数から前記レート変換用クロックの周波数を減じた値の最大値に前記所定周期を乗じた値は１未満であり、
前記同期信号の所定周期は、前記レート変換用クロックの周期及び前記処理用クロックの周期よりも大きいことを特徴とするオーディオシステム。
請求項１記載のオーディオシステムであって、
前記音声処理部は、前記受信部が受信した前記オーディオデータを、前記処理用クロック生成部が生成した前記処理用クロックに同期してアナログ変換し、アナログ変換した音声を出力するデジタルアナログコンバータであることを特徴とするオーディオシステム。
請求項２記載のオーディオシステムであって、
前記音声処理ユニットに接続したスピーカを備え、
前記音声処理ユニットは、前記デジタルアナログコンバータがアナログ変換した音声を増幅し前記スピーカに出力するアンプを備えていることを特徴とするオーディオシステム。
請求項１、２または３記載のオーディオシステムであって、
当該オーディオシステムは、自動車に搭載されたオーディオシステムであり、
前記ネットワークは、ETHERNET AVB規格に従った車載のネットワークであることを特徴とするオーディオシステム。