JP6014287B1 - 同期放送システム、配信装置、送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期放送システムにおいて、得演奏所から送信所に至る伝送路で生じる遅延の変動を精度よく吸収し、音声信号の出力タイミングを精度よく一致させる技術を提供する。【解決手段】同期放送システムは、配信装置と複数の送信装置とを備え、両者は一定周期のタイミングを表す同一の基準タイミングを取得する。配信装置では、音声帯域以外の周波数を有し基準タイミングに同期した同期信号の位相を表す位相情報、および基準タイミングを表すタイミング情報を音声信号に付加し、その音声信号を表す音声データの系列を送信装置に配信する。送信装置は、配信された音声データの系列からタイミング情報および位相情報を分離し、分離されたタイミング情報と基準タイミングとから求めた伝送路遅延時間、分離された位相情報に基づく検出位相と遅延ばらつきがない場合に検出されるべき基本位相とから求めた遅延ゆらぎ時間を用いて、個々の音声データを遅延調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、音声信号の同期放送において、受信障害を軽減する技術に関する。

従来、演奏所から複数の送信所に同一プログラムの音声信号を配信し、配信を受けた各送信所が、同一周波数にて同一プログラムの音声放送波を送信するいわゆる同期放送を実現する同期放送システムが知られている。この同期放送システムでは、演奏所から各送信所までの音声信号の伝送に、ＡＴＭ伝送網やＩＰ伝送網を含む様々な伝送網が用いられている。また、同期放送システムでは、各送信所は、演奏所から配信される音声信号を、同じタイミングで送信する必要がある。

ＡＴＭ伝送網やＩＰ伝送網などの非同期なパケット伝送を行う伝送網では、各送信所までの伝送経路の違いによって送信所毎に伝送路遅延が異なり、また、同じ送信所であっても、キャリア側の都合によって伝送経路が変更されることによって伝送遅延が変動する。更に、伝送経路中の中継機器等の負荷状況によって遅延ゆらぎも発生する。

このうち、遅延ゆらぎを抑制する手法の一つとして、例えば、特許文献１には以下の技術が記載されている。即ち、送信側にて、一定周期の基準タイミングを基準として、送信対象となるパケットの入力時間を測定し、その測定より得られた時間情報を、タイムスタンプとしてパケットに付加して送信する。受信側では、送信側の基準タイミングと同じ一定周期を有する受信側基準タイミングと、タイムスタンプに示された時間情報とを用いて、各パケットの出力タイミングを、受信側基準タイミングからの相対時間で特定する。

特開平９−６４８９２号公報

しかし、特許文献１に記載の従来技術では、遅延ゆらぎは除去できるものの、タイムスタンプとして、基準タイミングに対する相対的な時間を表す時間情報を用い、また、各送信所では、それぞれ個別に基準タイミングを生成するため、送信所間の伝送路遅延の違いを吸収することはできないという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、同期放送システムにおいて、演奏所から各送信所に至る伝送路で生じる遅延の変動を精度よく吸収し、音声信号の出力タイミングを精度よく一致させる技術を提供することを目的としている。

本開示の一態様に係る同期放送システムは、配信装置と、複数の送信装置とを備える。配信装置は、デジタル化された音声信号を配信する。送信装置は、配信装置から配信された音声信号を用いて、予め指定された周波数の搬送波を変調した電波を同一タイミングで送信する。これにより、複数の送信装置が送信する電波により同一周波数を用いた同期放送を実施する。

配信装置は、配信側基準取得部と、同期信号生成部と、信号付加部と、配信部とを備える。配信側基準取得部は、既存の標準時刻を表す時刻情報によって特定される一定周期のタイミングである基準タイミングを取得する。同期信号生成部は、予め設定された音声帯域以外の周波数を有し、配信側基準取得部にて取得された基準タイミングに同期した同期信号を生成する。信号付加部は、配信側基準取得部にて取得された基準タイミングを表すタイミング情報および同期信号生成部にて生成された同期信号の位相情報を、音声信号に付加する。配信部は、信号付加部によりタイミング情報および位相情報が付加された音声信号を、基準タイミングに同期したタイミングでサンプリングした音声データの系列として、複数の送信装置に配信する。

送信装置は、受信部と、送信側基準取得部と、付加情報分離部と、付加タイミング抽出部と、遅延算出部と、遅延ゆらぎ算出部と、遅延調整部と、放送波送信部とを備える。受信部は、配信装置から配信された音声データの系列を受信する。送信側基準取得部は、配信側基準取得部と同じ基準タイミングを取得する。付加情報分離部は、受信部にて受信された音声データの系列からタイミング情報および位相情報を分離する。付加タイミング抽出部は、付加情報分離部にて分離されたタイミング情報から特定されるタイミングである付加タイミングを抽出する。遅延算出部は、送信側基準取得部にて取得された基準タイミングから、付加タイミング抽出にて抽出された付加タイミングまでの遅延時間である伝送路遅延時間を求める。遅延ゆらぎ算出部は、配信装置にて音声データのそれぞれに対応付けられる基準タイミングを基点とした同期信号の位相を基本位相とし、付加情報分離部にて分離された位相情報が示す位相を検出位相とし、付加タイミングを基点とした音声データのサンプリング周期毎のタイミングを規定タイミングとして、受信部にて受信された音声データ毎に、基本位相と検出位相の位相差から、規定タイミングに対する音声データの受信タイミングのずれ量である遅延ゆらぎ時間を求める。遅延調整部は、配信装置から送信装置への配信の過程で発生し得る遅延の最大値以上に設定された設定遅延時間から、伝送路遅延時間と遅延ゆらぎ時間の合計値を減じた時間を調整遅延時間として、音声データ毎に、該音声データの受信タイミングを調整遅延時間だけ遅延させる。放送波送信部は、遅延調整部にて個々の音声データの遅延が調整された音声信号を用いて、同期放送に用いる放送波を生成して送信する。

このような構成によれば、伝送経路の相違によって生じる送信装置毎に異なった伝送路遅延時間だけでなく、同じ送信装置に対する伝送であっても個々の音声データ間で生じる遅延ゆらぎ時間も含めて遅延調整が行われるため、各送信装置での音声信号の出力タイミングを精度よく一致させることができる。

本開示の別の態様に係る配信装置は、配信側基準取得部と、同期信号生成部と、信号付加部と、配信部とを備える。なお、これら各部は、上述の同期放送システムを構成する配信装置の各部と同様のものである。

このような構成によれば、上述した同期放送システムを構成する配信装置として機能するため、この同期放送システムを構築する際に、好適に用いることができる。
本開示の別の態様に係る送信装置は、受信部と、送信側基準取得部と、付加情報分離部と、付加タイミング抽出部と、遅延算出部と、遅延ゆらぎ算出部と、遅延調整部と、放送波送信部とを備える。なお、これら各部は、上述の同期放送システムを構成する送信装置の各部と同様のものである。

このような構成によれば、上述した同期放送システムを構成する送信装置として機能するため、この同期放送システムを構築する際に、好適に用いることができる。

同期放送システムの構成を示すブロック図である。 ＡＥＳ／ＥＢＵ規格のフォーマットを示す説明図である。 同期情報付加部の構成を示すブロック図である。 音声伝送帯域、音声帯域、同期化信号伝送帯域の関係を示す説明図である。 同期信号の周波数がサンプリング周波数の１／３である場合に使用する基本位相を例示する説明図である。 基準信号を例示する波形図である。 同期信号を基準信号で振幅変調することで得られる同期化信号を例示する波形図である。 同期信号を基準信号で位相変調（ＢＰＳＫ）することで得られる同期化信号を例示する波形図である。 同期化信号を位相変調した場合のスペクトラムの広がりを例示するグラフである。 遅延同期部の構成を示すブロック図である。 伝送路遅延および遅延ゆらぎに関する説明図である。 実験用システムの構成を示すブロック図であり、（ａ）が配信装置から配信される音声信号と、ＩＰ伝送路経由で配信され、送信装置で再生された音声信号との比較に用いた第１の実験用システムであり、（ｂ）がプロトコル変換を行う伝送路経由と、プロトコル変換を行わない伝送路経由とで、送信装置で再生された音声信号の比較に用いた第２の実験用システムである。 第１の実験用システムによる計測結果を示すグラフである。 第２の実験用システムによる計測結果を示すグラフである。 ＩＰコーデックによって付加される遅延ゆらぎの計測結果を示すグラフである。 第１の実験用システムでの計測結果を示すグラフの一部を拡大した拡大図である。 同期信号の周波数と基本位相との関係を示す説明図であり、（ａ）が同期信号の周波数がサンプリング周波数の２／５の場合、（ｂ）が同じく５／１２の場合、（ｃ）が同じく３／８の場合、（ｄ）が同じく７／１６の場合を示す。 複数の中継所から演奏所に送られる音声信号を同期させて合成する音声信号生成システムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
［１．システム構成］
図１に示す同期放送システム１は、演奏所に設置される配信装置２と複数の送信所のそれぞれに設置される送信装置３、４を備える。配信装置２は、ＩＥＣ６０９５８等により標準化されているＡＥＳ／ＥＢＵ規格のフォーマット（以下「ＡＥＳ／ＥＢＵフォーマット」という）の音声フレームを、各伝送網を介して各送信装置３、４に配信する。送信装置３は伝送網Ａを介して受信した音声フレームから抽出した音声信号に従って、送信装置４は伝送網Ｂを介して受信した音声フレームから抽出した音声信号に従って、同期放送を行う。なお、図では、送信装置３、４を備えているが、送信装置を３つ以上備えていてもよい。また、伝送網Ａ、伝送網Ｂは、例えばＡＴＭ伝送網、ＩＰ伝送網などで構成されるが、これらに限定されるものではない。

［２．ＡＥＳ／ＥＢＵフォーマット］
ＡＥＳ／ＥＢＵフォーマットは、音声信号をデジタルデータに変換された音声データを順次送信するためのフォーマットである。図２に示すように、最小単位のサブフレームは、３２ビットで構成され、４ビットのプリアンブル、４ビットの補助データ、２０ビットの音声データ、以下各１ビットの妥当性表示フラグ（Ｖ）、ユーザデータ（Ｕ）、チャネルステータス（Ｃ）、パリティビット（Ｐ）からなる。なお、補助データは、音声データが２４ビットで表される場合に使用される。但し、音声データは、フレーム中の２７ビット目側がＭＳＢとなるように格納される。

サブフレームは、二つで一つのフレームを構成し、更に、１９２個のフレームで一つのブロックを構成する。
一つのフレームを構成する二つのサブフレームは、ステレオ音声の左チャネルのデータ伝送に使用するチャネル１と、ステレオ音声の右チャネルのデータ伝送に使用するチャネル２とからなる。つまり、フレームの伝送スピードは、音声データのサンプリング周波数の６４倍となる。サンプリング周波数は、例えば、４８ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ、３２ｋＨｚの中から選択される。以下では、音声信号をサンプリングした音声データの系列を総称する場合に音声信号ともいう。音声信号以外の信号についても同様である。また、以下では、数値を用いた具体的な説明をする場合、サンプリング周波数が４８ｋＨｚであるものとする。

サブフレームのプリアンブルは、３種類のパターン（Ｘ，Ｙ，Ｚ）がある。ブロックの先頭に位置するサブフレーム（つまりチャネル１）のプリアンブルにはパターン「Ｚ」が用いられ、それ以外のチャネル１のサブフレームのプリアンブルにはパターン「Ｘ」が用いられる。また、チャネル２のサブフレームのプリアンブルにはパターン「Ｙ」が用いられる。これらプリアンブルを抽出することで各サブフレームの先頭を抽出することができ、更にプリアンブルのパターンを識別することで、サブフレームの先頭やフレームの先頭等を識別することができる。

［３．配信装置］
図１に戻り、配信装置２は、音声フレーム生成部２１と、配信側基準取得部２２と、同期情報付加部２３と、配信部２４と、ＩＰ伝送送信部２５と、ＩＰ伝送送信部２６とを備える。配信装置２は、その全部をハードウェアによって実現してもよいし、少なくとも一部を、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、非遷移的実体的記録媒体ともいう）を有する周知のマイクロコンピュータが実行する処理によって実現してもよい。この場合、マイクロコンピュータが実現する各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

音声フレーム生成部２１は、音声放送のために生成された音声信号を取得し、ＡＥＳ／ＥＢＵフォーマットの音声フレームを生成する。なお、音声信号の取得先は、例えば、音声放送の番組を作成するスタジオや、録音済み番組の音声信号を記憶するサーバ等が考えられる。

配信側基準取得部２２は、予め定められた標準時刻を表す時刻情報を取得する。ここでは、周知のＧＰＳ受信機を用い、時刻情報として、１秒周期のパルス信号である１秒パルス信号（即ち、１ＰＰＳ）を取得する。

同期情報付加部２３は、音声フレーム生成部２１が生成した音声フレームによって配信される音声信号に、配信側基準取得部２２が取得した時刻情報に基づいて生成される同期情報を付加する。その詳細については後述する。

配信部２４は、同期情報付加部２３から供給される音声フレームを、複数に分配して、ＩＰ伝送送信部２５およびＩＰ伝送送信部２６のそれぞれに供給する。ＩＰ伝送送信部２５は、配信部２４から供給される同期情報が付加された音声フレームを、伝送網Ａを介して送信装置３に配信する。ＩＰ伝送送信部２６は、配信部２４から供給される音声フレームを、伝送網Ｂを介して送信装置４に配信する。なお、ＩＰ伝送送信部２５，２６は、音声フレームから各伝送網Ａ，Ｂで使用する配信フレームへのフレームフォーマットの変換を行う。このとき、音声データを伝送するペイロード以外のヘッダやフッダに載せられた情報は全て削除されることになる。

［３−１．同期情報付加部］
同期情報付加部２３は、図３に示すように、デジタル音声入力部２３１と、時刻情報生成部２３２と、同期信号生成部２３３と、同期化信号生成部２３４と、同期化信号付加部２３５とを備える。

デジタル音声入力部２３１は、入力された音声フレームから、右チャネルの音声データ（以下、右音声データ）および左チャネルの音声データ（以下、左音声データ）を抽出する。更に、抽出された右音声データの系列（以下、右音声信号）、および左音声データの系列（以下、左音声信号）のそれぞれについて、バンドパスフィルタを適用することで、両音声信号の帯域を、予め設定された音声帯域に制限して、同期化信号付加部２３５に供給する。ここでは、図４に示すように、音声帯域を５０Ｈｚ〜１５ｋＨｚとする。

時刻情報生成部２３２は、１秒パルス信号の受信タイミングを基準タイミングとして、同期信号生成部２３３および同期化信号生成部２３４に供給する。なお、基準タイミングを表す信号として、１秒パルス信号をそのまま供給してもよい。

同期信号生成部２３３は、基準タイミングに同期した同期信号を生成する。なお、同期信号は、同相成分を表すＩ信号および直交成分を表すＱ信号からなる二つの信号、いわゆる直交信号によって構成されている。つまり、同期信号の位相は、Ｉ信号およびＱ信号の振幅比を用いて瞬時に特定することが可能である。

同期信号は、上述の音声信号と同様に、サンプリング周波数でサンプリングされたデータの系列で表される。同期信号の周波数は、図４に示すように、サンプリング周波数の１／２、即ちナイキスト周波数以下、且つ音声帯域以外の周波数に設定される。つまり、サンプリング周波数と同期信号の周波数は公約数を持つ。同期信号の周波数として、例えば、サンプリング周波数が４８ｋＨｚである場合、その１／３となる１６ｋＨｚ、３／８となる１８ｋＨｚ、２／５となる１９．２ｋＨｚ、５／１２となる２０ｋＨｚ等が考えられる。以下では、同期信号の周波数を１６ｋＨｚであるものとして説明する。また、ここでは、同期信号の周波数を、音声帯域より高い周波数に設定しているが、音声帯域より低い周波数に設定してもよい。但し、サンプリング周波数と同期信号の周波数が、短周期で同期することが望ましいため、音声帯域より高い周波数を用いることが望ましい。

ここで同期信号の周波数が１６ｋＨｚである場合の、同期信号の位相と、Ｉ信号およびＱ信号の振幅の関係を、図５に示す。同期信号の周波数はサンプリング周波数の１／３であるため、同期信号を表すデータの系列を構成する各データは、１２０°ずつ位相が異なる３種類の基本位相θ1、θ２、θ３を順番に表したものとなる。ここでは、基本位相として、θ１＝０°、θ２＝１２０°、θ３＝２４０°が用いられる。また、基準タイミングでθ１となるように同期信号を生成する。なお、基本位相として使用する位相や、基準タイミングと一致させる基本位相は、上記設定に限定されるものではない。

同期化信号生成部２３４は、同期信号生成部２３３にて生成された同期信号、即ちＩ信号およびＱ信号のそれぞれを、基準タイミングを特定可能な波形を有する基準信号を用いて変調することで一対の同期化信号を生成する。ここでは、基準信号は、例えば、図６（ａ）に示すように、基準タイミングでピーク値を持つ半周期の正弦波を１秒周期で繰り返した波形を有するものを用いる。そして、同期化信号生成部２３４は、この基準信号によって同期信号を振幅変調することで同期化信号を生成する。この場合、同期化信号は、図７に示すように、その包絡線が基準信号の形状に従ったものとなる。

なお、基準信号の波形や変調方式は、これに限定されるものではなく、例えば、基準信号として、図６（ｂ）に示すように、基準タイミングで信号レベルが反転する信号を用い、この基準信号によって同期信号を位相変調（例えば、ＢＰＳＫ）するものであってもよい。この場合も、同期化信号は、図８に示すように、基準タイミングにて振幅が最小となるような波形を有する。

また、ここでは、同期信号の周波数を１６ｋＨｚとしているが、変調された同期化信号のスペクトラムの広がりを考慮して、音声帯域に対する干渉が十分に抑制されたものとなるように、同期信号の周波数を選択することが望ましい。図９は、同期信号の周波数を１８ｋＨｚ、１９．２ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、２１ｋＨｚとしてＢＰＳＫを行った場合のスペクトラムを示す。

更に、音声信号を同期化する場合、一般的には、遅延制御の精度が１μs以下であることが要求される。ここで同期信号の周波数を１Ｈｚとした場合、位相の検出角度誤差が１°として、その角度誤差によるタイミング誤差は２．８ｍｓとなるため実用的ではない。これに対して、同期信号の周波数を１６ｋＨｚとした場合、位相の検出角度誤差が１°として、その角度誤差によるタイミング誤差は０．１８μsとなるため、十分な精度が得られる。このため、同期信号の周波数は、音声帯域より高い周波数に設定することが望ましい。

図３に戻り、同期化信号付加部２３５は、Ｉ信号を変調することで得られる同期化信号を左音声信号（即ち、左音声チャネルの音声データ）に加算し、Ｑ信号を変調することで得られる同期化信号を右音声信号（即ち、右音声チャネルの音声データ）に加算することで、同期化信号を音声信号に付加する。

［４．送信装置］
送信装置３は、ＩＰ伝送受信部３１と、送信側基準取得部３２と、遅延同期部３３と、変調送信部３４と、アンテナ３５とを備える。送信装置３は、配信装置２と同様に、その全部をハードウェアによって実現してもよいし、少なくとも一部を、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、非遷移的実体的記録媒体ともいう）を有する周知のマイクロコンピュータが実行する処理によって実現してもよい。この場合、マイクロコンピュータが実現する各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

ＩＰ伝送受信部３１は、伝送網Ａを介して配信装置２から配信される配信フレームを受信し、ＡＥＳ／ＥＢＵフォーマットの音声フレームに変換して遅延同期部３３に供給する。

送信側基準取得部３２は、配信装置２を構成する配信側基準取得部２２と同様のものであるため、説明を省略する。なお、送信側基準取得部３２は、取得した時刻情報として１秒パルス信号を遅延同期部３３に供給する。

遅延同期部３３は、伝送装置３１から供給される音声フレームから右音声信号（即ち、右音声データの系列）および左音声信号（即ち、左音声データの系列）を抽出し、両音声信号から分離される同期情報および送信側基準取得部３２が取得した時刻情報を用いて、個々の音声データの遅延を調整して変調送信部３４に出力する。その詳細については後述する。

変調送信部３４は、遅延同期部３３から供給される個々の音声データが遅延調整された右音声信号および左音声信号からなるステレオ音声信号を用いて所定周波数の搬送波を変調し、アンテナ３５を介して自装置がカバーする放送エリアに向けて同期放送の放送波を送信する。

送信装置４は、伝送装置ＩＰ伝送受信部４１と、送信側基準取得部４２と、遅延同期部４３と、変調送信部４４と、アンテナ４５とを備える。ＩＰ伝送受信部４１は、伝送網Ｂを介して配信装置２から配信される配信フレームを受信し、伝送装置３１と同様に、ＡＥＳ／ＥＢＵフォーマットの音声フレームに変換して遅延同期部４３に供給する。他の構成４２〜４５は、それぞれ、送信装置３の送信側基準取得部３２、遅延同期部３３、変調送信部３４、アンテナ３５と同様の構成を有しているため、説明を省略する。

［４−１．遅延同期部］
遅延同期部３３は、図１０に示すように、付加情報分離部３３１と、時刻情報復調部３３２と、位相検出部３３３と、伝送路遅延検出部３３４と、遅延ゆらぎ検出部３３５と、遅延調整部３３６とを備える。

付加情報分離部３３１は、伝送装置３１から供給される音声フレームから、右音声データの系列（即ち、右音声信号）および左音声データの系列（即ち、左音声信号）を抽出し、その抽出された右音声信号および左音声信号から、それぞれ同期化信号を分離する。具体的には、音声帯域の信号を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と、音声帯域の信号を除去するバンドエリミネーションフィルタ（ＢＥＦ）とを用いて分離する。ＢＰＦの出力、即ち、同期化信号が除去された右音声信号および左音声信号は、遅延調整部３３６に供給される。ＢＥＦの出力、即ち、両音声信号から分離された一対の同期化信号は時刻情報復調部３３２および位相検出部３３３に供給される。

時刻情報復調部３３２は、付加情報分離部３３１にて分離された同期化信号、即ち、基準信号で同期信号を振幅変調した信号を復調することで基準信号を生成し、位相検出部３３３および伝送路遅延検出部３３４に供給する。この基準信号が示す一定周期のタイミングを付加タイミングという。

位相検出部３３３は、左音声信号から分離された同期化信号をＩ信号、右音声信号から分離された同期化信号をＱ信号として、両信号の振幅比から同期信号の位相θｄを、音声データ毎に求める。更に、時刻情報復調部３３２で抽出された付加タイミングを基点として、各音声データに対応づけられた基本位相θｏを特定する。ここでは、付加タイミングで受信された音声データの基本位相がθｏ１であり、以下、受信された順に、各音声データにはθｏ２，θｏ３，θｏ１…が繰り返し対応づけられる。そして、音声データ毎に、これらの位相差Δθ＝θo−θdを算出して、遅延ゆらぎ検出部３３５に供給する。

伝送路遅延検出部３３４は、送信側基準取得部３２から供給される１秒パルス信号が示すタイミングである基準タイミングから、時刻情報復調部３３２にて抽出された付加タイミングまでの時間を伝送路遅延時間Ｄとして求め、遅延ゆらぎ検出部３３５に供給する。この伝送路遅延時間Ｄは、付加タイミングが抽出される毎、即ち１秒毎に更新される。

遅延ゆらぎ検出部３３５は、位相検出部３３３にて検出された位相差Δθから、（１）式に基づいて遅延ゆらぎ時間Δτを音声データ毎に算出する。但し、Δτは遅延が大きくなる側に揺らいでいる場合に正値、遅延が小さくなる側に揺らいでいる場合に負値となる。Ｆｓはサンプリング周波数ある。

更に、遅延ゆらぎ検出部３３５で求められた伝送遅延時間Ｄに遅延ゆらぎ時間Δτを加算した総遅延時間Ｄｓを音声データ毎に算出して、遅延調整部３３６に供給する。

遅延調整部３３６は、予め設定された設定遅延時間から総遅延時間Ｄｓを減じた値を待機時間として、音声データを、その受信タイミングから待機時間だけ遅延させたタイミングで出力する。なお、設定遅延時間は、同期放送システム１で使用する伝送網Ａ，Ｂでの伝送遅延の最大値と、遅延ゆらぎの最大値の絶対値との加算結果より長い時間となるように設定される。

なお、本実施形態において、同期化信号生成部２３４および同期化信号付加部２３５が信号付加部、配信部２４およびＩＰ伝送送信部２５，２６が配信部に相当する。また、ＩＰ伝送受信部３１，４１が受信部、時刻情報復調部３３２が付加タイミング抽出部、変調送信部３４，４４が放送波送信部に相当する。

［５．動作］
同期放送システム１において、配信装置２は、音声フレームを用いて各送信装置３，４に向けて音声データを配信する。この音声データは、図１１に示すように、サンプリング周期Ｔｓ（＝１／Ｆｓ）の一定間隔で配信装置２から送信される。各音声データは、伝送経路に応じた伝送路遅延を受けて送信装置３，４で受信される。また、送信装置３，４で受信される各音声データの受信間隔は一定とはならず、付加タイミングを基点としたサンプリング周期Ｔｓ毎のタイミングである規定タイミングに対して前後する遅延ゆらぎを有したものとなる。なお、遅延ゆらぎは、伝送装置２５，２６，３１，４１での処理時間や伝送路中の中継器での処理時間が、伝送路の負荷状況等によってばらつくことによって生じる。

そして、同期放送システム１では、配信装置２および送信装置３，４が共通の時刻情報としてＧＰＳ受信機から得られる１秒パルス信号を取得し、この１秒パルス信号から得られる基準タイミングを利用して伝送路遅延時間Ｄを特定する。これと共に、音声信号に付加した同期信号の位相情報を利用して遅延ゆらぎ時間Δτを特定する。

即ち、伝送路遅延時間Ｄについては、配信装置２側にて基準タイミングを表す基準信号を音声信号に付加し、送信装置３，４側にて音声信号に付加された基準信号が表すタイミングである付加タイミングを抽出する。そして、基準タイミングから付加タイミングまでの時間を伝送路遅延時間Ｄとして検出する。

遅延ゆらぎ時間Δτについては、配信装置２側にて、同期信号のＩ信号およびＱ信号を、一方を右音声信号、他方を左音声信号に付加して送信する。このとき、各音声データに対応づけられる同期信号の位相が、予め設定された基本位相θｏ１〜θｏ３のいずれかとなるように設定する。送信装置３，４側では、両音声信号から分離されるＩ信号およびＱ信号に基づいて同期信号の瞬時的な位相θｄを検出し、この検出位相θｄと、遅延ゆらぎがなければ本来検出されるべき位相である基本位相θｏとの差分Δθから遅延ゆらぎ時間Δτを求める。

つまり、送信装置３，４では、受信した音声データの系列に対して、同期信号を抽出するためのフィルタ処理を施す。このとき、音声データの受信間隔が一定である場合、フィルタ処理によって同期信号の振幅が正しく復元されるため、検出位相θｄは基本位相θｏと一致する。しかし、遅延ゆらぎによって、音声データの受信間隔にばらつきがある場合、フィルタ処理によって同期信号の振幅が遅延ゆらぎの大きさに応じて変化し、検出位相θｄも基本位相θｏからずれたものとなる。従って、この基本位相θｏと検出位相θｄとのずれである位相差Δθを検出することによって遅延ゆらぎ時間Δτが求められる。

このようにして特定された伝送路遅延Ｄおよび遅延ゆらぎ時間Δτを考慮して各音声データの待機時間を設定して、各音声データの遅延を調整することにより、一定の時間間隔を有する音声データの系列が再生されることになる。

［６．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（６ａ）同期放送システム１によれば、伝送路の相違によって生じる送信装置３，４毎に異なった伝送路遅延時間Ｄだけでなく、一つの送信装置３，４に対する伝送であっても個々の音声データ間で異なる遅延ゆらぎ時間Δτも含めて遅延調整が行われる。このため、各送信装置３，４からの放送波に使用される音声信号の波形、および、その音声信号の出力タイミングを、いずれも精度よく一致させることができる。

（６ｂ）同期放送システム１では、伝送路遅延時間Ｄおよび遅延ゆらぎ時間Δτの測定に用いる基準信号および同期信号を、音声帯域を用い音声信号に付加して伝送している。このため、伝送の途中で、フレームフォーマットの変換が行われて、伝送フレーム中で音声信号の伝送に使用するペイロード以外に付加された情報が消失したとしても、遅延調整に必要な情報が失われることがない。このため、送信装置３，４側では、伝送路遅延時間Ｄおよび遅延ゆらぎ時間Δτの測定、およびその測定結果に基づく音声信号の遅延調整を問題なく行うことができる。

［７．実験］
同期放送システム１による遅延の調整機能を、図１２に示す実験用システムを用いて測定した結果について説明する。

図１２（ａ）に示す第１の実験用システムは、同期情報付加部２３に相当する送信側遅延同期装置５１と、ＩＰ伝送送信部２５に相当するＩＰコーデック５２と、ＩＰ伝送受信部３１に相当するＩＰコーデック５３と、遅延同期部３３に相当する受信側遅延同期装置５４と、基準信号生成部５５と、デジタルオシロスコープ５６とを備える。

基準信号生成部５５は、音声信号として１ｋＨｚのトーンバースト信号および、１秒パルス信号に相当する信号を生成する。送信側遅延同期装置５１は、基準信号生成部５５で生成された音声信号および１秒パルス信号に相当する信号を用いて、基準信号および同期信号を付加した音声信号のサンプリング値に相当する音声データを載せたＡＥＳ／ＥＢＵフォーマットの音声フレームを生成して、ＩＰコーデック５２に供給する。ＩＰコーデック５２は、音声フレームからＩＰ伝送用のフレームに変換して、ＩＰ伝送を行うＬＡＮに送信する。つまり、ＩＰコーデック５２は、コーダとして機能する。ＩＰコーデック５３は、ＬＡＮを介して受信したフレームを音声フレームに変換して、受信側遅延同期装置５４に供給する。つまり、ＩＰコーデック５３は、デコーダとして機能する。受信側遅延同期装置５４は、基準信号生成部５５で生成された１秒パルス信号に相当する信号と、ＩＰコーデック５３から供給される音声フレームから、個々の音声データが遅延調整された音声信号を出力する。デジタルオシロスコープ５６は、送信側遅延同期装置５１が生成する音声フレームに搭載される音声データの系列が示す音声信号（以下、送信音声信号）の波形と、受信側遅延同期装置５４が生成する遅延調整された音声データの系列が示す音声信号（以下、再生音声信号）の波形を、基準信号生成部５５がトーンバースト信号を生成するタイミングをトリガ信号として表示する。

図１２（ｂ）に示す第２の実験用システムは、第１の実験用システムの構成に、受信側遅延同期装置５７が付加されている。この受信側遅延同期装置５７には、送信側遅延同期装置５１にて生成された音声フレームが、ＩＰコーデック５２，５３を介することなく直接供給される。そして、デジタルオシロスコープ５６は、受信側遅延同期装置５４が生成する遅延調整された音声データの系列が示す音声信号（以下、ＩＰ再生信号）の波形および受信側遅延同期装置５７が生成する遅延調整された音声データの系列が示す音声信号（以下、非ＩＰ再生信号）の波形を、第１の実験用システムの場合と同様に表示する。

図１３は、第１の実験用システムを使用し、デジタルオシロスコープ５６で、送信音声信号および再生音声信号の波形を、約１時間重ね書きした結果を示す。図からは、バースト信号の送信タイミングから、約５５．２５ｍｓ遅れて、送信音声信号に同期した再生音声信号が生成されていることがわかる。

図１４は、第２の実験用システムを使用し、デジタルオシロスコープ５６で、ＩＰ再生信号および非ＩＰ再生信号の波形を、約１２時間重ね書きした結果を示す。図からは、バースト信号の送信タイミングから、約５５．２ｍｓ遅れて、互いに同期したＩＰ再生信号および非ＩＰ再生信号が生成されていることがわかる。

図１５は、第２の実験用システムを使用し、ＩＰコーデック５３が出力する個々の音声フレームの遅延時間を、約１２時間に渡って測定した結果を示す。図からは、二つのＩＰコーデック５２，５３を経由することによって、個々の音声フレームの遅延時間が±４００μｓ程度ゆらいでいることがわかる。

図１６は、第１の実験用システムを用いた測定結果のグラフの一部を拡大して示したものである。但し、図１３の場合とは異なり、約１２時間重ね書きした結果を示す。図からは、送信音声信号と比較して再生音声信号の方がグラフの線が太いこと、即ち、ゆらぎが大きくなっていることがわかる。なお、送信音声信号自体にはゆらぎがないが、測定装置による測定のゆらぎによって１μｓ程度のゆらぎが観測されている。これに対して、再生音声信号のゆらぎが１．５μｓである。つまり、測定装置の測定ゆらぎを考慮すると、遅延調整を行うことによって０．５μｓ以下の同期精度が確保されていることがわかる。

［８．他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（８ａ）上記実施形態では、サンプリング周波数を４８ｋＨｚ、同期信号の周波数を１６ｋＨｚとし、３種類の基本位相θｏ１〜θｏ３を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、サンプリング周波数は変更しないで、同期信号の周波数を１９．２ｋＨｚとした場合、図１７（ａ）に示すように、５種類の基本位相θｏ１〜θｏ５を、点線で示した順に音声データに順次対応付けるようにすればよい。また、これと同様に、同期信号の周波数を２０ｋＨｚとした場合、図１７（ｂ）に示すように、１２種類の基本位相を、同期信号の周波数を１８ｋＨｚとした場合、図１７（ｃ）に示すように、８種類の基本位相を、同期位相の周波数を２１ｋＨｚとした場合、図１７（ｄ）に示すように、１６種類の基本位相を用いればよい。

（８ｂ）上記実施形態では、付加情報分離部３３１にて受信した音声信号から同期化情報を分離する際にＢＥＦを用いているが、ＢＥＦを用いる代わりに、音声帯域より高い周波数の信号を抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）と、音声帯域より低い周波数の信号を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）とを用いてもよい。この場合、ＨＰＦの出力、即ち、同期信号が位相検出部３３３に供給され、ＬＰＦの出力、即ち、基準信号が時刻情報復調部３３２に供給されるように構成すればよい。また、この場合、時刻情報復調部３３２を省略してもよい。

（８ｃ）上記実施形態では、同期放送システム１において、複数の送信装置３，４間での遅延調整を行う事例について説明したが、同期情報付加部２３および遅延同期部３３，３４の機能は、同期放送システム１に限らず、伝送路遅延および遅延ゆらぎを考慮した遅延調整を行う必要のある様々なシステムに適用することが可能である。例えば、図１８に示す音声信号生成システム６のように、複数の中継所７ａ〜７ｄからスタジオ８に送られる複数の音声信号を、互いに同期させて合成することで、加工した音声信号を生成するような場合にも用いることができる。即ち、各中継所７ａ〜７ｄは、それぞれ同期情報付加部７１とＩＰ伝送送信部７２とを備え、スタジオ８に送る音声信号に同期情報を付加し、それぞれが異なる伝送網Ａ〜Ｄに送信する。一方、スタジオ８は、各中継所７ａ〜７ｄに対応した複数のＩＰ伝送受信部８１ａ〜８１ｄと、遅延同期部８２ａ〜８２ｄと、音声信号合成器８３とを備える。ＩＰ伝送受信部８１ａ〜８１ｄが、各中継所７ａ，７ｄから伝送網Ａ〜Ｄを介して送られてくる音声信号を個別に受信し、遅延同期部８２ａ〜８２ｄが各音声信号の遅延調整をする。音声信号合成器８３は、各遅延同期部８２ａ〜８２ｄにて遅延調整されることで、互いに同期した音声信号を用いて、音声信号の合成を行う等の加工を行い、この加工された音声信号を出力する。

（８ｄ）上記実施形態では、時刻情報として、ＧＰＳ衛星からの信号を受信することで得られる時刻情報を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、準天頂衛星などの衛星からの信号を受信することで得られる時刻情報や、電波時計などに利用される日本標準時の時刻情報を送出する長波を用いた標準電波などを受信することで得られる時刻情報等を用いてもよい。

（８ｅ）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（８ｆ）上述した同期放送システム、配信装置、送信装置の他、当該配信装置または送信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、遅延調整方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…同期放送システム、２…配信装置、３，４…送信装置、５ａ…第１の実験用システム、５ｂ…第２の実験用システム、６…音声信号生成システム、７ａ〜７ｄ…中継所、８…スタジオ、２１…音声フレーム生成部、２２…配信側基準取得部、２３，７１…同期情報付加部、２４…配信部、２５，２６，７２…ＩＰ伝送送信部、３１，４１，８１ａ〜８１ｄ…ＩＰ伝送受信部、３２，４２…送信側基準取得部、３３，４３，８２ａ…遅延同期部、３４，４４…変調送信部、３５，４５…アンテナ、５１…送信側遅延同期装置、５２，５３…ＩＰコーデック、５４，５７…受信側遅延同期装置、５５…基準信号生成部、５６…デジタルオシロスコープ、８３…音声信号合成器、２３１…デジタル音声入力部、２３２…時刻情報生成部、２３３…同期信号生成部、２３４…同期化信号生成部、２３５…同期化信号付加部、３３１…付加情報分離部、３３２…時刻情報復調部、３３３…位相検出部、３３４…伝送路遅延検出部、３３５…遅延ゆらぎ検出部、３３６…遅延調整部。

Claims (7)

1. デジタル化された音声信号を配信する配信装置と、
   前記配信装置から配信された前記音声信号を用いて予め指定された周波数の搬送波を変調した電波を同一タイミングで送信することで、同一周波数を用いた同期放送を実施する複数の送信装置と、
   を備え、
   前記配信装置は、
   既存の標準時刻を表す時刻情報によって特定される一定周期のタイミングである基準タイミングを取得する配信側基準取得部と、
   予め設定された音声帯域以外の周波数を有し、前記配信側基準取得部にて取得された基準タイミングに同期した同期信号を生成する同期信号生成部と、
   前記配信側基準取得部にて取得された基準タイミングを表すタイミング情報および前記同期信号生成部にて生成された同期信号の位相を表す位相情報を、前記音声信号に付加する信号付加部と、
   前記信号付加部により前記タイミング情報および前記位相情報が付加された音声信号を、前記基準タイミングに同期したタイミングでサンプリングした音声データの系列として、前記複数の送信装置に配信する配信部と、
   を備え、
   前記送信装置は、
   前記配信装置から配信された前記音声データの系列を受信する受信部と、
   前記配信側基準取得部と同じ基準タイミングを取得する送信側基準取得部と、
   前記受信部にて受信された前記音声データの系列から前記タイミング情報および前記位相情報を分離する付加情報分離部と、
   前記付加情報分離部にて分離された前記タイミング情報から特定されるタイミングである付加タイミングを抽出する付加タイミング抽出部と、
   前記送信側基準取得部にて取得された基準タイミングから、前記付加タイミング抽出にて抽出された付加タイミングまでの時間である伝送路遅延時間を求める伝送路遅延検出部と、
   前記配信装置にて前記音声データのそれぞれに対応付けられる前記基準タイミングを基点とした前記同期信号の位相を基本位相とし、前記付加情報分離部にて分離された前記位相情報が示す位相を検出位相とし、前記付加タイミングを基点とした前記音声データのサンプリング周期毎のタイミングを規定タイミングとして、前記受信部にて受信された音声データ毎に、前記基本位相と前記検出位相の位相差から、前記規定タイミングに対する前記音声データの受信タイミングのずれ量である遅延ゆらぎ時間を求める遅延ゆらぎ検出部と、
   前記配信装置から前記送信装置への配信の過程で発生し得る遅延の最大値以上に設定された設定遅延時間から、前記伝送路遅延時間と前記遅延ゆらぎ時間の合計値を減じた時間を調整遅延時間として、前記音声データ毎に、該音声データの受信タイミングを前記調整遅延時間だけ遅延させる遅延調整部と、
   前記遅延調整部にて個々の音声データの遅延が調整された音声信号を用いて前記同期放送に用いる放送波を生成して送信する放送波送信部と、
   を備える同期放送システム。
2. 請求項１に記載の同期放送システムであって、
   前記同期信号の周波数は、前記音声信号のサンプリング周波数の１／２以下である、同期放送システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の同期放送システムであって、
   前記音声信号は、右音声信号および左音声信号を有するステレオ音声信号であり、
   前記配信装置において、
   前記信号付加部は、前記位相情報として、前記同期信号の同相成分および直交成分を用い、前記同相成分および直交成分のうち、一方を前記右音声信号、他方を前記左音声信号に付加し、
   前記送信装置において、
   前記遅延ゆらぎ算出部は、前記同相成分および前記直交成分の振幅比から前記同期信号の位相を特定する、
   同期放送システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の同期放送システムであって、
   前記配信装置において、
   前記信号付加部は、前記タイミング情報として、前記基準タイミングを表す基準信号を用い、該基準信号によって前記同期信号を変調することによって、前記タイミング情報を付加し、
   前記送信装置において、
   前記付加情報分離部は、前記音声信号を構成する前記音声データの系列から分離した同期信号を復調して前記基準信号を得ることによって前記付加タイミングを抽出する、
   同期放送システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の同期放送システムであって、
   前記時刻情報として、ＧＰＳ受信機から得られる１秒パルス信号を用いる、
   同期放送システム。
6. デジタル化された音声信号の配信を受け、該音声信号により予め指定された周波数の搬送波を変調した電波を同一タイミングで送信する複数の送信装置と共に、同一周波数を用いた同期放送を実施する同期放送システムを構成し、前記複数の送信装置に対して、前記デジタル化された音声信号を配信する配信装置であって、
   既存の標準時刻を表す時刻情報によって特定される一定周期のタイミングである基準タイミングを取得する配信側基準取得部と、
   予め設定された音声帯域以外の周波数を有し、前記配信側基準取得部にて取得された基準タイミングに同期した同期信号を生成する同期信号生成部と、
   前記配信側基準取得部にて取得された基準タイミングを表すタイミング情報および前記同期信号生成部にて生成された同期信号の位相を表す位相情報を、前記音声信号に付加する信号付加部と、
   前記信号付加部により前記タイミング情報および前記位相情報が付加された音声信号を、前記基準タイミングに同期したタイミングでサンプリングした音声データの系列として、前記複数の送信装置に配信する配信部と、
   を備える配信装置。
7. デジタル化された音声信号を配信する配信装置と共に同期放送システムを構成し、前記配信装置から配信された前記音声信号を用いて予め指定された周波数の搬送波を変調した電波を送信することで、同一周波数を用いた同期放送を実施するする送信装置であって、
   既存の標準時刻を表す時刻情報によって特定される一定周期のタイミングを基準タイミングとし、予め設定された音声帯域以外の周波数を有し前記基準タイミングに同期した信号を同期信号として、前記基準タイミングを表すタイミング情報および前記同期信号の位相を表す位相情報が付加された音声信号を、既存の標準時刻を表す時刻情報によって特定される一定周期のタイミングである基準タイミングに同期したタイミングでサンプリングした音声データの系列を、前記配信装置から受信する受信部と、
   前記基準タイミングを取得する送信側基準取得部と、
   前記受信部にて受信された前記音声データの系列から前記タイミング情報および前記位相情報を分離する付加情報分離部と、
   前記付加情報分離部にて分離された前記タイミング情報から特定されるタイミングである付加タイミングを抽出する付加タイミング抽出部と、
   前記送信側基準取得部にて取得された基準タイミングから、前記付加タイミング抽出にて抽出された付加タイミングまでの遅延時間である伝送路遅延時間を求める遅延算出部と、
   前記配信装置にて前記音声データのそれぞれに対応付けられる前記基準タイミングを基点とした前記同期信号の位相を基本位相とし、前記付加情報分離部にて分離された前記位相情報が示す位相を検出位相とし、前記付加タイミングを基点とした前記音声データのサンプリング周期毎のタイミングを規定タイミングとして、前記受信部にて受信された音声データ毎に、前記基本位相と前記検出位相の位相差から、前記規定タイミングに対する前記音声データの受信タイミングのずれ量を表す遅延ゆらぎ時間を求める遅延ゆらぎ算出部と、
   前記配信装置から前記送信装置への配信の過程で発生し得る遅延の最大値以上に設定された設定遅延時間から、前記伝送路遅延時間と前記遅延ゆらぎ時間の合計値を減じた時間を調整遅延時間として、前記音声データ毎に、該音声データの受信タイミングを前記調整遅延時間だけ遅延させる遅延調整部と、
   前記遅延調整部にて個々の音声データの遅延が調整された音声信号を用いて前記同期放送に用いる放送波を生成して送信する放送波送信部と、
   を備える送信装置。