JPH0744666B2 - デジタル音声付きテレビ信号の送出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は地上のテレビジョン放送を受信する既存のテレ
ビ受信機に対して両立性を保ちながら、デジタル化され
た音声を多重して伝送するテレビ信号の送出装置に関す
るものである。

従来の技術 世界で実施されているテレビジョン放送（衛星放送を除
く）のほとんど全ては、その音声の伝送方式としてFM副
搬送波方式を用いている。近年、衛星放送やビデオディ
スクに見られるように、音声をデジタル化して伝送ある
いは記録して、その高品質化を計る例が増えつつある。
しかし、テレビジョン放送ではそのような高速のデジタ
ル信号の多重は、利用可能な周波数帯域がないため極め
て困難であった。

既存のテレビジョン受信機に対して妨害を与えない（両
立性がある）デジタル音声多重方法の従来例として、第
２図に示す構成が発表されている（野田他：地上テレビ
ジョン放送のためのディジタル音声伝送方式，テレビジ
ョン学会技術報告,11−22,昭和62年10月）。映像信号に
より映像搬送波発振器１の出力を残留側波帯（VSB）:Ve
stigial Side Band）変調手段２によってVSB変調する。
一方、符号化手段４によってデジタル化された音声で、
上記映像搬送波と直交した搬送波を２相PSK（Phase Shi
ft Keying）変調する。従来のアナログFM副搬送波はFM
変調手段７で生成される。３つの変調波は合成手段８で
合成され送出される。このようにデジタル信号の多重
は、映像搬送波中心周波数の近傍の直交位相を用いるの
で、周波数スペクトラムはほぼ従来通りで済む。また同
期検波型の受信機では直交信号成分は検波されないの
で、両立性も保つことができる。

発明が解決しようとする課題 上記従来例は理想的に見れば既存受信機との両立性を有
するが、現実的にはいくつかの課題がある。第１には既
存受信機には（完全）同期検波型以外に、擬似同期検波
型や包絡線検波型があり、これらの方式の受信機では直
交成分からの影響が復調映像信号に現れてしまうことに
なる。また第２には、同期検波型であっても、その同期
検波における対搬送波位相のわずかな誤差によっても直
交成分が検波されてしまう。特にゴーストが存在すると
きには、この検波軸の位相精度が低下するので、ますま
す映像信号に対する妨害が大きくなる。

さらに、映像搬送波の直交軸利用については、映像信号
の高精細度化のための情報を乗せるという案もあり（い
わゆるEDTV方式の１つ）、したがって必ずしもデジタル
音声の伝送に使用できるという保証はない。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するために本発明は、デジタル音声の
伝送の為に専用の第２音声副搬送波を使用し、従来の映
像搬送波およびFM音声副搬送波と多重して送出させるも
のである。自局の映像信号およびアナログ音声信号、さ
らに隣接局の映像信号に対する妨害をなくすためにこの
第２音声副搬送波は極めて狭帯域で多重しなければなら
ない。このため第２音声副搬送波は必然的に多値のQAM
（Quadratuve Amplitude Modulation:直交振幅）変調
（例えば16値QAMや64値QAM）を用いなければならない
が、もともとこのような多値QAM変調波の復調に際して
は、その搬送波再生回路の規模が極めて大きくなり、民
生用の受信機に内蔵させるという観点から実現性に乏し
かった。また復調性能（ビット誤り率）の点においても
十分な水準を得るのは容易ではない。そこで本発明で
は、同時に伝送される自局の映像信号の水平同期信号ま
たは垂直同期信号に同期して、上記の多値QAM変調波に
基準搬送波成分伝送期間（変調を停止する期間）を設置
し、受信側での搬送波再生を容易かつ安定に行なえるよ
うにしたものである。このため、本発明のデジタル音声
付きテレビ信号の送出装置は、送出すべき映像信号によ
り映像搬送波をVSB（Vestigial Side Band）変調するVS
B変調手段と、この映像信号に含まれる水平同期信号と
垂直同期信号の一方または両方を用いて低デューティ比
の基準タイミングパルス信号を生成するタイミング発生
手段と、送出すべき音声信号により第１の音声副搬送波
をFM変調するFM変調手段と、前記音声信号をデジタル音
声信号に変換する符号化手段と、このデジタル音声によ
り第２の音声副搬送波を多値QAM変調する多値QAM変調手
段と、これらの変調された映像搬送波と第１音声副搬送
波と第２音声副搬送波を合成して送出する合成手段とを
備え、前記多値QAM変調手段は前記タイミングパルス信
号の出力期間中は変調を停止し第２音声副搬送波の基準
搬送波成分を出力するよう制御される。

作用 第３図に示すように、地上のテレビ放送において自局の
FM音声副搬送波と上側隣接局の映像搬送波との間には約
200KHzのすき間があり（日本，米国の場合）、フィルタ
の能力から余裕を見れば約150KHzの帯域が利用可能であ
る。一方、第２音声副搬送波の変調に16値QAMを用いる
とすれば、伝送速度Ｒ（bps）と占有帯域幅Ｂ（Hz）の
関係は30％ロールオフフィルタを使用する場合、 Ｒ＝4B/1.3 となる。今、Ｂ＝150KHzだから、Ｒ＝460Kbpsが与えら
れる。

伝送すべきデジタル音声を帯域15KHzのステレオ音声と
すれば、標本化周波数は通常32KHzを用いることにな
る。また高能率符号化技術によって音声の量子化を６ビ
ットで行なったとすると（既にCD−ROMでは４ビットで
高品質な音声を再生している）、必要な伝送速度Ｓ（bp
s）は、冗長度20％を含めて、 Ｓ＝32K×６×２÷0.8 ＝480K（bps） となり、ＲＳが成立する。すなわち、16値QAM程度の
伝送効率を有したデジタル変調波を第２音声副搬送波と
して追加多重すれば、ステレオのデジタル音声を既存受
信機に対して両立性を保ちながら伝送できることを示し
ている。この第２副搬送波の中心周波数は、第３図から
わかるように、自局の映像搬送波の上方、4.65μHz付近
が適している。

次に本発明では、受信機での第２音声副搬送波の復調を
容易にさせるために、映像信号の同期情報を利用してい
る。映像信号に含まれる水平または垂直同期信号を用い
て基準タイミングパルス信号を生成する。仮りに水平同
期信号を用いたとすれば、このタイミングパルス信号も
水平同期信号と同じ約15.7KHzとなり、そのパルス幅は
デューティー比が数％に設定される。デジタル化された
音声によって第２音声副搬送波を多値QAM変調するが、
このとき前記のタイミングパルス信号のパルス幅の期間
中はこの変調を停止して第２副搬送波の搬送波成分のみ
出力させる。受信側ではこの搬送波成分を用いて、連続
した搬送波の再生を行なうことになる。この搬送波再生
は、映像信号の色再生における、カラーバースト信号か
ら連続した色副搬送波の再生を行なう場合と同じ手法が
使用できる。なぜなら受信側においても、映像信号の水
平または垂直同期信号をもとに、送信側と同じ基準タイ
ミングパルスを簡単に生成でき、したがって第２副搬送
波の変調が停止している期間を知ることができるからで
ある。

基準タイミングパルスのデューティー比が小さ過ぎる
と、受信側での搬送波再生が不安定になり、逆に大き過
ぎるとデジタル音声の伝送効率が低下する。したがって
５％程度に設定するのが適当である。

既存のテレビ受信機では、第２音声副搬送波の周波数近
傍は帯域フィルタ（映像用,FM音声用とも）で除去ある
いは十分減衰させられている領域であるので、この第２
音声副搬送波からの影響を殆んど受けない。第２音声副
搬送波を4.65μHz付近に設置し、その電力を映像搬送波
より25dB以上低く設定すると自局はもちろん、上側隣接
局に対しても妨害が検知されないことを実験的に確かめ
ている。

実 施 例 以下本発明の一実施例について図面を用いて説明する。

第１図に本発明によるテレビ信号送出装置の構成を示
す。映像信号がVSB変調される点と、アナログ音声がFM
変調される点は第２図の従来例と同じである。本発明で
は、符号化手段４でデジタル化された音声によって周波
数_s2の第２副搬送波発振器10の出力を多値QAM変調し
て、映像搬送波ならびに第１音声副搬送波と合成され
る。なお符号化手段４における処理は単に高能率符号化
だけでなく、誤り訂正符号や同期符号の付加といった処
理も含んでいるものとする。一方、タイミング発生手段
12では、入力される映像信号から水平または垂直の同期
信号成分を抽出し、この成分に同期した低デューティー
比の基準タイミングパルス信号を出力する。多値QAM変
調手段11では通常は符号化手段４からのデジタル音声信
号によって変調動作を行なっているが、基準タイミング
パルス信号が与えられた期間は、変調を休止し第２副搬
送波発振器10の出力である搬送波成分（あるいはそれと
の位相関係が明確な信号）をそのまま出力するように動
作する。

多値QAM信号について16QAMを例にとって説明する。第４
図は16QAMの位相平面上における信号点配置図であり、
図から分かるように、位相と振幅の組合わせにより全部
で16種類の信号点を有している。このように１個のクロ
ック期間（タイムスロット）に16種類のうちから１種類
だけを伝送するので、４ビットの並列伝送が可能にな
る。なお変調に使用される基準搬送波は、図中の同相軸
の太線矢印である。

第５図は多値直交変調手段11の構成を示すブロック図で
ある。デジタル信号入力（本発明の場合はデジタル音
声）はまず直列／並列変換回路20で、複数の並列信号に
変換される。16QAMなら前述したように４本の信号にな
る。次にこの並列信号を変調波の信号点（例えば第４
図）に変換するために、符号／振幅変換回路21に与え
る。この変換回路21の出力は２系統に分かれており、そ
れぞれ同相軸および直交軸の搬送波成分の振副を設定す
る情報として使用される。すなち各信号点の位相平面上
での「座標」を出力していると言える。この符号／振幅
変換回路21を実現する通常の方法は、その変換の内容を
あらかじめ記憶させたROMを使用するものである。変換
回路21の出力である振幅情報は、D/A変換器24,25でアナ
ログ信号に変換される前に、搬送波固定回路22,23を経
由する。これらの固定回路22,23は、制御端子に基準タ
イミングパルス信号が与えられている期間は、出力信号
にそれぞれあらかじめ設定した値が継続して出力される
よう働く。もちろんそれらの値が、最終的に取り出され
るQAM信号を基準搬送波成分に固定するための振幅情報
であることは言うまでもない。D/A変換器24,25の出力は
波形整形用ローパスフィルタ26,27を介して、それぞれ
同相軸用平衡変調器29、直交軸用平衡変調器30に入力さ
れる。最後にこの２つの平衡変調器29,30の出力が合成
回路31において加算され、多値QAM信号として出力され
る。

次にタイミング発生手段12の機能は、下記の２つに大別
できる。

（１） 入力される映像信号から、水平または垂直の同
期成分を抽出する。

（２） 抽出された映像同期成分に同期した基準タイミ
ングパルス信号を生成する。

このうち、（１）の映像同期抽出（同期再生）は一般の
テレビ受信機で通常行なわれている処理であり、PLL
（フェイズ・ロックド・ループ）の回路等を用いて簡単
に構成できる。（２）のパルス発生は第６図に示すよう
に、映像の同期信号からの時間オフセットT₁（ゼロでも
よい）と、パルス幅T₂が規定されかつ安定なパルス信号
を発生させる機能である。これについても、例えば高精
度の単安定マルチバイブレータを使えばさほど困難な技
術ではない。結局、第６図の最下部に示すように、この
パルス幅T₂のところで第２音声副搬送波は基準搬送波成
分となる。

以上の送出装置に対応したテレビ受信機の主要部の構成
の一例を第７図に示す。映像搬送波再生回路30で再生さ
れた映像搬送波によって、映像信号と２つの音声副搬送
波を含むテレビ中間周波信号が同期検波回路31で検波さ
れる。検波信号中の映像信号は映像用ローパスフィルタ
32を経て端子40に供給される。またFM変調された第１音
声副搬送波は第１のバンドパスフィルタ37（中心周波数
_s1は通常4.5MHz）を経て、FM検波回路38に検波され
る。なおこの第１音声副搬送波は、第７図の構成以外
に、映像搬送波との相互変調を利用した、いわゆるイン
ターキャリア方式で取り出されることも多い。一方、多
値QAM変調された第２音声副搬送波は、第２のバンドパ
スフィルタ33（中心周波数_s2は例えば4.65MHz）を経
て、副搬送波再生回路34と多値QAM同期復調回路35に入
力される。副搬送波再生回路34では、映像信号中の同期
信号を用いてタイミング発生手段12（送出装置のそれと
同じもの）において生成された基準タイミングパルス信
号が入力された期間、第２副搬送波を取り込み、その搬
送波成分の再生を行なう。この動作は色信号処理におい
て行なわれる、カラーバーストから連続した色副搬送波
の再生を行なうのと同様である。例えばPLL回路を使用
して、基準タイミングパルスが入力されている期間は回
路を通常に動作させ、それ以外の期間はループを保持状
態にすることによって実現される。このようにし得られ
た第２音声副搬送波の連続搬送波成分を用いて、多値QA
M復調器35において第２音声副搬送波を同期検波する。
復調器35から取り出されたデジタル音声は、復号手段36
によってアナログ音声に変換される。この音声と、FM検
波器38で得られた音声とが、視聴者の操作による選択、
または受信状況（入力強度やゴースト等の状況）に応じ
た自動的な選択でスイッチ39の出力に供給される。

なお一般にテレビ受信機の中では、端子40以降の映像信
号処理において、水平および垂直の同期分離回路で、第
７図のタイミング発生手段12と同様の処理を行なうの
で、このタイミング発生手段12は上記同期分離回路の機
能を流用することも可能である。また以上の説明におけ
る「音声信号」はステレオ音声、２カ国語音声、さらに
付加データサービス（ファクシミリなど）を含む音声の
場合も含んでいる。

発明の効果 以上のように本発明によって既存のテレビ受信機に対し
ては完全な両立性を保ちながら、高品質のデジタル音声
を同一チャンネル内で伝送することができる。高速のデ
ジタル信号を狭帯域で伝送するために多値のQAMを使用
するという前提に立ち、受信側でのこの搬送波再生に同
時に伝送される映像の同期信号を利用することで、放送
方式としての実現性をもたらしている。また本発明では
上記搬送波再生のために基準位相の搬送波を送出してい
るので、通常は必要となるデータの差動変換が不要とな
り、再生時のビット誤り率の面でも有利となる。

なお以上の説明は、チャネル間隔6MHzのNTSC方式のテレ
ビ放送について行なったが、本発明が利用できる条件は （１） 映像信号に同期信号が含まれていること （２） テレビの使用チャネル内に、わずかな（例えば
100KHz以上）の周波数のすき間があること の２点であるから、世界のいずれの国で放送されている
地上のテレビ放送にも利用可能であると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例のテレビ信号送出装置
のブロック図、第２図はデジタル音声を多重する送出装
置の従来例のブロック図、第３図はテレビ信号のスペク
トラム図、第４図は16値QAM信号の信号点配置図、第５
図は本発明における多値QAM変調手段のブロック図、第
６図は本発明における第２音声副搬送波のタイミング
図、第７図は本発明における一実施例のテレビ信号受信
機の主要部のブロック図である。 ２……残留側波帯変調手段、４……符号化手段、７……
FM変調手段、11……多値QAM変調手段、12……タイミン
グ発生手段、22,23……搬送波固定手段、30……映像搬
送波再生手段、34……第２副搬送波再生手段、35……多
値QAM復調手段、36……復号手段、38……FM復調手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送出すべき映像信号により映像搬送波をVS
   B変調するVSB変調手段と、この映像信号に含まれる水平
   同期信号と垂直同期信号の一方または両方を用いて低デ
   ューティ比の基準タイミングパルス信号を生成するタイ
   ミング発生手段と、送出すべき音声信号により第１の音
   声副搬送波をFM変調するFM変調手段と、前記音声信号を
   デジタル音声信号に変換する符号化手段と、このデジタ
   ル音声により第２の音声副搬送波を多値QAM変調する多
   値QAM変調手段と、これらの変調された映像搬送波と第
   １音声副搬送波と第２音声副搬送波を合成して送出する
   合成手段とを備え、前記多値QAM変調手段は前記タイミ
   ングパルス信号の出力期間中は変調を停止し第２音声副
   搬送波の基準搬送波成分を出力するよう制御されること
   を特徴とするデジタル音声付きテレビ信号の送出装置。