(57)【要約】【課題】航空機内におけるデジタル信号処理システムにおいて、ノイズ耐性の高い音声処理システムを提供する。  以上のように本発明によると、【解決手段】波形等化処理と、ＡＦＣ／ＡＰＣの機能を波形等化の機能と融合させることで、等化処理量を削減し、また、ノイズおよびエコーの問題とは別に、これまで、伝送路上で生じる誤りに対しては、リアルタイム処理として、誤り訂正符号処理を行なうシステムを実現できるため、伝送路上でのデータ通信のロバスト性の強化とノイズおよびエコーへの耐性を同時に高めることができる。【選択図】図１
2009296089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声データを含むデジタルデータをエンコードおよびデコードするシステムであり、
エンコード処理部は、
音声を含むデジタル信号を入力し、スクランブル処理を行なったデータを出力するスクランブラと、
スクランブラから出力されたデータを入力し、リードソロモン符号化し、該符号化データを出力するリードソロモンエンコーダと、
リードソロモンエンコードされたデータを入力し、インターリーブ処理を行ない出力するインターリーバと、
インターリーバから出力されたデータを整形し、関連情報を含んだ同期バイトを挿入することでフォーマット化を行なう同期挿入部とからなる誤り訂正符号化部と、
誤り訂正符号化部から出力されたデータを入力し、変調方式に対応したデジタルマッピングを行ない出力するデジタルマッピング部と、
デジタルマッピングされたデータを入力し、周波数軸信号への変換を行なった後、適切な波形整形を行なって出力する波形整形部と、
波形整形部から出力されたデジタル波形データに対して、適切な補間処理を行なうことでより正確な信号波形データを出力する補間フィルタと、
補間フィルタから出力されたデータを、所望の周波数信号へと変換する周波数変換フィルタと、
周波数変換フィルタにおいて所望の周波数へと変換されて出力されたデータを入力して、その他不要な周波数成分の信号を遮断し、所望の周波数信号のみを出力するバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタから出力されるデジタル波形データをアナログ信号データに変換するデジタルアナログコンバータからなる音声処理部とを有し、
一方、デコード処理部は、
伝送路を通って、送られてきた音声を含むアナログ変調信号データを入力し、アナログデジタル変換を行なうアナログデジタルコンバータと、
デジタル変換された信号データを入力し、所望の変調方式に従い検波する検波部と、
検波部から出力された、所望の変調方式に従って検波された信号データを入力し、該検波信号データからクロック成分を検出して、基準クロック信号データを再生し出力するクロック再生部と、
前記検波部から出力された検波信号データを入力し、適切な波形データに整形し出力する、波形整形部と、
該波形整形部から出力される信号波形データを入力して、信号のゲインを検出し、所望のゲインレベルの設定を行なうＡＧＣ部と、
前記波形整形部から出力される信号波形データを入力して、信号の等化処理を行ない音声のエコーを除去した信号波形データ出力する等化部と、
等化部から出力されたデータを所望の変調方式のマッピングにしたがって、デマッピング処理を行なうデジタルデマッピング部からなる音声復調処理部と、
該音声復調処理部から出力される音声データを入力して、同期バイト検出を行ないデータパケットを検出する同期検出部と、
該同期検出部から出力されるデジタルデータを入力してデインターリーブ処理を行なうデインターリーバと、デインターリーバから出力されたデータを入力し、リードソロモン復号処理を行ない該復号化データを出力するリードソロモンデコーダと、
該リードソロモンデコーダから出力されたデータを入力し、デスクランブル処理を行ない、デジタル音声データを出力するデスクランブラからなる誤り訂正復号化部とを有することを特徴とする音声処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の音声処理システム中のデコード処理部における等化部は、
所望の変調方式に従って変調された信号波形データを、伝送前の信号の波形に等化する処理を行なう機能を有し、
入力された信号データを、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  ）アルゴリズムに基づいて等化係数を更新するために必要となるエラーデータを生成する誤差評価部と、
入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差を除去するＡＦＣ（Ａｕｔｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）ブロックと、
前段と後段とに分かれて構成されている２つのフィルタブロックとを有し、
該前段はＦＦＥ（Ｆｅｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）ブロックであり、後段はＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）ブロックであり、
また、前記ＡＦＣ／ＡＰＣブロックは、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて前記入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差の除去を行い、かつ、前記誤差評価部によって生成されたエラーデータを用いて係数の更新を行うものであることを特徴とする音声処理システム。
【請求項３】
請求項２記載の等化部における前記ＡＦＣ／ＡＰＣブロックは、
入力された信号データと、周波数誤差および位相誤差の除去のための係数とを乗算する１個のタップと、
前記係数をＬＭＳアルゴリズムに基づいて更新するＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新部とを備えていることを特徴とする音声処理システム。
【請求項４】
請求項２記載の等化部において、
各々フィルタロック部は、係数更新部を備えた前段と後段とに分かれて構成されており、
前記ＡＦＣ／ＡＰＣブロックは、前記波形等化部の前段から出力された変調信号を入力とし、かつ、出力信号は前記波形等化部の後段に入力され、
前記波形等化部の前段と後段のフィルタ部は、同数のタップを備えていることを特徴とする音声処理システム。
【請求項５】
音声データを含むデジタルデータをエンコードおよびデコードする方法であり、
エンコード処理手段は、
音声を含むデジタル信号を入力し、スクランブル処理を行なったデータを出力するスクランブル手段と、
スクランブル手段から出力されたデータを入力し、リードソロモン符号化し、該符号化データを出力するリードソロモンエンコード手段と、
リードソロモンエンコードされたデータを入力し、インターリーブ処理を行ない出力するインターリーブ手段と、
インターリーブ手段から出力されたデータを整形し、関連情報を含んだ同期バイトを挿入することでフォーマット化を行なう同期挿入プロセスとからなる誤り訂正符号化手段と、
誤り訂正符号化手段から出力されたデータを入力し、変調方式に対応したデジタルマッピングを行ない出力するデジタルマッピング手段と、
デジタルマッピングされたデータを入力し、周波数軸信号への変換を行なった後、適切な波形整形を行なって出力する波形整形手段と、
波形整形手段から出力されたデジタル波形データに対して、適切な補間処理を行なうことでより正確な信号波形データを出力する補間フィルタリング手段と、
補間フィルタリング手段から出力されたデータを、所望の周波数信号へと変換する周波数変換フィルタリング手段と、
周波数変換フィルタリング手段において所望の周波数へと変換されて出力されたデータを入力して、その他不要な周波数成分の信号を遮断し、所望の周波数信号のみを出力するバンドパスフィルタリング手段と、
該バンドパスフィルタリング手段から出力されるデジタル波形データをアナログ信号データに変換するデジタルアナログコンバート手段からなる音声処理手段とを有し、
一方、デコード処理手段は、
伝送路を通って、送られてきた音声を含むアナログ変調信号データを入力し、アナログデジタル変換を行なうアナログデジタルコンバート手段と、
デジタル変換された信号データを入力し、所望の変調方式に従い検波する検波手段と、
検波手段から出力された、所望の変調方式に従って検波された信号データを入力し、該検波信号データからクロック成分を検出して、基準クロック信号データを再生し出力するクロック再生手段と、
前記検波手段から出力された検波信号データを入力し、適切な波形データに整形し出力する、波形整形手段と、
該波形整形手段から出力される信号波形データを入力して、信号のゲインを検出し、所望のゲインレベルの設定を行なうＡＧＣ手段と、
前記波形整形手段から出力される信号波形データを入力して、信号の等化処理を行ない音声のエコーを除去した信号波形データ出力する等化手段と、
等化手段から出力されたデータを所望の変調方式のマッピングにしたがって、デマッピング処理を行なうデジタルデマッピング処理手段からなる音声復調処理手段と、
該音声復調処理手段から出力される音声データを入力して、同期バイト検出を行ないデータパケットを検出する同期検出手段と、
該同期検出手段から出力されるデジタルデータを入力してデインターリーブ処理を行なうデインターリーブ手段と、デインターリーブ手段から出力されたデータを入力し、リードソロモン復号処理を行ない該復号化データを出力するリードソロモンデコード手段と、
該リードソロモンデコード手段から出力されたデータを入力し、デスクランブル処理を行ない、デジタル音声データを出力するデスクランブル手段からなる誤り訂正復号化手段とを有することを特徴とする音声処理システム。
【請求項６】
請求項５記載の音声処理方法中のデコード処理手段における等化手段は、
所望の変調方式に従って変調された信号波形データを、伝送前の信号の波形に等化する処理を行なう機能を有し、
入力された信号データを、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  ）アルゴリズムに基づいて等化係数を更新するために必要となるエラーデータを生成する誤差評価処理手段と、
入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差を除去するＡＦＣ（Ａｕｔｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理手段と、
前段と後段とに分かれて構成されている２つのフィルタリング手段とを有し、
該前段はＦＦＥ（Ｆｅｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）であり、後段はＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）であり、
また、前記ＡＦＣ／ＡＰＣ処理手段は、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて前記入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差の除去を行い、かつ、前記誤差評価処理手段によって生成されたエラーデータを用いて係数の更新を行うものであることを特徴とする音声処理システム。
【請求項７】
請求項６記載の等化手段における前記ＡＦＣ／ＡＰＣ処理手段は、
入力された信号データと、周波数誤差および位相誤差の除去のための係数とを乗算する１個のタップと、
前記係数をＬＭＳアルゴリズムに基づいて更新するＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新手段とを備えていることを特徴とする音声処理システム。
【請求項８】
請求項６記載の等化手段において、
各々フィルタリング手段は、係数更新手段を備えた前段と後段とに分かれて構成されており、
前記ＡＦＣ／ＡＰＣ処理手段は、前記波形等化手段の前段から出力された変調信号を入力とし、かつ、出力信号は前記波形等化手段の後段に入力され、
前記波形等化手段の前段と後段のフィルタ手段は、同数のタップを備えていることを特徴とする音声処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機内におけるデジタル信号処理システムに関し、特に、ノイズ耐性の高い音声処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機内では、これまで有線通信を用いることで、比較的外乱に強い環境が保たれているため、従来の音声通信処理では、パケット通信時には誤り検出処理のみを用いるシステム構成を用いてきた。
【０００３】
また、航空機内の通常環境下におけるデジタル復調処理においては、一般的に、位相ノイズおよび周波数ノイズ除去処理を行なうことで、十分な特性が得られていた。
【０００４】
しかしながら、ＣＳＳシステムのような高い安全性が求められるシステムにおいては、非常に外乱の強い悪環境下や緊急の状況変化においても、高いノイズ耐性を保持することで、クリアな音声を再生する必要がある。
【０００５】
クリアな音声の再生を妨げる要因は、伝送路で発生する信号歪み等によるものやその影響による通信パケットロスや通信誤りがほとんどであり、正常な信号を受信側で保証する技術が益々重要となってきている。そこで、ノイズ耐性を高めるための具体的な手段として、誤り訂正処理の導入や受信側で伝送路の等化を行う自動適応型等化器の導入が提案されている。
【０００６】
図６は伝送路及びその等化のモデルを表す図である。図６に示すように、送信機から送られた信号は伝送路の特性によって変化し、さらに雑音が加わった形で受信される。このため伝送信号は、反射波等により時間的に遅延したゴースト信号の影響を受けて歪みが生じたり、雑音等により位相誤差や周波数誤差が生じたりするので、様々な要因が複雑に絡まりあって、受信側では元の伝送信号と異なる波形の信号が観測される。
【０００７】
そこで受信側では、一般に、受信機の前に直列に挿入した等化器によって、受信信号Ｘ０を受信機にとって望ましい信号Ｚ０に等化し、さらにその後、搬送波再生処理として周波数誤差を除去するＡＦＣ（Ａｕｔｏ  ｍａｔｉｃ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）および位相誤差を除去するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
【０００８】
エコーキャンセル、すなわち、等化に関しては、雑音が非常に小さい場合は伝送路の伝達関数の逆特性を持つ等化器を用いればよいが、雑音がある程度大きい場合は雑音も考慮して等化器の設計を行う必要がある。実際には等化器はデジタルフィルタを用いて構成され、デジタルフィルタを用いて構成された等化器をデジタル等化器という。
【０００９】
図７はデジタルフィルタの構成の一例を示すブロック図である。図７において、Ｘ０は伝送路を経て入力された受信信号、Ｘ１〜Ｘｍは受信信号Ｘ０を各遅延素子によって遅延した信号、Ｃ０〜Ｃｍは等化係数である。受信信号Ｘ０は乗算器によって等化係数Ｃ０と乗算される。同様に、信号Ｘ１〜Ｘｍは乗算器によって等化係数Ｃ１〜Ｃｍとそれぞれ乗算される。各乗算器の乗算結果は加算器によって加算され、等化信号Ｚ０として出力される。
【００１０】
デジタルフィルタにおいて、ある遅延信号と等化係数とを乗算する機構をタップという。各タップにおける乗算結果を加算することによって等化信号Ｚ０が得られるが、このとき、信号を復元するのに最適な等化係数Ｃ０〜Ｃｍを算出する必要がある。通常、等化係数を算出するためにＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムが用いられる。
【００１１】
また、従来のＡＦＣ／ＡＰＣとしては、位相誤差検出器、ループフィルタ、およびデジタルＶＣＯによってその機能を実現したものがある（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平７−６６８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
等化器は前述したようにデジタルフィルタで構成されるため、複素乗算が必要であり、そのタップ数が増大するにつれて処理量は飛躍的に増大する。またＡＦＣ／ＡＰＣにおいて、ループフィルタでは積和演算が必要であり、デジタルＶＣＯは一般的にはデータを記憶する記憶手段を備えており、等化能力を高めるためには、処理量を増大することが必要となり、必然的に膨大な記憶容量も必要となる。このような点から、エコーキャンセル能力の高い音声処理システムを実現するためには、処理量の少ない等化処理を実現することが重要な課題である。
【００１３】
一方、図６に示すように、波形等化およびＡＦＣ／ＡＰＣは１回の処理で終わるものではなく、ＡＦＣ／ＡＰＣが行われた信号は再び波形等化のために帰還され、最終的に信号がある基準に達して収束するまで波形等化およびＡＦＣ／ＡＰＣは繰り返し行われる。そして信号は、最終的にはほぼ同時に、等化され、かつ周波数誤差および位相誤差が除去される。言い換えると、まず波形等化によって等化信号になり、次にＡＦＣ／ＡＰＣによって誤差が除去された信号になるというようにそれぞれの機能が単独で実現されるものではなく、等化およびＡＦＣ／ＡＰＣの相乗効果によって、互いの処理の効果が高められる。ところがこのように、波形等化およびＡＦＣ／ＡＰＣは元来相互関係の深い、単独で機能を果たすのが困難なものであるにもかかわらず、機能を共有するブロックが存在しない、それぞれ独立した構成により実現されていた。
【００１４】
前記の問題に鑑み、本発明は、波形等化処理と、ＡＦＣ／ＡＰＣの機能を波形等化の機能と融合させることで、等化処理量を削減することを課題とする。
【００１５】
他方、波形等化により改善可能な、ノイズおよびエコーの問題とは別に、これまで、伝送路上で生じる誤りに対しては、誤り検出を行なって、誤りが検出された場合は、データの再送を行なったり、無効データとしてデータ破棄という処理を行なってきたが、データ量の増大や、リアルタイム処理の必要性の高まりにより、伝送路上でのデータ通信のロバスト性がきわめて重要と課題となっている。
【００１６】
本問題に鑑み、本発明は、誤り訂正処理を行なうことで、ロバスト性を高めることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の課題を解決するため、請求項１の発明が講じた解決手段は、音声データを含むデジタルデータをエンコードおよびデコードするシステムであり、エンコード処理部は、音声を含むデジタル信号を入力し、スクランブル処理を行なったデータを出力するスクランブラと、スクランブラから出力されたデータを入力し、リードソロモン符号化し、該符号化データを出力するリードソロモンエンコーダと、リードソロモンエンコードされたデータを入力し、インターリーブ処理を行ない出力するインターリーバと、インターリーバから出力されたデータを整形し、関連情報を含んだ同期バイトを挿入することでフォーマット化を行なう同期挿入部とからなる誤り訂正符号化部と、誤り訂正符号化部から出力されたデータを入力し、変調方式に対応したデジタルマッピングを行ない出力するデジタルマッピング部と、デジタルマッピングされたデータを入力し、周波数軸信号への変換を行なった後、適切な波形整形を行なって出力する波形整形部と、波形整形部から出力されたデジタル波形データに対して、適切な補間処理を行なうことでより正確な信号波形データを出力する補間フィルタと、補間フィルタから出力されたデータを、所望の周波数信号へと変換する周波数変換フィルタと、周波数変換フィルタにおいて所望の周波数へと変換されて出力されたデータを入力して、その他不要な周波数成分の信号を遮断し、所望の周波数信号のみを出力するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタから出力されるデジタル波形データをアナログ信号データに変換するデジタルアナログコンバータからなる音声処理部とを有し、一方、デコード処理部は、伝送路を通って、送られてきた音声を含むアナログ変調信号データを入力し、アナログデジタル変換を行なうアナログデジタルコンバータと、デジタル変換された信号データを入力し、所望の変調方式に従い検波する検波部と、検波部から出力された、所望の変調方式に従って検波された信号データを入力し、該検波信号データからクロック成分を検出して、基準クロック信号データを再生し出力するクロック再生部と、前記検波部から出力された検波信号データを入力し、適切な波形データに整形し出力する、波形整形部と、該波形整形部から出力される信号波形データを入力して、信号のゲインを検出し、所望のゲインレベルの設定を行なうＡＧＣ部と、前記波形整形部から出力される信号波形データを入力して、信号の等化処理を行ない音声のエコーを除去した信号波形データ出力する等化部と、等化部から出力されたデータを所望の変調方式のマッピングにしたがって、デマッピング処理を行なうデジタルデマッピング部からなる音声復調処理部と、該音声復調処理部から出力される音声データを入力して、同期バイト検出を行ないデータパケットを検出する同期検出部と、該同期検出部から出力されるデジタルデータを入力してデインターリーブ処理を行なうデインターリーバと、デインターリーバから出力されたデータを入力し、リードソロモン復号処理を行ない該復号化データを出力するリードソロモンデコーダと、該リードソロモンデコーダから出力されたデータを入力し、デスクランブル処理を行ない、デジタル音声データを出力するデスクランブラからなる誤り訂正復号化部とを有するものである。
【００１８】
請求項１の発明によると、等化部における、変調信号データの周波数誤差および位相誤差を除去するＡＦＣ／ＡＰＣブロックを備え、しかもＡＦＣ／ＡＰＣブロックは波形等化部と誤差評価部を共用する。このため、波形等化およびＡＦＣ／ＡＰＣを実現する機能ブロックは互いに独立したものとはならず、等化部にＡＦＣ／ＡＰＣ機能を融合させることができる。またスクランブル、インターリーブ、リードソロモン符号化といった一連の誤り訂正処理を施すことで、伝送路上での通信の外乱に対するロバスト性を高めることができる。
【００１９】
そして、請求項２の発明では、前記請求項１記載の音声処理システム中のデコード処理部における等化部は、所望の変調方式に従って変調された信号波形データを、伝送前の信号の波形に等化する処理を行なう機能を有し、入力された信号データを、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムに基づいて  等化係数を更新するために必要となるエラーデータを生成する誤差評価部と、入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差を除去するＡＦＣ（Ａｕｔｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）ブロックと、前段と後段とに分かれて構成されている２つのフィルタブロックとを有し、該前段はＦＦＥ（Ｆｅｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）ブロックであり、後段はＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）ブロックであり、また、前記ＡＦＣ／ＡＰＣブロックは、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて前記入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差の除去を行い、かつ、前記誤差評価部によって生成されたエラーデータを用いて係数の更新を行うものである。
【００２０】
また、請求項３の発明では、請求項２記載の等化部における前記ＡＦＣ／ＡＰＣブロックは、入力された信号データと、周波数誤差および位相誤差の除去のための係数とを乗算する１個のタップと、前記係数をＬＭＳアルゴリズムに基づいて更新するＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新部とを備えているものとする。
【００２１】
さらに、請求項４の発明では、請求項２記載の等化部において、各々フィルタロック部は、係数更新部を備えた前段と後段とに分かれて構成されており、前記ＡＦＣ／ＡＰＣブロックは、前記波形等化部の前段から出力された変調信号を入力とし、かつ、出力信号は前記波形等化部の後段に入力され、前記波形等化部の前段と後段のフィルタ部は、同数のタップを備えているものとする。
【００２２】
請求項５の発明が講じた解決手段は、音声データを含むデジタルデータをエンコードおよびデコードする方法であり、エンコード処理手段は、音声を含むデジタル信号を入力し、スクランブル処理を行なったデータを出力するスクランブル手段と、スクランブル手段から出力されたデータを入力し、リードソロモン符号化し、該符号化データを出力するリードソロモンエンコード手段と、リードソロモンエンコードされたデータを入力し、インターリーブ処理を行ない出力するインターリーブ手段と、インターリーブ手段から出力されたデータを整形し、関連情報を含んだ同期バイトを挿入することでフォーマット化を行なう同期挿入プロセスとからなる誤り訂正符号化手段と、誤り訂正符号化手段から出力されたデータを入力し、変調方式に対応したデジタルマッピングを行ない出力するデジタルマッピング手段と、デジタルマッピングされたデータを入力し、周波数軸信号への変換を行なった後、適切な波形整形を行なって出力する波形整形手段と、波形整形手段から出力されたデジタル波形データに対して、適切な補間処理を行なうことでより正確な信号波形データを出力する補間フィルタリング手段と、補間フィルタリング手段から出力されたデータを、所望の周波数信号へと変換する周波数変換フィルタリング手段と、周波数変換フィルタリング手段において所望の周波数へと変換されて出力されたデータを入力して、その他不要な周波数成分の信号を遮断し、所望の周波数信号のみを出力するバンドパスフィルタリング手段と、該バンドパスフィルタリング手段から出力されるデジタル波形データをアナログ信号データに変換するデジタルアナログコンバート手段からなる音声処理手段とを有し、一方、デコード処理手段は、伝送路を通って、送られてきた音声を含むアナログ変調信号データを入力し、アナログデジタル変換を行なうアナログデジタルコンバート手段と、デジタル変換された信号データを入力し、所望の変調方式に従い検波する検波手段と、検波手段から出力された、所望の変調方式に従って検波された信号データを入力し、該検波信号データからクロック成分を検出して、基準クロック信号データを再生し出力するクロック再生手段と、前記検波手段から出力された検波信号データを入力し、適切な波形データに整形し出力する、波形整形手段と、該波形整形手段から出力される信号波形データを入力して、信号のゲインを検出し、所望のゲインレベルの設定を行なうＡＧＣ手段と、前記波形整形手段から出力される信号波形データを入力して、信号の等化処理を行ない音声のエコーを除去した信号波形データ出力する等化手段と、等化手段から出力されたデータを所望の変調方式のマッピングにしたがって、デマッピング処理を行なうデジタルデマッピング処理手段からなる音声復調処理手段と、該音声復調処理手段から出力される音声データを入力して、同期バイト検出を行ないデータパケットを検出する同期検出手段と、該同期検出手段から出力されるデジタルデータを入力してデインターリーブ処理を行なうデインターリーブ手段と、デインターリーブ手段から出力されたデータを入力し、リードソロモン復号処理を行ない該復号化データを出力するリードソロモンデコード手段と、該リードソロモンデコード手段から出力されたデータを入力し、デスクランブル処理を行ない、デジタル音声データを出力するデスクランブル手段からなる誤り訂正復号化手段とを有するものである。
【００２３】
また、請求項６では、請求項５記載の音声処理システム中のデコード処理手段における等化手段は、所望の変調方式に従って変調された信号波形データを、伝送前の信号の波形に等化する処理を行なう機能を有し、入力された信号データを、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  ）アルゴリズムに基づいて  等化係数を更新するために必要となるエラーデータを生成する誤差評価処理手段と、入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差を除去するＡＦＣ（Ａｕｔｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理手段と、前段と後段とに分かれて構成されている２つのフィルタリング手段とを有し、この前段はＦＦＥ（Ｆｅｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）であり、後段はＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）であり、また、前記ＡＦＣ／ＡＰＣ処理手段は、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて前記入力された変調信号の周波数誤差および位相誤差の除去を行い、かつ、前記誤差評価処理手段によって生成されたエラーデータを用いて係数の更新を行うものである。
【００２４】
請求項７の発明においては、請求項６記載の等化手段における前記ＡＦＣ／ＡＰＣ処理手段は、入力された信号データと、周波数誤差および位相誤差の除去のための係数とを乗算する１個のタップと、前記係数をＬＭＳアルゴリズムに基づいて更新するＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新手段とを備えているものである。
【００２５】
さらに、請求項８のおいて講じた手段は、請求項６記載の等化手段において、各々フィルタリング手段は、係数更新手段を備えた前段と後段とに分かれて構成されており、前記ＡＦＣ／ＡＰＣ処理手段は、前記波形等化手段の前段から出力された変調信号を入力とし、かつ、出力信号は前記波形等化手段の後段に入力され、前記波形等化手段の前段と後段のフィルタ手段は、同数のタップを備えたことである。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように本発明によると、波形等化処理と、ＡＦＣ／ＡＰＣの機能を波形等化の機能と融合させることで、等化処理量を削減し、また、ノイズおよびエコーの問題とは別に、これまで、伝送路上で生じる誤りに対しては、リアルタイム処理として、誤り訂正符号処理を行なうシステムを実現できるため、伝送路上でのデータ通信のロバスト性の強化とノイズおよびエコーへの耐性を同時に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は本発明のシステム構成図である。図１において、１はエンコード処理部、２は誤り訂正符号化部、３は音声変調処理部、４はスクランブラ、５はリードソロモンエンコーダ、６はインターリーバ、７は同期挿入部、８はデジタルマッピング部、９は波形整形フィルタ、１０は補間フィルタ、１１は周波数変換フィルタ、１２はバンドパスフィルタ、１３はデジタルアナログ変換器を示している。また、図１において、１００はデコード処理部、１０１は音声復調処理部、１０２は誤り訂正復号化部、１０３はアナログデジタル変換器、１０４は検波部、１０５は波形整形部、１０６はクロック再生部、１０７はＡＧＣ部、１０８は等化部、１０９はＦＦＥ部、１１０はＡＦＣ／ＡＰＣ部、１１１はＤＦＥ部、１１２はデジタルデマッピング部、１１３は同期検出部、１１４はデインターリーバ、１１５はリードソロモンデコーダ、１１６はデスクランブラを示している。
【００２９】
エンコード処理部１では、デジタル音声データの元データに対して、まず、４のスクランブラにおいて、スクランブル処理後に、５のリードソロモンエンコーダで、リードソロモン符号化し、さらに６のインターリーバでインターリーブ処理を行なった後、７の同期挿入部では、適切なフォーマットを生成するための同期バイトの埋め込み作業を行なう。こうして一連の誤り訂正符号化されたデジタルデータは音声変調処理部３中のマッピング部８に送られ、マッピング処理を行なった後、波形整形フィルタ９を通してスペクトラム整形後、１０の補間フィルタにてデータ補間し、連続的に１１の周波数変換フィルタを通して、所望周波数へと変換をかける。その後、最終的に、他の周波数成分が残らないように、バンドパスフィルタ１２で、所望の信号データのみを抽出後、１３のＤＡ変換器にアナログデータへ変換して、伝送路へと送出する。
【００３０】
一方のデコード処理部１００においては、伝送路から送られてきたアナログデータが１０１の音声復調処理部に入力されると、まず、１０３のアナログデジタル変換器においてデジタルデータに変換後、使用されている変調方式に従って、１０４の検波部にて検波した信号データを１０６のクロック再生部と１０５の波形整形部に送る。クロック再生部１０６では、検波データからクロック成分を抽出することで、時間情報に関するデジタルデータの復調を実現する。一方１０５においては、検波されたデータのスペクトラム整形を行なう。１０５にて波形整形された信号データは、１０７のＡＧＣ処理部に入力されて、適切なレベルへとゲイン調整される。また、１０５にて波形整形されて出力された信号データは、等化部１０８に入力される。等化部１０８に入力されたデータは、まず、最初に１０９のＦＦＥに入力され、等化処理が行なわれるが、その出力信号データは、同時に、１１０のＡＦＣ／ＡＰＣ部に入力されて周波数誤差および位相誤差除去が行なわれる。さらに、１１０のＡＦＣ／ＡＰＣ部から出力されたデータが１１１ＤＥＦに入力されて等化処理が実施される。１０９、１１０、１１１の３つの処理部で実施される処理は、時間的には、同時進行の処理が実施され、等化が実現する。このようにして、１０８からは等化処理を施された信号データが出力された後、１１２のデジタルデマッピング部へと送られ、適切なデジタルデータへと変換するデマッピング処理後に出力される。こうして一連の音声復調処理を施されたデータは、１０２の誤り訂正復号化部に入力されて、最初に、１１３の同期検出部にて、同期バイトの検出を行なうことで適切なパケット単位へのデータ整形を実施して出力し、次に、１１４のデインターリーバにて、デインターリーブ処理を行なった後、１１５のリードソロモン復号化し、さらに、１１６のデスクランブにてデスクランブル処理を施して、最終的に音声処理データを、正確に復調する。
【００３１】
次に、図２は、等化部８の内部ブロック構成図である。図２において、１０８は等化部、１０９はＦＦＥ部、１１０はＡＦＣ／ＡＰＣ部、１１１はＤＥＦ部、２０１はＦＦＥ係数更新部、２０２はＦＦＥフィルタ部、２０３は１つのタップを構成乗算器、２０４は誤差評価部、２０５はＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新部、２０６はＤＦＥ係数更新部、２０７はＤＦＥフィルタ部を示している。
【００３２】
１０９は信号データの等化を行う等化部１０８の前段であるＦＦＥ（Ｆｅｅｄ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）部、１１１は等化部１０８０８の後段であるＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）部、２０４は誤差評価部、２０３は信号データの周波数誤差および位相誤差を除去するＡＦＣ（Ａｕｔｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）部である。ＦＦＥブロック１０９はＦＦＥ係数更新部２０１およびＦＦＥフィルタ部２０２を備え、ＤＦＥブロック１１１はＤＦＥ係数更新部２０６およびＤＦＥフィルタ部２０７を備え、ＡＦＣ／ＡＰＣブロック１１０はＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新部２０５およびタップ２０３を備えている。
【００３３】
図２に示す本発明に係る等化部は、変調されて伝送されたエコーを含んだ音声信号データを受信し、等化信号に変換して出力する。受信された音声信号データは、まず等化部１０８の前段のＦＦＥブロック１０９によって等化された後、ＡＦＣ／ＡＰＣブロック１１０に入力され、周波数誤差および位相誤差が除去される。ＡＦＣ／ＡＰＣブロック４０から出力された変調信号は、等化部１０８の後段のＤＦＥブロック１１１によって等化され、当該等化部から等化信号として出力される。
【００３４】
本発明では、等化部１０８における等化処理自体およびＡＦＣ／ＡＰＣ処理ともに、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて動作するものとする。そして、等化部１０８およびＡＦＣ／ＡＰＣ部１１０はともに、誤差評価部２０４によって生成されたエラーデータを用いて係数の更新を行うものとする。
【００３５】
等化部１０８における等化係数を生成するためのアルゴリズムについて説明する。
【００３６】
送信側から送られた信号データは伝送路の特性によって変化し、さらに雑音が加わった形で受信機に送られる。伝送路の特性が一定であるなら、伝送路の逆特性を算出し、算出した逆特性を実現する一定の等化係数を用いればよい。しかし、ノイズの影響や特性が刻々と変化する系では、受信信号データの状態に応じて等化係数を逐次更新していく必要がある。等化係数の更新に用いられるのが、自動適応型のアルゴリズムと呼ばれるものである。実際には、一つ前の状態の等化係数を基にして次の等化係数を算出するのだが、この場合、何らかの評価指標を設定しその値が最小になるように等化係数の更新を行っていく。このようなアルゴリズムの代表的なものとして、ＬＭＳアルゴリズムがある。
【００３７】
ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムは、等化係数の評価指標として平均２乗誤差を用いるものである。具体的には、次式に示すように等化係数が決定される。
【００３８】
Ｃｎ＋１，ｍ＝Ｃｎ，ｍ−α×Ｘｍ×ｅ０．．．（１）
ｎ：等化係数の更新回数
ｍ：等化係数のタップ番号
ｅ０：Ｚ０−χ０（χ０は伝送前の信号）
α：ステップサイズ
ここで、信号Ｘｍ  及びエラーデータｅ０を、
Ｘｍ＝Ｘｍ（ｒ）−ｊＸｍ（ｉ）
ｅ０＝ｅ０（ｒ）＋ｊｅ０（ｉ）
というように複素表現すると（（ｒ）は実数部データを、（ｉ）は虚数部データを表す、以下同様）、
Ｘｍ×ｅ０＝（Ｘｍ（ｒ）×ｅ０（ｒ）＋Ｘｍ（ｉ）×ｅ０（ｉ））＋ｊ（Ｘｍ（ｒ）×ｅ０（ｉ）−Ｘｍ（ｉ）×ｅ０（ｒ））
となり、式（１）は次のようになる。
【００３９】
Ｃｎ＋１，ｍ（ｒ）＝Ｃｎ，ｍ（ｒ）−α×（Ｘｍ（ｒ）×ｅ０（ｒ）＋Ｘｍ（ｉ）×ｅ０（ｉ））．．．（２）
Ｃｎ＋１，ｍ（ｉ）＝Ｃｎ，ｍ（ｉ）−α×（Ｘｍ（ｒ）×ｅ０（ｉ）−Ｘｍ（ｉ）×ｅ０（ｒ））．．．（３）
ところが、実際の伝送系の場合、受信側では伝送前の信号χ０はわからないのでエラーデータｅ０の算出に用いることはできない。そこで、受信側で伝送前の信号を推測し、その推測値を基準信号として用いて波形等化を行う。これをブラインドアルゴリズムという。ブラインドアルゴリズムを用いてある制約の下に数千回の更新を繰り返すと等化係数は収束し、信号波形の等化が実現される。
【００４０】
ＳＴＯＰ＆ＧＯアルゴリズムとは、ＬＭＳエラーとサトーエラーとのベクトルの向きによって複素乗算における係数の更新をするか否かを決める方法である。まず、ＬＭＳエラーは次のように定義される。ＬＭＳエラーをＬＭＳＥＲ、基準信号をＤとすると、
ＬＭＳＥＲ＝Ｚ０−Ｄ
となる。
【００４１】
次に、サトーエラーは次のように定義される。サトーエラーの基準値をＢとすると、Ｂは次のように定義される。
【００４２】
Ｂ＝Ｅ（｜Ａｎ｜２）／Ｅ（｜Ａｎ｜）
Ａｎ：基準信号のベクトル
Ｅ（）：平均
サトーエラーをＳＡＴＥＲとすると、
ＳＡＴＥＲ＝Ｚ０−Ｂ
となる。
【００４３】
図３は変調方式として６４ＱＡＭを仮定した場合の、変調信号データにおける位相図の第１象限を示す図であり、ＬＭＳエラーとサトーエラーの関係を示すものである。図３において、黒丸は信号点位置、丸で囲んだ黒丸はサトーエラーの基準点である。等化信号Ｚ０が図３の白丸の位置にあったとすると、ＬＭＳエラー及びサトーエラーは図３に示したベクトルになる。サトーエラーの基準点は各象限に一つずつすなわち全部で４つあり、ＬＭＳエラーの基準位置は各信号点であり、６４ＱＡＭの場合全部で６４点ある。
【００４４】
ＳＴＯＰ＆ＧＯアルゴリズムを用いると、等化係数の更新の式は次のようになる。
【００４５】
Ｃｎ＋１，ｍ（ｒ）＝Ｃｎ，ｍ（ｒ）−α×（Ｘｍ（ｒ）×ｅ０（ｒ）×ｆｒ＋Ｘｍ（ｉ）×ｅ０（ｉ）×ｆｉ）．．．（４）
Ｃｎ＋１，ｍ（ｉ）＝Ｃｎ，ｍ（ｉ）−α×（Ｘｍ（ｒ）×ｅ０（ｉ）×ｆｉ−Ｘｍ（ｉ）×ｅ０（ｒ）×ｆｒ）．．．（５）
ここで、ｆｒ、ｆｉは、実軸、虚軸それぞれについて独立に算出されるフラグであり、以下の条件によって定義される。
【００４６】
ここで、ｅ０（ｒ）×ｆｒをＥＩ、ｅ０（ｉ）×ｆｉをＥＱとすると、式（４）、（５）はそれぞれ、
Ｃｎ＋１，ｍ（ｒ）＝Ｃｎ，ｍ（ｒ）−α×（Ｘｍ（ｒ）×ＥＩ＋Ｘｍ（ｉ）×ＥＱ）．．．（６）
Ｃｎ＋１，ｍ（ｉ）＝Ｃｎ，ｍ（ｒ）−α×（Ｘｍ（ｒ）×ＥＱ−Ｘｍ（ｉ）×ＥＩ）．．．（７）
となる。ここで、ＥＩ，ＥＱをエラーデータという。
【００４７】
本実施形態に係る波形等化装置は、式（６）及び（７）に従って等化係数の更新を行うものである。
【００４８】
本発明のＡＦＣ／ＡＰＣブロック４０における周波数補正および位相補正も、ＬＭＳアルゴリズムによって実現している。補正係数の更新式を次式に表す。
【００４９】
Ｈｎ＋１＝ＨｎＦｎ＋μ（Ｄｎ−ＨｎＵｎ）Ｕｎ＊．．．（８）
Ｆｎ＋１＝Ｆｎ＋μｆ（Ｈｎ＋１−ＦｎＨｎ）Ｈｎ＊．．．（９）
上式において、
Ｈｎ：位相補正係数
Ｆｎ：周波数補正係数
Ｄｎ：デシジョン信号
Ｕｎ：入力信号
μ，μｆ：ステップサイズ
を表す。また＊は共役複素数を表す。
【００５０】
ＬＭＳアルゴリズムに基づく上式を用いることによって、周波数誤差および位相誤差を同時に補正することが可能である。式（８）における（Ｄｎ−ＨｎＵｎ）は、等化係数を求めるＳＴＯＰ＆ＧＯアルゴリズムにおけるエラーデータに相当し、これは誤差評価部２０４から出力されるエラーデータを用いることができる。
【００５１】
また、誤差を除去した信号はＨｎＵｎであり、本アルゴリズムにおいてはＨｎにＦｎの成分が含まれているため、ＨｎＵｎが位相誤差および周波数誤差の両方を補正した信号となる。最終的にＡＦＣ／ＡＰＣを行なった信号はＨｎＵｎ＊である。
【００５２】
図４は本発明の実施形態に係る等化部の詳細構成を示す図である。図４において、ＦＦＥフィ」ルタ部２０２は（ｍ＋１）個（ｍは正の整数）のタップと、遅延素子および加算器によって構成されており、各タップにはＦＦＥ係数更新部２０１によって更新された等化係数Ｃｆ０〜Ｃｆｍがそれぞれ与えられる。
【００５３】
また、ＤＦＥフィルタ部２０７はスライサ２０８と、（ｍ＋１）個のタップと、遅延素子および加算器によって構成されており、各タップにはＤＦＥ係数更新部２０６によって更新された等化係数Ｃｄ０〜Ｃｄｍがそれぞれ与えられる。スライサ２０８は、変調信号データが、例えば図５に示すような位相平面図（図５は６４ＱＡＭ変調）上において、点線で区切られるどの領域に属するかを判断して、その領域に存在する信号点位置に対応する信号（デシジョン信号）を出力する。例えば変調信号の実数成分（Ｉデータ）が１３、虚数成分（Ｑデータ）が１５であるとき、Ｉデータ＝９、Ｑデータ＝９というデシジョン信号を出力する。
【００５４】
誤差評価部２０４によって生成されたエラーデータＥｒｒは、ＦＦＥ係数更新部２０１、ＤＦＥ係数更新部２０６、およびＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新部２０５に入力され、係数更新のために用いられる。
【００５５】
本実施形態では、ＡＦＣ／ＡＰＣ部２０５を等化部１０８のちょうど真ん中に配置している。すなわち、等化部１０８の前段であるＦＦＥフィルタ部２０２のタップの数と、後段のＤＦＥフィルタ２０７のタップの数が等しくして、１タップのＡＦＣ／ＡＰＣ部を実現している。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかる音声処理システムは、伝送路上でのデータ通信のロバスト性の強化とノイズおよびエコーへの耐性を同時に高めることができるものであり、航空機内における音声処理システム等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る音声処理システムの構成の概略を表すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係る等化部の構成を示す図
【図３】変調方式をＱＡＭとした場合におけるＬＭＳエラー及びサトーエラーを説明するための図
【図４】本発明の実施形態に係る等化部の詳細構成を示す図
【図５】６４ＱＡＭの位相平面図におけるスライスレベルと信号点の位置を示す図
【図６】伝送路およびその等化のモデルを表す図
【図７】デジタル等化器の構成図
【符号の説明】
【００５８】
１    エンコード処理部
２    誤り訂正符号化部
３    音声変調処理部
４    スクランブラ
５    リードソロモンエンコーダ
６    インターリーバ
７    同期挿入部
８    デジタルマッピング部
９    波形整形フィルタ
１０    補間フィルタ
１１    周波数変換フィルタ
１２    バンドパスフィルタ
１３    デジタルアナログ変換器
１００    デコード処理部
１０１    音声復調処理部
１０２    誤り訂正復号化部
１０３    アナログデジタル変換器
１０４    検波部
１０５    波形整形部
１０６    クロック再生部
１０７    ＡＧＣ部
１０８    等化部
１０９    ＦＦＥ部
１１０    ＡＦＣ／ＡＰＣ部
１１１    ＤＥＦ部
１１２    デジタルデマッピング部
１１３    同期検出部
１１４    デインターリーバ
１１５    リードソロモンデコーダ部
１１６    デスクランブラ部
２０１    ＦＦＥ係数更新部
２０２    ＦＦＥフィルタ部
２０３    タップ
２０４    誤差評価部
２０５    ＡＦＣ／ＡＰＣ係数更新部
２０６    ＤＥＦ係数更新部
２０７    ＤＦＥフィルタ部
２０８    スライサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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