(57)【要約】【課題】マルチパスの評価処理を短時間で終えることのできるマルチパス評価装置を提供する。【解決手段】音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置であって、音声信号の評価対象期間に設定された複数の区間のそれぞれについて、信号強度と複数の閾値のそれぞれとの比較結果を取得する区間処理部と、複数の閾値と、区間処理部が全ての区間について取得した比較結果との関係を示す統計量を算出し、統計量に基づいて信号強度についてマルチパスが発生したことを示すか否かの判定閾値となる閾値を特定し、特定した判定閾値となる閾値を用いた場合のマルチパスノイズの評価値を統計量に基づいて取得する評価部とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置であって、
前記音声信号の評価対象期間に設定された複数の区間のそれぞれについて、信号強度と複数の閾値のそれぞれとの比較結果を取得する区間処理部と、
前記複数の閾値と、前記区間処理部が全ての前記区間について取得した前記比較結果との関係を示す統計量を算出し、前記統計量に基づいて前記信号強度についてマルチパスが発生したことを示すか否かの判定閾値となる閾値を特定し、特定した前記判定閾値となる閾値を用いた場合のマルチパスノイズの評価値を前記統計量に基づいて取得する評価部とを備えていることを特徴とするマルチパス評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空間を伝播したラジオの電波などの信号（Ｒ／Ｆ信号）を検波することにより得られた音声信号（オーディオ信号）を用いて、Ｒ／Ｆ信号の伝播時に発生するマルチパスを検出する技術が知られている。例えば特許文献１には、車載用ラジオ受信機などに用いられる受信機が記載されている。この受信機では、音声信号または受信信号レベルの少なくともいずれか一方に基づいてマルチパスの発生を検知している。また、特許文献２には、マルチパスノイズの検出を確実化するために、所定パルス幅の制御信号を積分することによりマルチパスを検出する積分回路を具備する受信機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７９１０９号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６４６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ラジオ受信機のマルチパス発生時の受信性能を評価する方法として、評価対象の音声信号の全期間に亘る信号強度情報を用いて、音声信号中にマルチパス発生時の信号強度が含まれているか否かを調べることなどが行われる。マルチパス評価処理を短時間で終了させることが望まれる。
【０００５】
本発明は、マルチパスの評価処理を短時間で終えることのできるマルチパス評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、マルチパスを評価するためのマルチパス評価装置であって、音声信号に含まれるマルチパスノイズを評価するためのマルチパス評価装置であって、前記音声信号の評価対象期間に設定された複数の区間のそれぞれについて、信号強度と複数の閾値のそれぞれとの比較結果を取得する区間処理部と、前記複数の閾値と、前記区間処理部が全ての前記区間について取得した前記比較結果との関係を示す統計量を算出し、前記統計量に基づいて前記信号強度についてマルチパスが発生したことを示すか否かの判定閾値となる閾値を特定し、特定した前記判定閾値となる閾値を用いた場合のマルチパスノイズの評価値を前記統計量に基づいて取得する評価部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マルチパスの評価処理を短時間で終えることのできるマルチパス評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るマルチパス評価装置を含むラジオ評価系の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係るマルチパス評価処理における信号強度を説明する図であり、（ａ）はマルチパス評価対象の原信号波形および分析区間を示す図、（ｂ）は各分析区間を構成するフレームを説明する図
【図３】本発明の実施形態に係るマルチパス評価結果を説明する図であり、（ａ）は最終的な閾値の特定方法を説明する図、（ｂ）は最終的に特定された閾値を用いて評価した評価対象機器のマルチパス性能を説明する図
【図４】本発明の実施形態に係るラジオ評価系によるマルチパス評価処理の手順を説明するフローチャート
【図５】本発明の実施形態に係るラジオ評価系による他のマルチパス評価処理の手順を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について図面を用いて説明すれば以下の通りである。
【００１０】
［１．ラジオ評価系について］
まず、本実施の形態に係るマルチパス評価装置２０を用いたラジオ評価系１０について説明する。ラジオ評価系１０は、図１に示すように、音声信号によって変調された高周波信号を出力する高周波信号発生器１１と、高周波信号発生器１１からの高周波信号を受信して音声信号を検波するラジオ１２と、ラジオ１２によって検波された音声信号に対してマルチパスの評価を行うマルチパス評価装置２０とを備えている。ラジオ１２は、例えば、車両に搭載される車載ラジオである。
【００１１】
［２．マルチパス評価装置について］
続いて、マルチパス評価装置２０について説明する。
【００１２】
マルチパス評価装置２０は、ラジオ１２によって検波された音声信号（入力信号）を用いて、受信された電波の評価対象期間において、電波の伝播時におけるマルチパス期間を特定してラジオ１２のマルチパス性能の評価指数を算出する。ラジオ１２による電波の受信にあたって、例えばまずフィールドでＲ／Ｆ信号記録装置により電波をＲ／Ｆ信号のまま捕捉および記録しておく。次いで、任意の場所でＲ／Ｆ信号記録装置を高周波信号発生器１１として、記録されたＲ／Ｆ信号を再生してラジオ１２に入力することによりラジオ１２による当該電波の受信を模擬する。そして、ラジオ１２を含む車載オーディオシステムで再生出力された音声信号に対し、マルチパス評価装置２０によって評価処理を行う。
【００１３】
また例えば、ラジオ局を高周波信号発生器１１としてラジオ１２により受信および検波された音声信号を車載オーディオシステムにより再生してマルチパス評価装置２０に供給するようにすることもできる。この場合に、マルチパス評価装置２０をラジオ１２とともに車両に搭載し、フィールドでリアルタイムにマルチパス評価処理を行ってもよい。
【００１４】
そして、マルチパス評価装置２０は、音声信号のパワースペクトルから音声信号の強度情報を取得し、評価対象期間におけるマルチパスの発生度合いを示す評価指標を算出する。ここでは、マルチパスの発生度合いを示す評価指標の一例として、評価対象期間に占めるマルチパス期間の長さの割合を示すマルチパス率を算出する。
【００１５】
マルチパス評価装置２０は、図１に示すように、収音部２１、周波数解析部２２、区間処理部２３、および、評価部２４を備えている。
【００１６】
収音部２１は、ラジオ１２から出力された音声信号（時系列のデジタル信号）を記録する。周波数解析部２２は、収音部２１に記録された音声信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数解析を行う。図２（ａ）に、各周波数成分の信号強度について得られる時間変化の一例を示す。周波数解析部２２は、収音部２１に記録された音声信号の評価対象期間にそれぞれが長さ１Ｅを有する複数の分析期間を設定し、各分析区間の音声信号に対して周波数解析を行う。長さ１Ｅは例えば１０秒程度に設定される。分析区間を、例ｐ１に示すように、前後の分析区間どうしが例えば半サイクル期間といった重なり期間を有するように設定することができる。また、分析区間は、例ｑ１に示すように、前後の分析区間どうしがあるタイミングを境に分かれるように設定することができる。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、さらに各分析区間には、それぞれが長さ１Ｆを有する複数のフレームが設定される。周波数解析部２２は、各フレームについて、音声信号の強さの周波数特性を表すパワースペクトルを出力する。長さ１Ｆは例えば０．１秒程度に設定される。フレームを、例ｐ２に示すように、前後のフレームどうしが例えば半サイクル期間といった重なり期間を有するように設定することができる。また、フレームを、例ｑ２に示すように、前後のフレームどうしがあるタイミングを境に分かれるように設定することができる。フレームの信号強度を、そのフレームを代表する信号強度（例えば、フレーム期間（長さ１Ｆ）に亘る信号の積分強度や平均強度、２分の１フレーム期間経過点の信号強度、１フレームの信号強度の中央値、１フレームの信号強度の最大値または最小値等）と定めることができる。長さ１Ｆが、その間の信号強度が一定とみなせる程度に短い期間であれば、当該一定の信号強度がフレームを代表する信号強度である。また、フレームの信号強度の決定にあたって、特定の周波数におけるパワースペクトルのみを用いて上述のフレームを代表する信号強度を算出してもよいし、所定の周波数範囲のパワースペクトルの強度和をとる等して、各周波数成分の寄与を合わせた信号強度を用いて上述のフレームを代表する信号強度を算出してもよい。
【００１８】
区間処理部２３は、周波数解析部２２により得られた各フレームのパワースペクトルから各フレームの信号強度を算出する。そして、区間処理部２３は、各分析区間について、各フレームの信号強度を閾値と比較する。当該複数の閾値は、フレームの信号強度がマルチパスが発生したことを示すか否かを判定するため閾値である。区間処理部２３は、当該閾値を用いた比較処理により、各フレームについてマルチパスが発生したか否かを判定する。これにより、区間処理部２３は、各分析区間においてマルチパスが発生したフレーム（以後、「マルチパスフレーム」と称する）を特定する。こうしてマルチパスフレームを特定すると、区間処理部２３は、分析区間に占めるマルチパスフレームの合計期間の割合であるマルチパス率を算出する。つまり、区間処理部２３は、分析区間毎に閾値との比較結果であるマルチパス率を取得する。
【００１９】
ここで、図２（ｂ）に示す例ｐ２のような他フレームとの重なり期間を有するフレームについては、長さ１Ｆをフレーム数分だけ合計した長さが分析区間の長さ１Ｅと整合しない。そこで、フレームの信号強度が１つに決定されることから、信号強度が求まった各フレームを例ｑ２のような時系列的に順次の期間を有するように設定し直してから、分析区間に占めるマルチパスフレームの合計期間の割合を算出する。フレームの長さ１Ｆが各フレームに共通であれば、当該合計期間の割合は、分析期間中に含まれるフレーム数に占めるマルチパスフレーム数の割合で置き換えられる。
【００２０】
評価部２４は、区間処理部２３が分析区間毎に特定したマルチパスフレームの情報を用いて、評価対象期間の全体に亘る統計処理を行う。統計処理により、例えば分析区間毎のマルチパス率がどのような度数で分布しているかといった情報を取得することができる。また、評価部２４は、例えば評価対象期間に占めるマルチパスフレームの合計期間の割合を算出することにより、評価対象期間のマルチパス率を算出する。ユーザは、得られたマルチパス率を基に、ラジオ１２についてのラジオ受信性能であるマルチパス性能を評価することができる。
【００２１】
ここで、図２（ａ）に示す例ｐ１のような他の分析区間との重なり期間を有する分析区間については、長さ１Ｅを分析区間数分だけ合計した長さが評価対象期間の長さと整合しない。そこで、マルチパス区間であるか否かが特定された分析区間を例ｑ１のような時系列的に順次の期間を有するように設定し直すとともに、設定し直した分析区間の長さに整合するようフレームの長さを設定し直してから、評価対象期間に占めるマルチパスフレームの合計期間の割合を算出する。フレームの長さ１Ｆが各フレームに共通であれば、当該合計期間の割合は、評価対象期間中に含まれるフレーム数に占めるマルチパスフレーム数の割合で置き換えられる。
【００２２】
上述の構成のマルチパス評価装置２０においては、区間処理部２３が分析区間毎の信号強度情報から分析区間毎のマルチパスの発生度合いの情報を取得する。従って、評価部２４がこれらのマルチパスの発生度合いを集計することにより最終的に求めたいマルチパスの発生度合いを取得する際には、評価対象期間の全期間の信号強度情報を得てからマルチパス区間を特定してマルチパスの発生度合いを算出する場合と比較して、計算時間が相当に短縮される。従って、マルチパスの評価処理を短時間で終えることが可能となる。
【００２３】
ここで、区間処理部２３がマルチパスフレームを特定するために用いる閾値を、例えば、各分析区間に共通に定めた一定値や分析区間ごとに信号強度を考慮しながら定める１つの値とすることができる。しかしこの場合に、評価対象の受信音声信号の全期間についての強度変化を加味せずに閾値を定めることになる。各分析区間に共通に定めた閾値は、評価対象期間の全体を通して信号強度が大きく変動する場合や、ダイナミックレンジの異なる複数種類の音声信号を評価する場合などには、常に適切な判定基準になるとは限らない。また、分析区間の信号強度の最大値と最小値との差が小さい場合などは、これらの信号強度に対して閾値を相対的なレベルに定めても信号強度範囲内に有意なレベル差を見出せるような精度を得ることが困難となる。従って、このような１つの閾値を設定する方法では、マルチパスの発生有無を適切に判定できる十分な信頼性を確保することは必ずしも容易でない。
【００２４】
そこで、区間処理部２３が、各分析区間について、各フレームの信号強度を複数の閾値のそれぞれと比較するように構成することができる。当該複数の閾値は、フレームの信号強度がマルチパスの発生したことを示すか否かを判定するための仮の閾値である。図２（ｂ）には、５通りの閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５（Ｔｈ１＞Ｔｈ２＞Ｔｈ３＞Ｔｈ４＞Ｔｈ５）が設定されている例が示されている。これらの閾値は各分析区間に共通に定められる。各閾値のレベルは任意に設定できる。区間処理部２３は、各分析区間のフレーム毎に、各閾値に対する信号強度との比較結果から、閾値毎に当該フレームがマルチパスフレームであるか否かの仮の判定を行う。各分析区間の全フレームについての信号強度と複数の閾値のそれぞれとの比較結果は、各分析区間の閾値毎に算出した暫定的なマルチパス率を示している。
【００２５】
仮の閾値を用いてマルチパスフレームの仮の特定を行った結果は、評価部２４により集計される。評価部２４は、図３（ａ）に示すように、用いた閾値毎に、全ての分析期間に亘って暫定的なマルチパス率がどのような頻度で分布しているかの関係を示す統計量を算出する。図３（ａ）において、分布３１内のプロットは頻度の情報を有している。評価部２４は分布３１の中心（セントロイド）Ａを求め、中心Ａに対応する閾値Ｔｈ０を、マルチパス率を算出するための判定閾値となる閾値であると特定する。すなわち、閾値Ｔｈ０は、マルチパス評価に最終的に採用する閾値（以後、「最終閾値Ｔｈ０」と称する）である。特定した最終閾値Ｔｈ０は、仮に定めた前記複数の閾値の中から選択する必要はなく、それらの間にある値であってもよい。
【００２６】
最終閾値Ｔｈ０に対応して前記統計量に基づいて取得されるマルチパス率は、最終閾値Ｔｈ０を用いてフレームの信号強度と比較からマルチパスフレームの特定を行ったとした場合に得られることになるマルチパス率である。当該マルチパス率は、既に取得された統計量に基づいて取得されるので、フレームの信号強度と比較からマルチパスフレームの特定を行う処理がもはや不要である分、計算量が軽減される。当該マルチパス率は、マルチパス評価値としてマルチパス評価に用いられる。例えば図示した正規分布状曲線３２は、閾値Ｔｈ０に対するマルチパス率の分布を示している。最終閾値Ｔｈ０が前記複数の閾値の中から選択された場合には、既に取得した暫定的なマルチパス率の統計量を利用することができる。最終閾値Ｔｈ０が前記複数の閾値の間にある値として求められた場合には、既に取得した暫定的なマルチパス率の統計量の補間演算によって、最終的に評価に採用するマルチパス評価値としてのマルチパス率の分布を得ることができる。
【００２７】
このようにして得られた最終的に評価に採用するマルチパス評価値は、評価したラジオ１２がマルチパスの影響をどの程度に受けた受信結果となったかを評価するのに利用される。図３（ｂ）に、ラジオ１２として評価したラジオ受信機Ｇとラジオ受信機Ｈとが、同じ受信信号源に対してそれぞれどのようなマルチパス率の分布を示したかという評価結果の一例を示す。このようにして、異なるラジオ１２のマルチパス性能を比較することができる。
【００２８】
［３．マルチパス評価方法について］
続いて、図４のフローチャートを参照して、ラジオ評価系１０を用いたマルチパス評価方法について説明する。以下のフローにおいて、ステップＳ４０２〜Ｓ４１２がマルチパス評価装置２０の行う処理である。当該処理は、マルチパス評価装置２０が備えるプロセッサがメモリに記憶したプログラムを読み出して実行することにより行われる。この他に、専用ＬＳＩ等によるハードウェア動作によっても当該処理を実現することが可能である。
【００２９】
まず、ステップＳ４０１で、高周波信号発生器１１が発生した高周波信号（音声信号によって変調された高周波信号）を、ラジオ１２が受信して音声信号を検波する。次に、ステップＳ４０２で、マルチパス評価装置２０の収音部２１が、ラジオ１２を含む車載オーディオシステムにより再生出力された音声信号を所定の期間に亘って収音し記録する。
【００３０】
ステップＳ４０３では、マルチパス評価装置２０の周波数解析部２２が、収音部２１に記録された音声信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数解析を行う。周波数解析部２２は、収音部２１に記録された音声信号の評価対象期間に対して複数の分析区間およびフレームを設定する。そして、各フレームの音声信号に対して周波数解析を行う。周波数解析により、各フレームについて、音声信号の強さの周波数特性を表すパワースペクトルが得られる。
【００３１】
続くステップＳ４０４〜Ｓ４０９は、分析区間順に、各分析区間の暫定的なマルチパス率を複数の閾値のそれぞれについて算出する処理である。まず、ステップＳ４０４で分析区間番号ｊを１に設定する。続くステップＳ４０５で分析区間番号ｊが最大（ＭＡＸ）であるか否かを判定し、最大とならない限りはステップＳ４０６へ進む。ステップＳ４０５で分析区間番号ｊが最大であれば、ステップＳ４１０へ進んで後述の処理を行う。
【００３２】
ステップＳ４０６では、区間処理部２３が、周波数解析により得たパワースペクトルから各フレームの信号強度を算出する。次のステップＳ４０７では、各フレームの信号強度を複数の閾値のそれぞれと比較する。各閾値について、当該閾値を超えるフレームについてはマルチパスフレームであると特定する。そして、続くステップＳ４０８において、区間処理部２３は、閾値毎に、当該分析区間に占めるマルチパスフレームの合計期間を算出して当該分析区間の暫定的なマルチパス率を算出する。次のステップＳ４０９で分析区間番号を１つ増加させてステップＳ４０５へ戻る。
【００３３】
ステップＳ４１０では、評価部２４が、区間処理部２３により分析区間毎に算出された暫定的なマルチパス率の情報を用いて、評価対象期間の全体に亘る前記統計量を取得する処理を行う。そして、ステップＳ４１１において、評価部２４は、得られた統計量を基に最終閾値Ｔｈ０を特定する。ステップＳ４１２では、評価部２４は、図３（ａ）に示される正規分布状曲線３２といった、最終閾値Ｔｈ０に対応するマルチパス率の分布などを表現することにより、最終的に評価に採用するマルチパス評価値を表現する。これにより、本フローは終了する。
【００３４】
最後に、図５に、各分析期間で１つの閾値を用いる場合のマルチパス評価手順を説明するフローチャートを示す。図５において、ステップＳ５０１〜Ｓ５０６、Ｓ５０９は順に図４のステップＳ４０１〜Ｓ４０６、Ｓ４０９と同様の処理であるので説明を省略する。
【００３５】
図４のステップＳ４０７を置き換えたステップＳ５０７において、区間処理部２３は、フレームの信号強度を設定した１つの閾値と比較する。図４のステップＳ４０８を置き換えたステップＳ５０８では、区間処理部２３は、分析区間の中でマルチパスフレームと特定したフレームの合計期間を算出して、当該分析区間のマルチパス率を算出する。ステップＳ５０５に続くステップＳ５１０では、区間処理部２３が算出した各分析区間のマルチパス率を統計処理する。次いでステップＳ５１１において、評価に用いるマルチパス評価値としてのマルチパス率を表現する。これにより、本フローが終了する。
【００３６】
以上のように、本実施形態では、音声信号の評価対象期間に設定された複数の区間（分析区間）のそれぞれについて、マルチパスの発生度合いという信号強度と閾値との比較結果を取得する。従って、評価対象期間の信号強度を調べ終わると即座に評価対象期間の全体に亘るマルチパス率の評価を行うことができる。以上により、マルチパスの評価処理を短時間で終えることのできるマルチパス評価装置を提供することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、区間毎に比較結果を取得するにあたり、信号強度と複数の閾値のそれぞれとの比較結果を取得する構成を取ることができる。比較結果は、例えば暫定的なマルチパスの発生度合いを示す。この場合に、複数の閾値と、全ての区間について取得した比較結果との関係を示す統計量を算出する。当該統計量に基づいて、信号強度についてマルチパスが発生したことを示すか否かの判定閾値となる閾値である最終閾値を特定する。特定した判定閾値となる閾値を用いた場合のマルチパスノイズの評価値を当該統計量に基づいて取得する。これにより、マルチパスの発生有無を適切に判定できる十分な信頼性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、車載ラジオ受信機を含むラジオ受信機一般を評価する装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０              ラジオ評価系
１１              高周波信号発生器
１２              ラジオ
２０              マルチパス評価装置
２１              収音部
２２              周波数解析部
２３              区間処理部
２４              評価部
３１              分布
３２              正規状分布曲線
Ａ                中心
１Ｅ、１Ｆ        長さ
Ｇ、Ｈ            ラジオ受信機
ｐ１、ｐ２、ｑ１、ｑ２            例
Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４、Ｔｈ５            閾値
Ｔｈ０            閾値（最終閾値）
【図１】
2015119411.tif 000003
【図２】
2015119411.tif 000004
【図３】
2015119411.tif 000005
【図４】
2015119411.tif 000006
【図５】
2015119411.tif 000007