(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線放送受信機における音声サービス切替方法であって、
セットされている音声サービスを該音声サービスと同じ音声内容をもつ音声サービスに、音声サービスの求められた信号パラメータに依存して切り替え、該音声サービスはディジタルおよび／またはアナログで伝送されるものにおいて、
伝送されている各音声サービス間の時間のずれを求め、
ある音声サービスから別の音声サービスへの切り替えにあたり、伝送されている２つの音声サービス間の前記時間のずれに応じて、非同期サンプリングレートコンバータにより遅延を実行することを特徴とする、
音声サービス切替方法。
【請求項２】
伝送されている各音声サービス中の音声休止の比較により時間のずれを求める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
伝送されている各音声サービスにおいて平均短時間電力を求めてそれらを比較することにより時間のずれを求める、請求項１記載の方法。
【請求項４】
時間的に先行する音声サービスの信号を切り替えのためにバッファリングする、請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
短時間電力から伝送されている各音声サービス間の音量係数を求めて、切り替えにあたり音量を整合させる、請求項１、３または４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
切り替えにあたりまずはじめにモノラルに切り替えられ、切り替え後にゆっくりとステレオにセットされる、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の方法を実施するための無線放送受信機において、
時間のずれを求める手段（５）と、先行する信号をバッファリングするメモリ（２６）と、伝送される音声サービスを受信する手段（１，２，３，４）と、音声信号を再生する手段（６，７）が設けられており、
時間のずれに応じて遅延を生じさせる非同期サンプリングレートコンバータ（２４）が設けられていることを特徴とする無線放送受信機。
【請求項８】
モノラルからステレオに切り替えるための第１の適応フィルタが設けられている、請求項７記載の無線放送受信機。
【請求項９】
音声サービスの帯域幅の差を整合させるための第２の適応フィルタが設けられている、請求項７または８記載の無線放送受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線放送受信機における音声サービス切替方法および該方法を実施するための無線放送受信機に関する。この場合、セットされている音声サービスを該音声サービスと同じ音声内容をもつ音声サービスに、音声サービスの求められた信号パラメータに依存して切り替え、該音声サービスはディジタルおよび／またはアナログで伝送される。
【０００２】
【従来の技術】
アナログで伝送される音声サービスもディジタルで伝送される音声サービスも受信する無線放送受信機はすでに知られており、これはディジタルおよびアナログで伝送される等価の各音声サービスにおける信号パラメータに依存して必要に応じて切り替えを行って、格段によい伝送品質をもつ音声サービスへ切り替える。このことは殊に、不完全なサービス供給状態である無線放送配給システムの場合に好ましく、あるいは大気中の伝播の影響がもっぱら１つの無線伝送システムにまたは少なくとも優勢的に１つの無線伝送システムに及ぼされているとき、切り替えにより補償を達成するために好ましいことである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、無線受信機における音声サービス切替方法において、等価的な各音声サービス間の時間のずれを求めてこの時間のずれを切替時に考慮することにより、聴取者の気づくような切り替え作用を生じさせないようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、伝送されている各音声サービス間の時間のずれを求め、ある音声サービスから別の音声サービスへの切り替えにあたり、伝送されている２つの音声サービス間の前記時間のずれに応じて、非同期サンプリングレートコンバータにより遅延を実行することを特徴とする音声サービス切替方法、ならびに時間のずれを求める手段と、先行する信号をバッファリングするメモリと、伝送される音声サービスを受信する手段と、音声信号を再生する手段が設けられており、前記時間のずれに応じて遅延を生じさせる非同期サンプリングレートコンバータが設けられていることを特徴とする無線放送受信機によって解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
独立請求項の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による無線受信機における音声サービス切替方法により得られる利点は、それぞれ異なるかたちで伝送される音声サービス間に存在する時間遅延が上述のような切り替えにあたり考慮されることである。その結果、全体的に音声品質が高められる。このような切り替えは、アナログで伝送される音声サービスとディジタルで伝送される音声サービスとの間で行うことができ、たとえばＦＭ／ＡＭとＤＡＢ／ＤＲＭとで、あるいは複数のアナログ伝送無線放送番組間または複数のディジタル伝送無線放送番組間たとえばＤＡＢおよびＤＲＭとの間でも、切り替えを行うことができる。
【０００６】
従属請求項に記載の構成により、独立請求項に記載の無線放送受信機における音声サービス切替方法の有利な実施形態が可能である。
【０００７】
殊に有利であるのは、時間のずれを求めるために音声休止を用いることであり、それというのも音声休止に伴って、等価的に伝送されている各音声サービス中にそれぞれ同じように生じる比較的明確なポイントが現れるからである。したがって時間のずれを求めるために、最小エネルギーの時間が利用される。
【０００８】
択一的に、短時間の平均電力ないしは平均パワーを用いて時間のずれを求めることができる。この手法は、長い間音声休止が現れないときにも常に適用でき、これはたとえば管弦楽作品などの場合に該当する可能性がある。
【０００９】
さらに有利であるのは、先行する音声サービスの音声データを一時記憶つまりバッファリングして、欠落のない切り替えを達成できるようにすることである。これによって聴取のための音声品質が向上する。
【００１０】
しかも有利であるのは、非同期のサンプリングレートコンバータによって時間のずれに対応する遅延を音声データ流中に組み込むことである。その際にメモリは、この遅延がすべてのサンプリング値に対して現れるまで満たされ、その結果、そのように構成された遅延素子が実現されることになる。このことはＦＭ／ＦＭ切り替えのときに殊に有利であり、その理由はさもないと切り替え後まずはじめにメモリを構築しなければならなくなり、その期間中は音声信号が得られなくなってしまうからである。
【００１１】
さらに、異なる音声サービス間に生じる音量係数を求めるために短時間電力の測定を用いるのが有利であり、その目的は切り替えにあたり整合を行って、聴取者に聞こえてしまう音量レベルの相違による切り替え作用をなくすようにすることである。
【００１２】
しかも切り替えにあたりまずはじめにモノラルにセットし、その後、ゆっくりとステレオに切り替えるのが有利であり、その結果、切替時のステレオ特性の影響が最低限に抑えられる。このことは有利には適応フィルタによって行うことができる。また、アナログ伝送音声サービスとディジタル伝送音声サービスにおいて現れる帯域幅の相違を整合させるために適応フィルタが有利である。
【００１３】
さらに、本発明による方法の実施に相応しいコンポーネントをもつ無線放送受信機を設けるのも有利である。
【００１４】
次に、図面を参照しながら本発明の実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【００１５】
【実施例】
ＤＡＢ（Digital Audio Broadcasting）やＤＲＭ（Digital Radio Mondial）などのような新しい無線放送配給システムを導入する場合、これらの新しいシステムによる完全なサービス供給が保証されるまで、ＦＭやＡＭなどの既存のシステムが引き続き使用される。そのような期間中は新しいシステムと古いシステムを並行して稼働させなければならない。その際、音声サービスつまり再生用の音声信号をもつ無線放送番組の受信にあたり、ユーザに常に最適な音声品質を聴かせることができるよう努めなければならない。したがってサービス供給経路において既存のシステム間で切り替える必要があり、つまりは最良の音声品質を提供するシステムを常に選択する必要がある。その際に考慮しなければならないのは、ＤＡＢやＤＲＭなどのような新しいディジタルシステムは一般的に時間遅延をもっているし、アナログシステムに対し帯域幅などのような異なるスペクトル特性や音量をもっていることである。
【００１６】
したがって本発明によれば、時間のずれを考慮し切替時に帯域幅や音量も整合させて切り替えの影響を最小にする本発明による方法によって、システム間の切り替えを行うことが提案される。同じ音声内容をもつ２つのシステム間での切り替えの影響を最低限に抑えるためには音声信号の基本的な相違を分析し、それらの相違を切り替えの際に相応に整合させる必要がある。したがってこの場合、このような基本的な相違とは時間遅延、音量、帯域幅、モノラル放送なのかステレオ放送なのかであるか。
【００１７】
図１には本発明による無線放送受信機のがブロック図として描かれている。アンテナ１が高周波受信機２の入力側に接続されている。高周波受信機２の第１のデータ出力側はＦＭ受信機３のデータ入力側に導かれている。高周波受信機２の第２のデータ出力側はＤＡＢ受信機４のデータ入力側へ導かれている。さらにＦＭ受信機３とＤＡＢ受信機４の個々のデータ出力側は、音声同期装置５の第１および第２のデータ入力側へそれぞれ導かれている。音声同期装置５のデータ出力側は音声増幅器６へ導かれており、さらに音声増幅器６はスピーカ７の入力側と接続されている。
【００１８】
アンテナ１によって無線放送信号が受信され、ついで高周波受信機２によりフィルタリングされて増幅され、中間周波数に変換される。さらに無線放送信号がディジタル化され、そのあとで個々のＦＭプロセッサ３もしくはＤＡＢプロセッサ４によって後続処理が行われる。そこにおいてチャネル復号ならびに音声復号が行われる。その後、ＦＭプロセッサもしくはＤＡＢプロセッサ４の出力側にＰＣＭ（Puls Code Modulation）データが生じる。自動車内のマルチメディアコンポーネント相互間のネットワークを形成するいわゆるＭＯＳＴバスを介して伝送できるように目的で、これらのＰＣＭデータはたとえば４４．１ｋＨｚのサンプリングレートをもっている。とはいうものの、これとは別のサンプリングレートも可能である。また、ＦＭとＤＡＢを処理するために１つのプロセッサだけを使用することも可能であり、その場合、このプロセッサはごく短期間のうちに、信号電界強度やビット誤り率などのような信号パラメータについて代替として使用される伝送方式による音声サービスのチェックを行う。さらに別の代案によればＤＡＢとＤＲＭの切り替えが行われ、その際に無線放送受信機はＤＡＢとＤＲＭを受信するように構成されている。ＦＭの代わりにあるいはＦＭに加えてＡＭも受信することができる。
【００１９】
ついで音声同期装置５は時間遅延の検出ならびに補償を実施する。ＦＭ音声信号は種々の状態によってＤＡＢ音声信号よりも約１〜２秒先行しており、その結果、聴き取ることのできない切り替えのためにはＦＭ音声信号をこの１〜２秒間、バッファリングによって遅延させなければならない。
【００２０】
時間遅延の検出のために様々なアルゴリズムを利用することができる。ほとんど計算の手間のかからない手法は音声休止の検出と短時間平均電力の測定であり、この測定の場合にはそれに続いて電力信号の比較が行われる。音声休止の検出が利用されるならば、ＤＡＢとＦＭの両方の音声信号について音声休止の開始が検出される。そして複数の音声休止において突き止められた時間差を平均することで遅延が求められる。音声休止のためのアルゴリズムは公知である。ここでは実例として Voice Activity Detection (VAD) アルゴリズムを挙げておく。このアルゴリズムはたとえばＧＳＭ移動無線伝送方式において用いられる。しかしながらこのような検出は、音楽だけしか放送されていないときには非常に長い時間がかかる。
【００２１】
これに対し短期間の平均電力およびそれに続く電力の比較を利用する場合には、積分器を用いることで音声信号の短期間電力が測定される。図２にはこのことがブロック図として描かれている。ＦＭ受信機３もしくはＤＡＢ受信機４のＰＣＭ音声信号８，９は短時間積分器１０，１１へ進み、これらは出力信号１４，１５を供給し、ついで比較器１２において比較される。そして出力信号として時間のずれが送出される。
【００２２】
図４には、短時間電力をそのつど求めるくし形フィルタが示されている。くし形フィルタは同時に、係数Ｍ１ だけデシメーションを実行し、つまり計算パワーの低減を行う。入力信号１９はファンクションブロック２０へ導かれ、これは絶対値形成を実施する。このようにして生じた出力信号は時間遅延された信号に加算され、その後、ブロック２１において可変の係数Ｍ１ によって除算される。ファンクションブロック２１の出力信号は時間遅延された信号により減算され、それによって電力信号２３が形成される。その後、以下の規則に従い積分器の出力信号が形成される：
【００２３】
【数１】
0004002110.tif 000002
【００２４】
ここでｎは個々の積分器の出力信号であり、ｍはデシメーションされた出力信号ｎの通し番号数である。
【００２５】
ついでこれらの出力信号を互いに比較することができ、それによって時間遅延を求めることができる。まずはじめにＦＭ信号の電力経過が約２秒間にわたって求められる。電力経過は積分器１０に従いＦ１／Ｍ１のサンプリングレートで生じる。そのすぐあとで同じ装置を用いて、もっと短い期間たとえば０．１秒にわたりＤＡＢ音声信号の電力経過が求められる。このことは図３に示されている。データ１７を求める目的で、データ０，１，２，３（ここでは参照符号１４が付されている）の終わりにデータ１〜１５が付け加えられている。ついでこの短期間のＤＡＢ電力経過がＦＭ電力経過中でサーチされ、その際、以下の関数の最小値が探し求められる：
【００２６】
【数２】
0004002110.tif 000003
【００２７】
この関数が最小値をとる位置を各信号間の遅延とみなすことができる。所定の間隔で測定を繰り返して統計的な評価を行うことで所望の結果を得ることができる。ただし遅延を求めることのできる時間分解能はデシメーションによって設定されるので、係数Ｍ１ をたえず低減していきいっそう短い信号区間を用いてアルゴリズムを繰り返すようにして、時間遅延を繰り返し求めるのが有用である。
【００２８】
短時間電力についての時間遅延をサーチするために、上述の式の代わりに別の手法を用いてもよい。その場合、ＤＡＢ区間においていくつかの最大値と最小値が探索され、それら極値相互間の時間間隔と振幅比が求められる。ＦＭ信号においてこのパターンが探索される。まずはじめにたとえば５つの値から成る列ＥとＰが形成され、これには極値およびそれらの位置がエントリされている：
【００２９】
【数３】
0004002110.tif 000004
【００３０】
その後、パターンＥｑ およびＰｄ が求められる。
【００３１】
【数４】
0004002110.tif 000005
【００３２】
次に費用関数ｈ（Ｋ）を形成するため、信号ｎＦＭ（ｋ）から長さ５の式Ｅ′（ｋ，ｍ）が抽出され、その値は相互間で間隔Ｐｄ を有する。これらの列Ｅ′（ｋ，ｍ）からパターンＥｑ′（ｋ，ｍ）が次式に従って計算される：
【００３３】
【数５】
0004002110.tif 000006
【００３４】
ここでｍは、ＦＭ信号中のすべての可能な列の位置を表す。費用関数は以下のとおりとなる：
【００３５】
【数６】
0004002110.tif 000007
【００３６】
費用関数の最小値が探索され、位置ｍが求められる。それにより時間のずれが求められる。
【００３７】
ＦＭ／ＦＭの切り替えの場合、ＤＡＢへの次の切り替えのための音声同期を実行できるようにする目的で、新たなＦＭ音声信号をバッファリングする必要がある。その後にはじめて、新たな音声サービスをフェードインさせることができる。これは非同期のサンプリングレートコンバータを用いてＦＭ音声信号を気づかれることなくゆっくりと放送することによって始められる。
【００３８】
図５にはこれを行うブロック図が示されている。ＦＭ受信機３は非同期サンプリングレートコンバータ２４に接続されている。非同期サンプリングレートコンバータ２４はクロック発生器２５により信号供給され、非同期サンプリングレートコンバータの出力側はＦＩＦＯ方式に従い動作するメモリ２６に導かれる。さらにＦＩＦＯメモリ２６は、時間同期合わせおよび音量整合を行うファンクションブロック２７と接続されている。ブロック２５，２６，２７は音声同期装置５を成している。ファンクションブロック２７の出力側には出力信号が発生し、この場合、ファンクションブロック２７はその第２のデータ入力側を介してＤＢＡ受信機４からＤＡＢ信号を受け取る。
【００３９】
メモリ２６はその際、１〜２秒の遅延が生じるまでゆっくりと満たされていく。たとえば音声信号を４４．１ｋＨｚから４４．２ｋＨｚのサンプリングレートに変換することができる。しかし信号は４４．１ｋＨｚで再生されるので、一秒あたり１００個のサンプリング値が出力されないようになる。４４１秒後になれば４４１００個のサンプリング値が出力されなかったことになり、これは１秒の遅延に相応する。メモリ２６内のサンプリング値が十分であれば、サンプリング変換を行わずに通常の出力を実行することができる。この場合、サンプリングコンバータ２４がスイッチングされる。このメモリ構築が行われている間にすでに時間のずれのサーチを始めることができるので、場合によっては約２秒というメモリ全体を構築する必要がなくなる。時間のずれがみつかったならば、係数の再計算によってメモリの入力クロックを出力クロックに合わせて整合させることができる。
【００４０】
緩慢な出力速度から通常の出力速度への急激な切り替えが行われないようにする目的で、サンプリングレートコンバータの非同期の変換をたとえば４４．３ｋＨｚから４４．１ｋＨｚへ連続関数に従いゆっくりと実行することができる。ただしメモリ構築期間中、時間のずれがまだみつけられていないかぎり時間同期合わせされた切り替えを行うことができない。ＦＭ音声サンプリングレートＦｉｎが音声同期装置５のサンプリングレートＦｏｕｔ と異なっているならば、サンプリングレートコンバータによってＦｉｎ を出力サンプリングレートＦｏｕｔ に合わせて整合させる必要がある。これは所定の関数に従って行うことができる。サンプリングレートコンバータがメモリ２６をゆっくりと構築する際の連続関数は、聞き取り不可能にするためにいくつかの基準をもっていなければならない。したがって関数は連続的でなければならず、メモリが満杯状態になった時点Ｔ０ においてＦｏｕｔ で除算された値Ｆｉｎ をもっていなければならず、これはメモリ２６がそれ以上満たされたり空にされたりしないようにするためである。この関数ｐ（Ｔ）は、サンプリングレートコンバータによってメモリ２６からどれだけのサンプリング値が読み出されるかを決定する。
【００４１】
【数７】
0004002110.tif 000008
【００４２】
メモリ２６にはＲｉｎ ＝Ｆｉｎ ・Ｔ０ 値が書き込まれ、その結果、時点Ｔ０ においてメモリ充填状態Ｂおよびその結果得られた節約時間ΔＴは以下の値をとる：
【００４３】
【数８】
0004002110.tif 000009
【００４４】
この場合、出力周波数がもとの周波数から過度に隔たらないよう、関数ｐ（ｔ）が初期値ｆ０ をもつようにする。なぜならば、これによって可聴作用が引き起こされるからである（ｐ（０）＞０．９Ｋ）。しかも関数ｐ（ｔ）において跳躍的変化が生じてはならない。さらにまた、メモリが満杯状態になった時点でサンプリングレートコンバータ２４の切り替え作用も最小限に抑える目的で、関数は連続的に導出可能でなければならない。その結果、以下の境界値が生じる：
【００４５】
【数９】
0004002110.tif 000010
【００４６】
これらの境界値は３次関数によって完全に解くことができ、したがって初期値、メモリ目標量ならびに持続時間を任意に選ぶことができる。２次の関数を選択した場合、パラメータはそれぞれ他の２つに依存する。２つの式に対する解は次式によって与えられる。
【００４７】
【数１０】
0004002110.tif 000011
【００４８】
サンプリングレートコンバータ２４のためのクロックの制御に手間がかかりすぎないようにする目的で、上述の関数を階段関数を用いて近似させることができる。この場合、クロックはたとえばディジタルＰＬＬ（Phase Locked Loop ＝位相制御ループ）を用いて発生させることができる。
【００４９】
遅延を求める方法によって短時間の電力が求められる。この電力を音量の整合にも利用することができる。時間同期が見つけられた後（時間遅延ｄ）、短時間電力の時間経過はほぼ同じようにみえる。増幅率だけによってしか時間経過を区別できない。この増幅率は音量レベルの差で現れる。ＤＡＢとＦＭとの間の音量係数は、たとえば増幅率について平均をとることによって求めることができる。
【００５０】
【数１１】
0004002110.tif 000012
【００５１】
関数の経過全体について平均を求める代わりに、最大値の位置のところでのみ平均を求めてもよい。
【００５２】
切替時にモノラル／ステレオ特性の影響をできるかぎり僅かに抑えるようにする目的で、フェードオーバーの前に両方の信号をたとえばモノラルに設定することができる。この場合、フェードオーバー後にゆっくりと再びステレオに切り替えられる。これは適応フィルタを用いて実行することができる。ＤＡＢ信号の場合、ＦＭ信号よりも帯域幅が広い。適応フィルタである適応ローパスフィルタを用いることで、ＤＡＢ信号の帯域幅を切り替え前と切り替え後にゆっくりと完全な幅まで高めることができる。
【００５３】
図６には本発明による方法がフローチャートとして描かれている。ステップ１８において無線放送信号がアンテナ１と高周波受信機２により受信され、それ相応に処理される。ステップ２９において、ディジタルで受信された番組なのかアナログで受信された番組なのかが判定され、その番組は対応するＦＭ受信機またはＤＡＢ受信機へと導かれる。ステップ３０において音声復号が実行され、信号パラメータが求められる。それに基づき、切り替えが必要なのか否かが判定される。これはステップ３１において行われる。信号パラメータが所定の閾値よりも大きければ、ステップ３２において上述のようにして時間のずれが求められる。ついでステップ３４においてこの時間のずれが相応に考慮され、ステップ３５において音量が先行の番組に合わせて整合される。最後にステップ３６において音声信号が再生される。ステップ３１において切り替えは行わないと判定されたならば、ステップ３３においてセットされている番組が引き続き復号され、その後、ステップ３６において再生される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による無線放送受信機のブロック図である。
【図２】どのようにして時間のずれを求めるかを表すブロック図である。
【図３】時間のずれを求めるためのパターン図である。
【図４】電力計算用のくし形フィルタを示す図である。
【図５】時間のずれを補償するために非同期サンプリングレートコンバータを用いた様子を示す図である。
【図６】本発明による方法を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１  アンテナ
２  高周波受信機
３  ＦＭ受信機
４  ＤＡＢ受信機
５  音声同期装置
６  音声増幅器
７  スピーカ
８，９  ＰＣＭ信号
１０，１１  短時間積分器
１２  比較器
２４  非同期サンプリングレートコンバータ
２５  クロック発生器
２６  メモリ
２７  時間同期合わせおよび音量整合ブロック
【図１】
0004002110.tif 000013
【図２】
0004002110.tif 000014
【図３】
0004002110.tif 000015
【図４】
0004002110.tif 000016
【図５】
0004002110.tif 000017
【図６】
0004002110.tif 000018