(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報生成装置により第１の所定量毎にまとめた画像データに画像ヘッダを付加した画像パケットと、第２の所定量毎にまとめた音声データに音声ヘッダを付加した音声パケットとを生成し、周波数分割多重信号送信装置の要求により前記画像パケット及び音声パケットを前記周波数分割多重信号送信装置に送出し、送出すべきパケットが存在しない場合、規則性を持たないデータ若しくはランダムデータの第３の所定量にヌルヘッダを付加したヌルパケットを前記周波数分割多重信号送信装置へ送出し、
前記周波数分割多重信号送信装置は、入力されたパケットを所定の各周波数の搬送波における実数部、虚数部のデータとして割り当てて複素逆離散的フーリエ変換演算後に直交変調して直交周波数分割多重信号を生成して送信し、
周波数分割多重信号受信装置により前記直交周波数分割多重信号を受信し、複素離散的フーリエ変換演算後に直交復調して所定の各周波数の搬送波における実数部、虚数部のデータを得て、整列してから出力し、再生装置は前記周波数分割多重信号受信装置からの信号を受け、前記画像ヘッダを検出したときは以降の前記第１の所定量の入力データは前記画像データとして再生し、前記音声ヘッダを検出したときは以降の前記第２の所定量は前記音声データとして再生し、前記ヌルヘッダを検出したときは以降、前記画像ヘッダ又は音声ヘッダを検出するまで入力データを廃棄することを特徴とする周波数分割多重信号送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数分割多重信号送受信方法に係り、特に符号化されたディジタル映像信号などを限られた周波数帯域の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）信号に変換して送受信する周波数分割多重信号送受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
符号化されたディジタル映像信号などを限られた周波数帯域で伝送する方式の一つとして、２５６直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの多値変調されたディジタル情報を多数の搬送波を用いてＯＦＤＭ信号として伝送するＯＦＤＭ方式が、マルチパスに強い、妨害を受けにくい、周波数利用効率が比較的良いなど特長から従来より知られている。このＯＦＤＭ方式は多数の搬送波を直交して配置し、各々の搬送波で独立したディジタル情報を伝送する方式である。なお、「搬送波が直交している」とは、隣接する搬送波のスペクトラムが当該搬送波の周波数位置で零になることを意味する。
【０００３】
このＯＦＤＭ方式によれば、ガードバンド期間（ガードインターバル）を設定し、その期間の情報を重複して伝送するようにしているため、電波のマルチパスにより生ずる伝送歪みを軽減できる。すなわち、このＯＦＤＭ信号の受信は、シンボル期間内に伝送される信号の振幅、位相変調成分を検出し、これらのレベルにより情報の値を復号するものであるから、最初のガードインターバル期間の信号を除いて復号することにより、同一シンボル区間のマルチパス信号と、受信すべき信号の周波数成分は同一であるため、比較的狭い周波数帯域で、伝送歪みの少ない復号ディジタルデータを伝送できる。
【０００４】
一方、他の一般的な伝送システムにおいて、連続的な情報の伝送は、以下のものが知られている。伝送情報を生成する生成装置は、カメラ、ＶＴＲ等からの映像情報をディジタル化し、更に、ＭＰＥＧなどの標準技術によりデータ圧縮し、画像データと音声データをそれぞれ生成する。更に、画像データを所定量毎にまとめ、それに画像ヘッダを付加して画像パケットを構成し、音声データを所定量毎にまとめ、それに音声ヘッダを付加して音声パケットを構成し、それら画像パケットと音声パケットを送信装置に送出する。
【０００５】
その際、画像データ、音声データの生成量と送信装置の伝送レートを完全に一致させることは技術的に困難である。そこで、送出すべきパケットが存在しない場合、所定のデータを所定量まとめ、ヌルヘッダを付加し、ヌルパケットを構成して送出する。換言すると、従来は画像データ、音声データの生成量を送信装置の伝送レートより、やや少なめにしておき、この差を吸収するために、適宜ヌルデータを挿入するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のヌルパケットを生成して伝送レートを一致させる一般的な伝送システムにおいては、ヌルデータには特に意味がなく、どのような値でもよい。普通、”００”とか”ＦＦ”（１６進表記）の連続値がよく使用される。しかし、前記ＯＦＤＭ信号の伝送システムでは、このような値を使用すると、▲１▼平均電力の急激な変動、▲２▼ピーク電力の発生という２つの問題が発生する。
【０００７】
すなわち、画像データと音声データは、ほぼランダムデータと理解してよく、よって、ＯＦＤＭ波もランダム波形となり、各シンボル間における平均電力もほぼ一定である。そのため、ヌルデータの選び方によって、ヌルパケットを含むシンボルが、ヌルパケットを含まないシンボルに比べて、平均電力が急激に大きくなるか、又は急激に小さくなる。また、その値が一定期間連続する場合もある。これは受信機における緩やかなＡＧＣ（オートゲインコントロール）の設計を難しくする。
【０００８】
ＯＦＤＭ波は、その中に含まれる基準データをもとに、キャリブレーション動作を行い、受信データの補正をする。受信機のＡＧＣは、受信信号のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを補うために挿入されるが、キャリブレーション動作を保証するために、応答性を遅く設計する。平均電力の変動に対する応答は、対象外であるが、影響を受けてしまう場合も発生する。
【０００９】
また、ヌルデータに一定の規則性があると、ピーク値の発生を引き起こす。ピーク値の発生するシンボルが、ヌルパケットのみで構成されている場合は、ヌルデータに発生するエラーは装置性能に影響しないが、そのシンボルに含まれる基準データ等が、誤った値として取り込まれる可能性がある。ピーク値の発生するシンボルが、ヌルパケットと画像パケット又は音声パケットで構成されている場合は、更にデータのエラーが発生する可能性が大きくなる。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、平均電力の急激な変動を防止すると共に、ピーク電力の発生確率を他のパケットと同等に低く抑えてヌルデータを挿入した周波数分割多重信号を生成する周波数分割多重信号送受信方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は情報生成装置により第１の所定量毎にまとめた画像データに画像ヘッダを付加した画像パケットと、第２の所定量毎にまとめた音声データに音声ヘッダを付加した音声パケットとを生成し、周波数分割多重信号送信装置の要求により画像パケット及び音声パケットを周波数分割多重信号送信装置に送出し、送出すべきパケットが存在しない場合、規則性を持たないデータ若しくはランダムデータの第３の所定量にヌルヘッダを付加したヌルパケットを周波数分割多重信号送信装置へ送出し、
周波数分割多重信号送信装置は、入力されたパケットを所定の各周波数の搬送波における実数部、虚数部のデータとして割り当てて複素逆離散的フーリエ変換演算後に直交変調して直交周波数分割多重信号を生成して送信し、
周波数分割多重信号受信装置により直交周波数分割多重信号を受信し、複素離散的フーリエ変換演算後に直交復調して所定の各周波数の搬送波における実数部、虚数部のデータを得て、整列してから出力し、再生装置は周波数分割多重信号受信装置からの信号を受け、画像ヘッダを検出したときは以降の第１の所定量の入力データは画像データとして再生し、音声ヘッダを検出したときは以降の第２の所定量は音声データとして再生し、ヌルヘッダを検出したときは以降、画像ヘッダ又は音声ヘッダを検出するまで入力データを廃棄することを特徴とする。
【００１３】
このように、本発明方法では、ヌルデータとして規則性を持たないデータ若しくはランダムデータが用いられるため、平均電力の急激な変動が抑えられ、またピーク電力の発生確率が抑えられる。更にヌルデータの信号点配置を絶対値の１／２倍以下の信号点配置に設定することにより、更にピーク電力の発生確率を低く抑えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。まず、本発明の周波数分割多重信号送受信方法であるＯＦＤＭ信号の送受信システムの概要について図４のブロック図と共に説明する。
【００１５】
図４において、カメラ、ＶＴＲ等の映像ソース１から得られた映像情報（画像、音声）は、情報生成装置２に入力されて例えばカラー動画像符号化方式であるＭＰＥＧ方式などの符号化方式で圧縮されて画像データと音声データとされる。更に情報生成装置２は、画像データを２ｋバイト毎にまとめ、画像データのパケットであることを知らせるパケットヘッダ（画像ヘッダ）を先頭に付加して画像パケットを構成すると共に、音声データを１ｋバイト毎にまとめ、音声データのパケットであることを知らせるパケットヘッダ（音声ヘッダ）を先頭に付加して音声パケットを構成する。
【００１６】
ここで、情報生成装置２における伝送情報の生成量は、伝送レートよりやや少なめに設定してあるので、送出すべき画像パケット、あるいは音声パケットが待機していない場合がある。この場合は、規則性を持たないデータ、あるいはランダムデータを所定バイト用意しておき、これにヌルデータのパケットであることを知らせるパケットヘッダ（ヌルヘッダ）を先頭に付加し、ヌルパケットを構成し、上記の画像パケット及び音声パケットと同様に、ＯＦＤＭ送信装置３の要求により、ＯＦＤＭ送信装置３へ送出する。この情報生成装置２における上記のヌルパケットの挿入方法が本発明の周波数分割多重信号の生成方法に関し、この各実施の形態については後述する。
【００１７】
上記の画像パケット、音声パケット及びヌルパケットは、ＯＦＤＭ送信装置３内の演算部で逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）演算されて同相信号（Ｉ信号）及び直交信号（Ｑ信号）に変換される。ここでは、２５６本の搬送波で伝送情報をＯＦＤＭ信号として送信する。また、後段のアナログ信号系の設計を容易にするために、２倍オーバーサンプリングを使用し、上記の演算部は５１２ポイントの逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）演算を実行し、ＯＦＤＭ信号を発生させるものとする。
【００１８】
このときの演算部の入力端子数は実数部（Ｒ）信号用と虚数部（Ｉ）信号用とにそれぞれ５１２ずつあり、そのうち１番目（ｎ＝１）から１２７番目（ｎ＝１２７）までの計１２７個ずつと、３８５番目（ｎ＝３８５）から５１１番目（ｎ＝５１１）の計１２７個ずつの入力端子に情報信号が入力され、また、０番目（ｎ＝０）の入力端子には直流電圧（一定）が入力されて伝送する搬送波の中心周波数で伝送され、１２８番目と３８４番目の入力端子には例えば、パイロット信号のための固定電圧が入力され、ナイキスト周波数の１／２倍の周波数と等価な両端の周波数の搬送波で伝送される。
【００１９】
ここで、１番目から１２８番目までの計１２８個の入力端子の入力情報は中心搬送波周波数Ｆ０（第０キャリア）の上側（高域側）の情報伝送用搬送波（第＋１〜第＋１２８キャリア）で伝送され、３８４番目から５１１番目までの計１２８個の入力端子の入力情報は中心搬送波周波数Ｆ０の下側（低域側）の情報伝送用搬送波（第−１２８〜第−１キャリア）で伝送される。また、残りの１２９番目から３８３番目の入力端子には０が入力され（グランド電位とされ）、その部分の搬送波（すなわち、第±１２９〜第±２５６キャリア）が発生しないようにされる（データ伝送には用いない）。
【００２０】
情報伝送用搬送波のうち２１６本を情報データ伝送用に割り当て、３２本をエラー訂正用（ＥＣＣ）に割り当て、シンボル期間を約２．６５ｍｓとして、伝送レートをＥＣＣ付きのときは約７４８ｋｂｐｓ（≒２４８×８ビット／２．６５ｍｓ）とし、ＥＣＣ無しのときは約６５２ｋｂｐｓ（≒２１６×８ビット／２．６５ｍｓ）とする。
【００２１】
画像のビットレートを約６１８ｋｂｐｓ、音声のビットレートを約３２ｋｂｐｓとし、合わせて約６５０ｋｂｐｓで生成されるデータを伝送する。これらのことから概ね２ｋｂｐｓ（＝６５２−６５０）ぐらいの調整用データを適宜挿入する。
【００２２】
上記のＯＦＤＭ送信装置３内の演算部により上記の如くに、所定の各周波数における実数部、虚数部それぞれに４ビットで割り当てて複素ＩＤＦＴ演算されて得られたデータは、直交変調装置で直交変調されて２５６ＱＡＭ変調を使用したＯＦＤＭ波を生成して電波発射する。
【００２３】
ＯＦＤＭ受信装置４はＯＦＤＭ波を受信して複素ＤＦＴ演算した後、２５６ＱＡＭ復調を行って所定の各周波数における実数部、虚数部それぞれの４ビットを得て、整列してから伝送情報を再生する再生装置５へ出力する。再生装置５は入力信号から画像ヘッダを検出した時にはそれ以降の２ｋバイトを画像データとして再生し、音声ヘッダを検出した時にはそれ以降の１ｋバイトを音声データとして再生し、ヌルヘッダを検出した時には、それ以降の入力データから画像ヘッダ又は音声ヘッダを検出するまではヌルデータとして廃棄する。言うまでもなく、画像データ及び音声データが圧縮されている場合は、再生装置５で伸長される。再生装置５の出力は映像表示装置６により表示される。
【００２４】
なお、ヌルデータの量は一定量である必要はなく、次の画像ヘッダ、あるいは音声ヘッダを検出するまで。ヌルデータだと判断してもよいし、また、ヌルデータは以前送出した、あるいはこれから送出する画像データや音声データを利用してもよい。
【００２５】
次に、本発明の各実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の動作説明用フローチャートを示す。同図において、前記情報生成装置２は、所定量の画像データが入力されたかどうか判定し（ステップ１１）、入力されていれば画像データの先頭に画像ヘッダを付加して画像パケット化して内部のバッファに格納する（ステップ１２）。所定量の画像データが入力されていなければ所定量の音声データが入力されたかどうか判定し（ステップ１３）、入力されていれば音声データの先頭に音声ヘッダを付加して音声パケット化して内部のバッファに格納する（ステップ１２）。
【００２６】
音声データも所定量入力されていなければ、次にバッファの格納量が所定量以下になったかどうか監視し（ステップ１５）、所定量以下になっていなければ再びステップ１１に戻って画像データが所定量入力されたかどうか判定し、バッファの格納量が所定量以下になったと判定した時にはヌルパケットを上記バッファに格納してステップ１１に戻る。ここで、上記のヌルパケットは前記した規則性を持たないデータ、あるいはランダムデータを所定バイト用意しておき、これにヌルヘッダを先頭に付加した構成である。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、図１と同様にして画像データも音声データも所定量入力されておらず、かつ、バッファの格納量が所定量以下の時にバッファにヌルパケットを格納するのであるが、このヌルパケットの構成が第１の実施の形態と異なる。
【００２８】
すなわち、図５に示したＯＦＤＭ送信装置３は各情報搬送波が２５６ＱＡＭ変調されたＯＦＤＭを無線送信するが、この２５６ＱＡＭ変調と信号点配置の関係は周知のように図２に示される。ある情報搬送波周波数に割り当てられた４ビットデータａ、ｂはＰ点の信号点配置をとり、ベクトルとしては大きさ（振幅）Ａで、位相θで、所定量回転する波形となる。
【００２９】
この図２で、ヌルデータとして点線枠内の信号点配置の中からランダムに選ぶようにする。ランダムであれば、各周波数の位相の一致が避けられ、これにより多数の搬送波が周波数分割多重されているＯＦＤＭ波の所定値以上のピーク値の発生が抑えられ、またヌルデータの振幅が４ビットデータよりも多少少なめに設定されるので、更に上記の所定値以上のピーク値の発生の確率を更に低くし、平均電力の変化も少量で済む。この図２の信号点配置を選ぶということは、通常４ビットのところ３ビットで選択することを示している。
【００３０】
なお、他の例として、特に３ビットと限定する必要はなく、図２の点線枠を更に広げた範囲内で選択することも可能である。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図３のフローチャートと共に説明する。画像データ、音声データはほぼランダムデータと理解してよいが、それぞれの圧縮方法、あるいは特に音声の圧縮なしなどの状態が考えられ、それぞれのランダム性には特徴がある場合がある。
【００３２】
上記の第１及び第２の実施の形態では、特に断っていないが、画像パケット、音声パケット、ヌルパケットは、直列に情報生成装置２からＯＦＤＭ送信装置３に送出されると想定した。ここでは、画像パケット、音声パケットが並列に送出される場合を考える。ＯＦＤＭ送信装置３において、予め画像用、音声用の周波数を定めておき、これらの各周波数にそれぞれのデータを割り当てると、各シンボル間における平均電力は更に安定する。そして、ヌルデータは、画像データ、音声データにそれぞれ適宜挿入される。
【００３３】
すなわち、図３において、前記情報生成装置２は、所定量の画像データが入力されたかどうか判定し（ステップ２１）、入力されていれば所定量の音声データが入力されたかどうか判定し（ステップ２２）、所定量の音声データも入力されていればそれらをパケット化して情報生成装置２内のバッファに格納する（ステップ２３）。従って、このときにはヌルデータはバッファには格納しない。
【００３４】
一方、所定量の画像データが入力されているが、音声データは所定量入力されていないときには、バッファ内のデータ量が所定量以下かどうか判定し（ステップ２４）、所定量以下のときには音声データにヌルデータを足してパケット化しバッファ内に格納し（ステップ２５）、所定量以下でないときには再びステップ２１に戻って画像データが所定量入力されたかどうか判定する。
【００３５】
また、ステップ２１で所定量の画像データが入力されていないと判定されたときは、音声データが所定量入力されたかどうか判定し（ステップ２６）、所定量入力されているときにはバッファ内の格納データが所定量以下かどうか判定し（ステップ２７）、所定量以下のときには画像データにヌルデータを足してパケット化しバッファ内に格納し（ステップ２８）、所定量以下でないときには再びステップ２１に戻って画像データが所定量入力されたかどうか判定する。
【００３６】
また、画像データ及び音声データがそれぞれ共に所定量入力されていないと判定されたときは（ステップ２１、２６）、バッファ内のデータ量が所定量以下かどうか判定し（ステップ２９）、所定量以下のときには画像データ及び音声データそれぞれにヌルデータを足してパケット化しバッファ内に格納し（ステップ２５）、所定量以下でないときには再びステップ２１に戻って画像データが所定量入力されたかどうか判定する。
【００３７】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は、図１と同様にして画像データも音声データも所定量入力されておらず、かつ、バッファの格納量が所定量以下の時にバッファにヌルパケットを格納するのであるが、このヌルパケットの内容が第１及び第２の実施の形態と異なる。
【００３８】
ヌルデータは、送出される時期が保証されないデータである。しかし、いつかは伝送される。よって、時間的に制約のない種類のデータを伝送することができる。ヌルデータは、伝送レートが短期間では保証されないが、長期的にはある程度保証されている。よって、不確定ではあるが、ある程度の伝送レートを確保すればよいような種類のデータを伝送することができる。従って、そのような種類のデータをヌルデータの代わりに伝送する。当然、このヌルデータの代わりに伝送するデータは、画像データ、音声データと同様に、ほぼランダムデータと理解してよい。このデータとしては例えば、発信日時、発信場所、発信者コードの情報などを繰り返し伝送することが考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヌルデータとして規則性を持たないデータ若しくはランダムデータを用いることにより、平均電力の急激な変動が抑えられ、またピーク電力の発生確率が抑えられるため、受信機における緩やかなＡＧＣ設計を容易にでき、また、ヌルデータに基準データ等が同じシンボルに含まれていても基準データ等が誤った値として取り込まれることを防止できる。また、本発明によれば、ヌルデータの信号点配置を絶対値の１／２倍以下の信号点配置に設定することにより、平均電力は多少小さくなるが更にピーク電力の発生確率を低く抑えられるため、受信機のＡＧＣの設計をより容易にし、直交周波数分割多重信号の送受信の信頼性をより向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の第１、第２及び第４の実施の形態の動作説明用フローチャートである。
【図２】本発明の方法の第２の実施の形態を説明する信号点配置図である。
【図３】本発明方法の第３の実施の形態の動作説明用フローチャートである。
【図４】本発明送受信方法の一実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
２  情報生成装置
３  ＯＦＤＭ送信装置
４  ＯＦＤＭ受信装置
５  再生装置
１１〜１６、２１〜３０  処理ステップ
【図１】
0003582187.tif 000002
【図２】
0003582187.tif 000003
【図３】
0003582187.tif 000004
【図４】
0003582187.tif 000005