(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２系統で伝送される少なくとも音声信号を含む信号に基づいて伝送路エラーを検出する２系統音声信号における伝送路エラー検出装置において、
前記２系統音声信号ｘ(t),y(t）の差信号ｚ(t)と、該２系統音声信号ｘ(t),y(t）の一方の信号とから、伝送路エラーが発生したことを検出する手段と、
前記音声信号ｘ(t),y(t）と、前記差信号ｚ(t)のウェーブレット変換から、ウェーブレット変換係数Ｘ(k)、Ｙ(k)、およびＺ(k)を求める手段と、
該ウェーブレット変換係数Ｘ(k)とＺ(k)、Ｙ(k)とＺ(k)の相関係数ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ）を求める手段と、
該相関係数ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ）と予め学習により求められた閾値ＣＴとを比較し、エラーが含まれている信号を判定する手段とを具備したことを特徴とする２系統音声信号における伝送路エラー検出装置。
【請求項２】
前記伝送路エラーが発生したことを検出する手段は、前記２系統音声信号ｘ(t),y(t）の一方と、前記差信号の差の絶対値が、予め定められた閾値以下の時に、伝送路エラーが発生したと判定することを特徴とする前記請求項１に記載の２系統音声信号における伝送路エラー検出装置。
【請求項３】
前記エラーが含まれている信号を判定する手段は、前記閾値ＣＴより大きい相関係数を有する信号に、エラーが含まれていると判定することを特徴とする前記請求項１または２に記載の２系統音声信号における伝送路エラー検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２系統音声信号における伝送路エラー検出装置に関し、特に信頼性高く伝送路エラーを検出できる２系統音声信号における伝送路エラー検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、同一の画像情報を２本の経路に分けて伝送し、出力側で正常な経路を選択することにより、通信の高信頼性を確保するようにしたシステムが使用されている。このシステムでは、２系統の画像情報の差分等を監視し、伝送路でのエラーの検出、またエラーが検出された際に、番組を途切れさせることなく切り替えることを目的としている。なお、この種の従来技術として、本出願人による、例えば特開２０００−３５０２３８号公報に記されているようなものがある。
【０００３】
また、従来、音声信号を用いて伝送路エラーを検出するものとしては、１回線のみから検知するものが殆どである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
軽微な伝送路エラー等が発生した場合には、映像よりも音声の方が劣化を検知されやすい場合があるが、従来のように、１回線のみを用いて伝送路エラーを検知するものは、一般的に伝送路エラーの性質から判断するため、本来エラーであるものをエラーでないと判断してしまったり、逆にエラーでないものをエラーであると判断する可能性があり、信頼性が不十分であった。
【０００５】
本発明は、前記した従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、２系統の伝送路を用いた冗長構成の通信において、伝送路エラーを効果的に、かつ信頼性高く検出できる伝送路エラー検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、２系統で伝送される少なくとも音声信号を含む信号に基づいて伝送路エラーを検出する２系統音声信号における伝送路エラー検出装置において、前記２系統音声信号ｘ(t),y(t）の差信号ｚ(t)と、該２系統音声信号ｘ(t),y(t）の一方の信号とから、伝送路エラーが発生したことを検出する手段と、前記音声信号ｘ(t),y(t）と、前記差信号ｚ(t)のウェーブレット変換から、ウェーブレット変換係数Ｘ(k)、Ｙ(k)、およびＺ(k)を求める手段と、該ウェーブレット変換係数Ｘ(k)とＺ(k)、Ｙ(k)とＺ(k)の相関係数ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ）を求める手段と、該相関係数ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ）と予め学習により求められた閾値ＣＴとを比較し、エラーが含まれている信号を判定する手段とを具備した点に特徴がある。
【０００７】
この特徴によれば、軽微な伝送路エラーでも、また前記２系統のうちのどちらの系統にエラーが含まれているかを、正確に検出することができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明が適用される２系統の伝送路を用いた冗長構成の通信システムの概念図である。
【０００９】
送信側では、音声信号あるいは音声信号を含むビデオ信号等の入力信号１０が２系統に分配され、第１系統の第１のエンコーダ１１および第２系統の第２のエンコーダ１２により符号化される。第１のエンコーダ１１で符号化された信号は第１の伝送路１３を経て受信側に伝送され、受信側の第１のデコーダ１５により復号される。同様に、第２のエンコーダ１２で符号化された信号は第２の伝送路１４を経て受信側に伝送され、受信側の第２のデコーダ１６により復号される。
【００１０】
第１、第２デコーダ１５，１６で復号された信号ｘ(t)，ｙ(t)は、エラー検出装置１７に入力し、伝送路のエラー（障害）を検出される。ここに、ｔは時間を表す。前記２系統とも正常な場合は、現用線路の例えば第１系統の伝送路が選択され、該第１系統の復号信号ｘ(t)が出力信号２０として出力される。一方、前記現用線路にエラーが発生したと判断された場合には、第２系統の予備線路の復号信号ｙ(t)が選択され、出力信号２０として出力される。この切替は、無瞬断で行われる。
【００１１】
本発明では、伝送路に軽微なエラーが発生した場合には、ビデオ信号よりも音声信号の方が信号の劣化を検出しやすい場合があることに着目し、前記エラー検出装置１７は、音声信号を基にエラー検出を行う。図２は、該エラー検出装置１７の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１２】
前記第１、第２デコーダ１５，１６で復号された信号ｘ(t)，ｙ(t)は、エラー検出装置１７に入力する。窓（Window）３１と３２は、該信号ｘ(t)，ｙ(t)から同区間の音声信号を抽出する。なお、前記２系統の音声信号の時間のずれは、図示されていない装置により補償され、該窓３１と３２には、時間ずれのない信号が入力してくるものとする。すなわち、該信号ｘ(t)，ｙ(t)には、時間ずれがないものとする。
【００１３】
減算手段３３は、信号ｘ(t)，ｙ(t)の差分ｚ(t)を求め、該差分ｚ(t)はエラー判定部３４に送られる。エラー判定部３４では、該差分ｚ(t)と前記信号ｘ(t)（または、ｙ(t)）とを比較し、その差の絶対値が予め定められた閾値以下であれば、前記第１経路、または第２経路のいずれか一方に何らかの障害が発生したと判断する。エラーなしと判定された場合には、信号ｘ(t)がエラー検出装置１７から出力される。なお、差分ｚ(t)と前記信号ｘ(t)（または、ｙ(t)）との比較によりエラーが検知できるのは、もし両伝送路にエラーがなければ、ｚ(t)＝０または≒０になり、ｚ(t)と信号ｘ(t)（または、ｙ(t)）との差が大になるところ、一方の伝送路にエラーが発生すると、ｚ(t)は０にならず、信号ｘ(t)（または、ｙ(t)）との差が小さくなるからである。
【００１４】
次に、前記エラー判定部３４でエラーありと判断された時には、信号ｘ(t)，ｙ(t)は特徴量導出部３５に導かれ、その後の処理により、どちらの信号がエラーであるかの判定がされる。
【００１５】
該エラーの判定には、次のような方法が考えられる。まず、単純に、前記差分ｚ(t)と、信号ｘ(t)，ｙ(t)との相関を取る方法が考えられる。しかし、この方法では、仮に、１点で大きなエラーが生じた場合、正常信号とｚ(t)、およびエラーを含む信号とｚ(t)との相関に殆ど違いがなく、この特徴量では分離が不可能である。
【００１６】
次に、前記差分ｚ(t)と、信号ｘ(t)，ｙ(t)のパワースペクトル等を特徴量とする方法が考えられる。この方法によると、窓（Window）のサイズにもよるが、予備実験の結果、差分ｚ(t)と、信号ｘ(t)，ｙ(t)の特徴量の相関に大した違いが現れず、前記の方法と同様に、分離が不可能であることが確かめられた。なお、前記パワースペクトルとは、ある信号ｆ(t)をフーリエ変換して得られる係数の大きさの２乗和である。
【００１７】
さらに、他のエラー判定方法として、時間方向にローパスフィルタを適用し、変化した信号をエラーありとするものも考えられる。しかしながら、この方法では、エラーが数サンプル連続した場合にはエラー検出が不可能となったり、高周波成分をエラーと誤判断してしまうという恐れがある。
【００１８】
そこで、本実施形態では、以下に説明するような、学習のフェーズと検出のフェーズとからなり、前者のフェーズで事前に実際の信号で予め学習をしておき、次に後者の検出フェーズで、該学習により得た後述の閾値ＣＴを用いて、信号ｘ(t)，ｙ(t)のどちらにエラーがあるかの判定を行う。
【００１９】
まず、学習のフェーズについて説明する。
(1)予備実験として、エラーを含む信号ｘ(t)、エラーを含まない信号ｙ(t)に対して、差信号ｚ(t)を求める。そして、該３つの信号ｘ(t)、ｙ(t)、およびｚ(t)に対して、下記の文献に示されている変換を施し、それぞれをＸ(k)、Ｙ(k)、およびＺ(k)とする。
文献：S.Mallat and Z.Zhang,‘Matching Pursuits With Time-Frequency Dictionaries’IEEE Trans. on Signal Processing,Dec.1993.
前記文献に記されている変換方式の概要を、図３を参照して説明する。この方式は、ウェーブレット変換の一種であり、ある信号をウェーブレット関数Ｐｉ，ｊにより、低域成分l(t）と、高域の係数ｄｉ，ｊとに分解する。例えば、図３に示されているような波形の音声信号ｘ(t)を分解することを考えると、辞書からウェーブレット関数Ｐｉ，ｊを選択し、それに基づいて下記の式（１）により係数ｄｉ，ｊと、低域成分l(t）を求める。
0003818500.tif 000002
すなわち、図３に示されているように、原信号である音声信号ｘ(t)を辞書から得たウェーブレット関数Ｐｉ，ｊを基に、図示のように分解する。この分解により、図３、図４に示されているような、高域の係数ｄ−３，ｊ、ｄ−２，ｊ、ｄ−１，ｊと、低域成分ｌ(t)が得られる。このｄｉ，ｊを羅列したもの（ｄ−３，ｊ、ｄ−２，ｊ、ｄ−１，ｊ）が、Ｘ(k)となる。ここに、ｋは次数である。
前記と同様にして、音声信号ｙ(t)、差分信号ｚ（t）に、前記文献に示されている変換を施し、Ｙ(k)、Ｚ(k)を得る。
【００２０】
(2)次に、前記Ｘ(k)、Ｙ(k)と、Ｚ(k)との間で、次数ｋ＝Ｋまでの相関係数を取る。該相関係数を、ＣＫ（Ｘ，Ｚ）、ＣＫ（Ｙ，Ｚ）とする。
(3)前記(1),(2）のサンプルを複数個取る。
(4)前記(3)で取られた複数個のエラーを含む信号ｘ(t)の相関係数ＣＫ（Ｘ，Ｚ）、複数個のエラーを含まない信号ｙ(t)の相関係数ＣＫ（Ｙ，Ｚ）に対して、特徴量Ｃ＝ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣ＝ＣＫ（Ｙ，Ｚ）の分布を求める。
(5)次に、下記の方法で、エラーが含まれている信号をエラーを含んでいないと判定する確率αと、エラーが含まれていない信号をエラーを含んでいると判定する確率βの両方の値を小さくする特徴量Ｃの閾値ＣＴを求める。
【００２１】
該閾値ＣＴは、以下のようにして求めることができる。いま、仮説Ｈ0：「どちらかの信号が伝送路エラーを含んでいる」、仮説Ｈ1：「どちらの信号も伝送路エラーを含んでいない」とした時に、観測される信号から抽出される何らかの特徴量をＣ（例えば、前記特徴量ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ））とすると、それは不確定要素から抽出される変数なので、確率変数と考えることができる。ここで、前記仮説Ｈ0、Ｈ1のもとでの確率密度関数をｐ（Ｃ；Ｈ0）、ｐ（Ｃ；Ｈ1）とすると、エラーが含まれている信号をエラーを含んでいないと判定する確率（検出漏れの確率）αと、およびエラーが含まれていない信号をエラーを含んでいると判定する確率（誤検出の確率）βは、棄却域をＲとして、次の(2)式、(3)式のように表せる。
α＝∫Ｒｐ（Ｃ；Ｈ0）ｄＣ  ・・・(2)
β＝∫Ｒｐ（Ｃ；Ｈ1）ｄＣ  ・・・(3)
ここで、α、βの両者をできる限り小さくするＣの値を、閾値ＣＴとする。
以上で、前記学習のフェーズを終わり、前記検出フェーズへ進む。
【００２２】
次に、実際の信号ｘ(t)、ｙ(t)に対して、前記閾値ＣＴを適用して信号ｘ(t)、ｙ(t)のどちらにエラーが含まれているか否かの判定をするフェーズ（判定フェーズ）について、図２を参照して説明する。
【００２３】
(1)前記エラー判定部３４によりエラーありと判定されると、特徴量導出部３５は、前記２系統の信号ｘ(t)、ｙ(t)とその差信号ｚ(t)に、前記文献による変換を施して、変換係数Ｘ(k)、Ｙ(k)、およびＺ(k)を得る。
(2)前記特徴量導出部３５で得られた変換係数Ｘ(k)とＺ(k)は、相関部３６で次数ｋ＝Ｋまでの相関を前記のようにして求められる。また、変換係数Ｙ(k)とＺ(k)は、相関部３７で次数ｋ＝Ｋまでの相関を同様に求められる。求められた相関を、それぞれ、ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ）とする。
(3)閾値処理部３８は、前記相関ＣＫ（Ｘ，Ｚ）およびＣＫ（Ｙ，Ｚ）と、前記学習で求められた閾値ＣＴとを比較し、該閾値ＣＴより大きい場合は、その信号にエラーが含まれていると判定する。例えば、相関ＣＫ（Ｘ，Ｚ）が該閾値ＣＴより大きい場合は、信号ｘ(t)にエラーが含まれていると判定する。
【００２４】
本発明者は、本実施形態の有効性を検証するために、シミュレーション実験を行った。なお、該シミュレーション実験では、ＡＥＳ／ＥＢＵディジタルオーディオフォーマットを対象とし、その中で、ペイロード部以外でのエラーは容易に検出可能であるため、対象外とした。また、２系統の時間のずれは補償されているものとし、両系統のうち、少なくとも一方は正常に稼働しているものとした。
【００２５】
以上の条件の下で、前記各値α，β、およびエラーを含む場合と含まない場合のＣの閾値ＣＴを計測した結果、図５のようになった。図５の従来方法は、前記した、単純に、前記差分ｚ(t)と、信号ｘ(t)，ｙ(t)との相関を取って、エラーを検知する方法である。
【００２６】
図５から明らかなように、本発明方式によれば、従来方式に比べて、検出漏れの確率αと、誤検出の確率βが、共に極めて小さい値になっていることが分かる。すなわち、本発明方式は、従来方式に比べて、１０４のオーダで小さいことが分かる。これは、エラーを含む信号をほぼ間違いなく検出し、逆にエラーを含まない信号を抽出しないことを意味し、本実施形態の有効性が確認できた。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜３の発明によれば、２重の伝送路をもつ伝送システムにおいて、伝送路エラー等により信号が劣化した場合、いずれの信号が劣化したかを高精度で検出できるようになる。このため、２系統信号における伝送路エラー検出の信頼性を大きく向上させることができる。特に、軽微な伝送路エラーが発生した場合の検出精度が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用される２重伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】  図１のエラー検出装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】  本実施形態が使用するウェーブレット変換の説明図である。
【図４】  ウェーブレット変換係数の説明図である。
【図５】  本発明と従来方式の効果の比較を説明する図である。
【符号の説明】
１７・・・エラー検出装置、３２・・・減算手段、３４・・・エラー判定部、３５・・・特徴量導出部、３６，３７・・・相関部、３８・・・閾値処理部。
【図１】
0003818500.tif 000003
【図２】
0003818500.tif 000004
【図３】
0003818500.tif 000005
【図４】
0003818500.tif 000006
【図５】
0003818500.tif 000007