CN101174819B - 无限脉冲响应滤波的理想均衡器及理想等化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器及理想等化方法，理想均衡器包括：用以接收输入讯号之N个无限脉冲响应滤波器SB1(f)~SBN(f)、耦接于无限脉冲响应滤波器之N个增益调整及一加法器，N个增益调整产生N个增益调整输出，加法器加总该些增益调整输出，以产生理想之等化输出讯号，N大于2。增益调整用以对输入讯号进行N频带之等化调整，当增益调整系实质相等时，无限脉冲响应滤波之理想均衡器具有实质平坦之频率响应。

Description

无限脉冲响应滤波的理想均衡器及理想等化方法

技术领域

本发明涉及一种均衡器(Equalizer)及相关方法，尤其涉及一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器及理想等化方法。 

背景技术

由于视听系统，例如音响系统与电视系统的快速发展，均衡器是相关技术研发人员想要开发的重要组件，但是质量的高低差异很大。 

请参照图1，它是窗口操作系统中的应用程序WINAMP的撷取图，以说明均衡器的应用例。应用程序WINAMP为窗口操作系统中常见的音效控制应用程序，包含许多操作钮，主要标示出均衡器100、音量控制102及左右声道平衡104，本专利申请案欲探讨均衡器100组件，于图1中，均衡器100置于0分贝(db)处，0分贝代表均衡器100未对音讯作特别调整。因为均衡器100置于0分贝处，未对音讯作特别调整，故于0分贝处呈绝对平坦的频率响应。另外，可以看到此均衡器100可以分别对60、170、310、600、1K、3K、6K、12K、14K、16K赫兹等十个频带调整的均衡器100。 

如图2所示，它是窗口操作系统中的应用程序WINAMP的撷取图，其中显示均衡器200置于+12分贝(db)处的示意图。图3是对应于图3的+12分贝的均衡器200的理想的平坦频率响应图，熟知此技艺的人士可以了解，于习知技艺中，要达成此理想的平坦频率响应要付出高成本的硬件代价。 

或者，习知技艺多会采用低成本的均衡器解决方案，为均衡器200粗略选择对应十个频带的带通滤波器(bandpass filter)，此等带通滤波器藉由设计工具MATLAB粗略的选择，虽然成本低廉，但是  最后的质量却十分粗糙，其频率响应高低十分不平整，完全无法达到平坦的频率响应，严重扭曲视听讯号的质量，而人对于此视听质量又十分的敏感。为了方便说明起见，请参见图4具有两个频带的均衡器频率响应为例子，具有两个中心频率f1、f2，并以音频讯号24K的频宽当作配合进行说明，习知技艺的人士藉由设计工具MATLAB选择以两个中心频率f1、f2为中心频率的两个粗略的带通滤波器BPA、BPB，虽然可以简单的电路架构实现所谓两个频带的均衡器设计，但是可以轻易地察觉出当此均衡器皆置于+12分贝的增幅响应时，其整体的频率响应却只有在中心频率处有达到标准，其它频率皆十分不平整，而且在频带交越处，更有严重的交越失真，因此经此均衡器等化调整的音频讯号也严重扭曲。 

另一方面，如前所述，熟知此技艺的人士可以了解，于习知技艺中，要达成高质量的平坦频率响应，需要付出高成本的硬件代价。要达成理想的平坦频率响应，习知技艺必须于电路设计当中利用逆傅立叶转换(inverse Fourier transform)，于时间域设置复杂的电路，并搭配高效能的32位微处理器，例如知名的ARM、MIPS等高效能微处理器运作，熟知此技艺的人士皆了解此等高效能微处理器价格高昂，而且此等解决方案也严重浪费微处理器的硬件资源。 

因此，如何改进上述缺失，设计低成本、高质量的均衡器为本发明最主要的目的。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，它不但可以达成高质量的平坦频率响应，而且可以降低成本。 

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，它包括：N个无限脉冲响应滤波器，用以接收一输入讯号；N个增益调整，分别耦接于该些无限脉冲响应滤波器，用以产生N个增益调整输出；以及一加法器，用以加总该些增益调整输出，以产生一理想的等化输出讯号，其中，N为大于2的正整数。 

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，它也可以达成高质量的平坦频率响应，而且可以降低成本。 

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种无限脉冲响应滤波的理想均衡器，它包括：一树状结构的无限脉冲响应滤波器，用以接收一输入讯号并产生N个输出；N个增益调整，耦接于该树状结构的无限脉冲响应滤波器，用以产生N个增益调整输出；以及一加法器，用以加总所述增益调整输出，以产生一理想的等化输出讯号，其中，N为大于2的正整数。 

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种利用无限脉冲响应滤波的理想等化方法，它可以在实现高质量的平坦频率响应的同时，降低了成本。 

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种利用无限脉冲响应滤波的理想等化方法，它包括：接收一输入讯号；以及利用无限脉冲响应滤波对该输入讯号进行N频带等化处理，以产生一理想等化输出讯号，其中，N为大于2的正整数。 

因为本发明与现有技术相比，本发明的理想均衡器包括：用以接收输入讯号的N个无限脉冲响应滤波器SB1(f)~SBN(f)、耦接于无限脉冲响应滤波器的N个增益调整及一加法器，N个增益调整产生N个增益调整输出，加法器加总该些增益调整输出，以产生理想的等化输出讯号，较佳地，N为大于2的正整数。增益调整用以对输入讯号进行N频带的等化调整，当增益调整系实质相等时，理想均衡器具有实质平坦的频率响应。该结构不需要复杂的电路即可实现高质量的平坦频率响应，同时也降低了成本。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

图1是窗口操作系统中的应用程序WINAMP的撷取图； 

图2是窗口操作系统中的应用程序WINAMP的撷取图； 

图3是对应于图2中+12分贝的均衡器200的理想的平坦频率响应图； 

图4是现有技术中两个频带的均衡器频率响应； 

图5、6是根据本发明的具体实施例三频带理想均衡器的频域电路方块图； 

图7是对应于图5中第一带滤波器、第二带滤波器及第三带滤波器的转换函数的频率响应示意图； 

图8是将图7中增益g1、g2、g3皆置于+12db的频率响应示意图； 

图9、10是根据本发明的另一具体实施例五频带理想均衡器500的频域电路方块图； 

图11是根据本发明的具体实施例的简化的N频带的树状结构理想均衡器； 

图12是根据本发明的具体实施例的简化的N频带的树状结构理想均衡器； 

图13、14是互补的高、低通滤波器电路方块图； 

图15是根据本发明的具体实施例的N频带理想等化方法流程图。 

【主要组件符号说明】 

100、200    均衡器           102  音量控制 

104         左右声道平衡 

400、500    理想均衡器       410、420、430  滤波器 

440、442、446    增益g1、g2、g3 

450、550    加法器 

510、512、514、516、518    滤波器 

520、522、524、526、528    增益g1、g2、g3、g4、g5 

610、620、630、640         高、低通滤波器对 

具体实施方式

集成电路设计(IC design)中，MATLAB是常用的设计工具，如前所述，习知技艺的人士无法单单利用MATLAB工具设计出高质量的均  衡器，MATLAB工具只能提供简单的低通、带通、高通、全通滤波器。举例而言，熟知此技艺的人士可以了解要设计出高质量的带通滤波器，所谓高Q值的带通滤波器，需要付出相对的硬件复杂度的代价。本发明欲利用MATLAB工具产生低成本、高质量的理想频率响应均衡器，应注意到，在本发明技术内容发表之前，并无先前技艺可以兼顾低成本、高质量双重目的。 

本发明的新思维的出发点在于MATLAB工具中提供一项设计功能，当于MATLAB工具中设计了一个低通滤波器后，其频率响应转换函数(transfer function)为LP(f)，MATLAB工具可以对应产生一个互补的高通滤波器，其频率响应转换函数为HP(f)，使得整体的频率响应为理想的平坦频率响应的全通滤波器，其频率响应转换函数为AP(f)，反之亦然，可表示为： 

LP(f)+HP(f)＝AP(f)； 

应注意到，即使说明了此关键的思考出发点，熟知此技艺的人士仍无法立即思考反应出如何达成不利用高效能微处理器及/或逆傅立叶转换电路实现高质量理想的均衡器；尤其当要设计出很多个调整频带，例如前述的十个调整频带，对熟知此技艺的人士而言更非显而易见；欲设计出低成本、高质量的理想频率响应均衡器需要突破性的新思维。 

如图5所示，它是根据本发明的具体实施例的三频带理想均衡器400的频域电路方块图，包含第一带滤波器410、第二带滤波器420及第三带滤波器430，其频率响应转换函数分别为SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)，其可调增益分别为g1、g2、g3(标号440、442、446)，以三频带均衡器为例子方便说明。欲实现整体的频率响应为理想平坦频率响应的均衡器400，其最终频率响应转换函数为APP(f)，即： 

SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝APP(f)        …………(式一) 

如图7所示，它是对应于图5中第一带滤波器410、第二带滤波器420及第三带滤波器430的转换函数SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)的频率响应示意图，本实施例希望找到适当的转换函数SB1(f)、SB2(f)、  SB3(f)，分别为低通滤波器、带通滤波器及高通滤波器，以最终合成为具有频率响应转换函数为APP(f)的全通滤波器。藉由各频带调整增益g1、g2、g3(标号440、442、446)，达成均衡器400的各频带的增益调整，产生增益调整讯号，并经由加法器450加总产生理想等化输出，即： 

等化输出讯号＝SB1(f)*g1+SB2(f)*g2+SB3(f)*g3 

首先假设要找到的三个滤波器为SB1’(f)、SB2’(f)、SB3’(f)，并假设SB1’(f)应为一种低通滤波器LP1(f)，SB3’(f)应为一种高通滤波器HP2(f)，藉由MATLAB工具可以提供互补的HP1(f)与LP2(f)，以产生理想全通滤波器AP1(f)与AP2(f)，其关系如下： 

SB1’(f)＝LP1(f)         …………(式二) 

SB3’(f)＝HP2(f)         ……………(式三) 

LP1(f)+HP1(f)＝AP1(f)    ……………(式四) 

LP2(f)+HP2(f)＝AP2(f)    ……………(式五) 

最终希望实现(式一)的结果，SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)最终要相加起来，并利用(式四)、(式五)这两个可以利用MATLAB找到的滤波器，达到以下全通滤波器的结果： 

SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝APP(f)＝AP1(f)*AP2(f)  ……(式六) 

接着要调整三个转换函数SB1’(f)、SB2’(f)、SB3’(f)以找到正确的转换函数SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)。(式二)、(式三)将来希望相加，将(式三)乘上HP1(f)这个因子，让(式二)、(式三)两者有关系，因此调整(式三)而指定转换函数SB3(f)为： 

SB3(f)＝HP2(f)*HP1(f)        …………………(式七) 

应注意到，(式七)中SB3(f)为HP2(f)*HP1(f)，两个高通滤波器相乘仍然为高通滤波器。 

此时SB2(f)完全有设计的弹性，为了达成SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)三者相加为全通滤波器，可以指定SB2(f)的带通转换特性，具有刚刚为SB3(f)加入的共同的HP1(f)因子以及互补滤波器LP2(f)，使其与SB3(f)产生关系，指定SB2(f)如下： 

SB2(f)＝LP2(f)*HP1(f)        ……………………(式八) 

应注意到，当SB2(f)、SB3(f)相加，以共同的HP1(f)因子为媒介，提出化简后，造成HP2(f)、LP2(f)两个互补滤波器相加，而产生第一个全通滤波器AP2(f)，参考(式七)、(式八)，列式化简如下： 

SB2(f)+SB3(f)＝LP2(f)*HP1(f)+HP2(f)*HP1(f) 

＝HP1(f)*(LP2(f)+HP2(f))＝HP1(f)*AP2(f) 

                                        ……………(式九) 

应注意到，上式在SB2(f)、SB3(f)相加后，仍留有特别置入的HP1(f)因子，另一方面，(式八)中指定SB2(f)为LP2(f)*HP1(f)，在频域电路中相乘的关系代表串接(cascade)，而熟知滤波器设计的人士可以了解到，低通滤波器LP2(f)与高通滤波器HP1(f)串接，正代表一个带通滤波器，亦即SB2(f)。 

最后观察(式二)，希望调整(式二)，使其与(式九)能够整合HP1(f)、LP1(1)两个元素，因此将(式二)置入AP2(f)因子，故最终要设计的滤波器SB1(f)为： 

SB1(f)＝LP1(f)*AP2(f)        ………………………(式十) 

利用(式九)与(式十)验证SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)三者整体的频率响应转换函数： 

SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝SB1(f)+HP1(f)*AP2(f) 

＝LP1(f)*AP2(f)+HP1(f)*AP2(f) 

＝(LP1(f)+HP1(f))*AP2(f) 

＝AP1(f)*AP2(f)＝APP(f) 

应注意到，(式十)中指定SB1(f)为LP1(f)*AP2(f)，低通滤波器LP1(f)与全通滤波器AP2(f)串接后，仍代表一个低通滤波器。 

(式七)、(式八)、(式十)分别展现所要设计的滤波器的频率转换函数，分别代表低通滤波器、带通滤波器与高通滤波器，使得最终整合的频率转换函数为全通滤波器APP(f)。 

如图6所示，它是将(式七)、(式八)、(式十)的滤波器电路套入图5中的实施例，藉由调整增益g1、g2、g3(标号440、442、446)，  达成均衡器400的各频带的增益调整，产生增益调整讯号，并经由加法器450加总产生理想等化输出： 

等化输出＝SB1(f)*g1+SB2(f)*g2+SB3(f)*g3 

当增益g1、g2、g3相等时，理想均衡器400的整体频率响应呈现实质的平坦表现，应注意到，图6所显示的高质量均衡器架构，可以利用简单的无限脉冲响应(infinitive impulse response，IIR)滤波器电路或者对应的软件运算予以实现，完全无须高效能的微处理器及/或复杂的逆傅利叶转换等相关电路。图8是将图6中增益g1、g2、g3皆置于+12db的频率响应示意图。应注意到，习知技艺对应于三频带均衡器的低成本解决方案系直觉地以两个粗糙的带通滤波器予以实现。 

于图5电路架构中，根据本发明的另一实施例，可以找到另一组第一带滤波器410、第二带滤波器420及第三带滤波器430的转换函数SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)，符合图5中电路架构，只要能符合(式六)的结果： 

SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝APP(f)＝AP1(f)*AP2(f) 

而(式四)、(式五)为有关AP1(f)、AP2(f)的关系式。 

举例而言，可以找到SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)分别如下： 

SB1(f)＝LP1(f)*LP2(f) 

SB2(f)＝LP2(f)*HP1(f) 

SB3(f)＝HP2(f)*AP1(f) 

举例而言，AP1(f)、AP2(f)为一阶全通滤波器，LP1(f)、LP2(f)为二阶低通滤波器、HP1(f)、HP2(f)为二阶高通滤波器，熟知此技艺的人士可以明了，滤波器阶数的差异在于系数项目的多寡，与电路或运算复杂度有关；举例而言，一阶滤波器可以三个系数项目运算表示，而二阶滤波器可以五个系数项目运算表示。 

如图9所示，它是根据本发明的另一具体实施例五频带理想均衡器500的频域电路方块图。为清楚说明起见，此实施例所使用的符号代号将延续前面的符号使用习惯，以方便了解，但与前面实施例所代  表内容无关，因此以下的符号命名与运用，系为全新的变量。于此实施例中，想要找到对应五个频带适合的滤波器SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510、512、514、516、518)，具有对应五个增益g1、g2、g3、g4、g5(标号520、522、524、526、528)，产生增益调整讯号，并经由加法器550加总产生理想等化输出，达成均衡器500的各频带的增益调整： 

等化输出＝SB1(f)*g1+SB2(f)*g2+SB3(f)*g3+SB4(f)*g4+SB5(f)*g5 

使得在五个增益相等时，理想均衡器500的频率响应为实质平坦，即全通滤波器，滤波器SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)应符合以下关系： 

SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)+SB4(f)+SB5(f)＝APP(f) 

＝AP1(f)*AP2(f)*AP3(f)*AP4(f)  ……………(式十一) 

AP1(f)、AP2(f)、AP3(f)、AP4(f)代表四个全通滤波器的转换函数，四者相乘仍然代表一全通滤波器APP(f)，利用MATLAB工具可以设计产生互补的低通滤波器及高通滤波器，其关系如下。 

LP1(f)+HP1(f)＝AP1(f) 

LP2(f)+HP2(f)＝AP2(f) 

LP3(f)+HP3(f)＝AP3(f) 

LP4(f)+HP4(f)＝AP4(f) 

可以找到SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)如下： 

SB1(f)＝LP1(f)*AP4(f)*AP3(f)*AP2(f) 

SB2(f)＝AP4(f)*AP3(f)*LP2(f)*HP1(f) 

SB3(f)＝AP4(f)*LP3(f)*HP2(f)*HP1(f) 

SB4(f)＝LP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*HP1(f) 

SB5(f)＝HP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*HP1(f) 

使得SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)符合(式十一)。可以注意到，SB1(f)为低通滤波器与全通滤波器相乘，  串接后为低通滤波器；SB5(f)为四个高通滤波器相乘，相乘后仍为高通滤波器。 

于图9中，可以找到另一组SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)如下： 

SB1(f)＝LP1(f)*LP2(f)*LP3(f)*LP4(f) 

SB2(f)＝HP1(f)*LP2(f)*LP3(f)*LP4(f) 

SB3(f)＝AP1(f)*HP2(f)*LP3(f)*LP4(f) 

SB4(f)＝AP1(f)*AP2(f)*HP3(f)*LP4(f) 

SB5(f)＝HP4(f)*AP1(f)*AP2(f)*AP3(f) 

使得SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)符合(式十一)。可以注意到，SB1(f)为四个低通滤波器相乘，串接后为低通滤波器；SB5(f)为高通滤波器与全通滤波器相乘，相乘后仍为高通滤波器。 

于图9中，可以找到再一组SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)如下： 

SB1(f)＝LP1(f)*LP2(f)*AP4(f)*AP3(f) 

SB2(f)＝AP4(f)*AP3(f)*LP2(f)*HP1(f) 

SB3(f)＝AP4(f)*LP3(f)*HP2(f)*AP1(f) 

SB4(f)＝LP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*AP1(f) 

SB5(f)＝HP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*AP1(f) 

将以上SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)分开两次相加： 

SB1(f)+SB2(f)＝AP4(f)*AP3(f)*LP2(f)*AP1(f) 

SB3(f)+SB4(f)+SB5(f)＝AP4(f)*AP3(f)*HP2(f)*AP1(f) 

可以发现最后SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(标号510~518)全部相加仍符合(式十一)。可以注意到，SB1(f)为低通滤波器与全通滤波器相乘，串接后为低通滤波器；SB5(f)为高通滤波器与全通滤波器相乘，相乘后仍为高通滤波器。 

此组滤波器进一步简化前面两组滤波器的电路或运算复杂度，但  其皆符合(式十一)。举例而言，AP1(f)、AP2(f)、AP3(f)、AP4(f)、AP5(f)为一阶全通滤波器，LP1(f)、LP2(f)、LP3(f)、LP4(f)、LP5(f)为二阶低通滤波器，HP1(f)、HP2(f)、HP3(f)、HP4(f)、HP5(f)为二阶高通滤波器，滤波器阶数的差异在于系数项目的多寡，与电路或运算复杂度有关；举例而言，一阶滤波器可以三个系数项目运算表示，而二阶滤波器可以五个系数项目运算表示，因此，此组滤波器系进一步简化前面两组滤波器的电路或运算复杂度。 

如图10所示，它是将最后一组滤波器套入图9的五频带均衡器的频域电路方块图。增益g1、g2、g3、g4、g5(标号520~528)相等时，均衡器的整体频率响应呈现实质的平坦表现，应注意到，以上具体实施例可以利用简单的无限脉冲响应(IIR)滤波器电路或者对应的软件运算予以实现，完全无须高效能的微处理器及/或复杂的逆傅利叶转换等相关电路，显然是低成本、高效能均衡器设计的一大突破。 

如图11所示，它是将图10的频域电路进一步简化的电路方块图，其将图10中频域电路共同的滤波器共享，而产生N频带的树状结构理想均衡器。详而言之，图10中上面两道滤波路径包含AP3(f)、AP4(f)、LP2(f)三个共同滤波器可以共享；图11中下方三道滤波路径共同包含AP1(f)、HP2(f)两个共同滤波器，然后再共享滤波器HP3(f)，故可简化成图12的N频带的树状结构理想均衡器。 

如图12所示，它是将图11的N频带的树状结构理想均衡器经过进一步先后顺序的排列配对，产生四个高、低通滤波器对610、620、630、640，接着欲揭示说明图11的N频带的树状结构理想均衡器可以进一步被简化。 

如图13所示，它是高、低通滤波器对LPn(f)、HPn(f)的电路方块图。前面有叙述MATLAB工具可以找出高、低通滤波器对LPn(f)、HPn(f)符合： 

LPn(f)+HPn(f)＝APn(f)        ………………(式十二) 

较佳地，经过适当设计选择低通滤波器LPn(f)，MATLAB工具可以产生两个较低阶的I IR全通滤波器APna(f)、APnb(f)，使得： 

LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2    ………………(式十三) 

令： 

HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2    ……………(式十四) 

故(式十三)、(式十四)的高、低通滤波器对LPn(f)、HPn(f)可以满足(式十二)，产生全通频率响应，应注意到，IIR全通滤波器APna(f)、APnb(f)的阶数较低，使得硬件结构可以更简单。如图14所示，它是利用(式十三)、(式十四)实现高、低通滤波器对LPn(f)、HPn(f)的电路方块图，其中APna(f)、APnb(f)的阶数较LPn(f)、HPn(f)低，举例而言，三阶的高、低通滤波器对LPn(f)、HPn(f)可以利用一阶、二阶的IIR全通滤波器APna(f)、APnb(f)实现。据此，图12的四个高、低通滤波器对610、620、630、640可以利用图14的较低阶IIR全通滤波器实施简化。 

图15是根据本发明的一具体实施例的N频带理想等化方法流程图，流程于步骤700开始，于步骤710，首先接收输入讯号，较佳地为音频讯号或视讯讯号；于步骤720，利用无限脉冲响应滤波对该输入讯号进行N频带理想等化，可以利用N-1组互补的无限脉冲响应(IIR)的高通滤波器、低通滤波器及全通滤波器对输入讯号进行N频带的理想等化处理，于相同增益下可以产生实质平坦均匀的频率响应。为清楚说明起见，此实施例所使用的符号代号将延续前面的符号使用习惯，以方便了解，但与前面实施例所代表内容无关，因此以下的符号命名与运用，系为全新的变量。举例而言，将该N-1组高通滤波器、低通滤波器及全通滤波器的频率转换函数分别标示为HP1(f)~HPN-1(f)、LP1(f)~LPN-1(f)以及AP1(f)~APN-1(f)，其互补特性可以满足： 

LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 

其中，1≤n≤N-1，其可以藉由利用MATLAB工具设计产生互补的高通滤波器、低通滤波器及全通滤波器，较佳地，N为大于2的正整数，高通滤波器HP1(f)~HPN-1(f)为二阶IIR高通滤波器，低通滤波器LP1(f)~LPN-1(f)为二阶IIR低通滤波器，全通滤波器  AP1(f)~APN-1(f)为一阶IIR低通滤波器。可以选择对应N频带的N个滤波器，其转换函数分别为SB1(f)~SBN(f)，其符合以下关系： 

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{SBn}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Π}}}\mathrm{APn}\left(f\right)$

其中，SB1(f)为低通滤波器，SB2(f)~SBN-1(f)为带通滤波器，而SBN(f)为高通滤波器，举例而言，可以选择SB1(f)为 

或者选择SBN(f)为 

或者选择SB1(f)为 

或者选择SBN(f)为 

较佳地，SB1(f)~SBN(f)中的共同输入的互补高、低通滤波器对可以利用图14的较低阶IIR全通滤波器实施电路简化。 

N频带的N个滤波器SB1(f)~SBN(f)可以分别配合增益g1~gN进行各频带的等化调整。故本N频带理想等化方法可以利用简单的IIR滤波器实现高表现的等化调整，当增益g1~gN相等时，均衡器的整体频率响应呈现实质的平坦表现，应注意到，本流程可以无限脉冲响应(IIR)滤波器电路或者对应的软件运算予以实现，而无须高效能的微处理器及/或复杂的逆傅利叶转换等相关电路。 

综上所述，本发明揭示一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，包括：用以接收输入讯号的N个无限脉冲响应滤波器SB1(f)~SBN(f)、耦接于无限脉冲响应摅波器的N个增益调整及一加法器，N个增益调整产生N个增益调整输出，加法器加总该些增益调整输出，以产生理想的等化输出讯号，较佳地，N为大于2的正整数。增益调整用以对输入讯号进行N频带的等化调整，当增益调整系实质相等时，理想均衡器具有实质平坦的频率响应。无限脉冲响应滤波器的频率转换函数SB1(f)~SBN(f)符合以下关系： 

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{SBn}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Π}}}\mathrm{APn}\left(f\right)$

LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 

其中，APn(f)、LPn(f)、HPn(f)分别为无限脉冲响应全通滤波器、低通滤波器、高通滤波器，1≤n≤N-1，n为整数。使得无限脉冲响应滤波器SB1(f)~SBN(f)中，第1个滤波器SB1(f)为低通滤波器，第N个滤波器SBN(f)为高通滤波器，且其余滤波器皆为带通滤波器。较佳地，各无限脉冲响应滤波器SB1(f)～SBN(f)系分别自LPn(f)、HPn(f)、APn(f)滤波器所组成的群组选择出N-1个滤波器串接(cascade)而成，举例而言，滤波器SB1(f)的转换函数系为 

SB1(f)～SBN(f)可以简化为树状结构的无限脉冲响应滤波的理想均衡器，较佳地，SB1(f)～SBN(f)中的共同输入的互补高、低通滤波器对可以利用图15的较低阶IIR全通滤波器实施电路简化。

本发明亦揭示一种无限脉冲响应滤波的理想均衡器，包括树状结构的无限脉冲响应滤波器，用以接收输入讯号并产生N个输出，分别具有N个频带的频率转换函数SB1(f)～SBN(f)；N个增益调整，耦接于树状结构的无限脉冲响应滤波器，用以产生N个增益调整输出；以及加法器，用以加总增益调整输出，以产生理想的等化输出讯号，其中，N为大于2的正整数，符合以下关系： 

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{SBn}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Π}}}\mathrm{APn}\left(f\right)$

其中，APn(f)为无限脉冲响应全通滤波器，1≤n≤N-1，n为整数， 

LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 

其中，LPn(f)为无限脉冲响应低通滤波器且HPn(f)为无限脉冲响应高通滤波器。其中树状结构的无限脉冲响应滤波器包含多数个具有共同输入的互补高、低通滤波器，其系利用较低阶的无限脉冲响应全通滤波转换器实现，使得： 

LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2 

HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2 

其中，1≤n≤N-1，APna(f)、APnb(f)皆为无限脉冲响应全通滤波转换器。 

本发明亦揭示一种利用无限脉冲响应滤波的理想等化方法，包括：接收音频或视频输入讯号；以及利用无限脉冲响应滤波对输入讯号进行N频带等化处理，以产生理想等化输出讯号，其中，N为大于2的正整数。举例而言，可以利用N-1组无限脉冲响应的高通滤波器、  低通滤波器及全通滤波器适当地选择串接，以对输入讯号进行N频带的理想等化，而各组滤波器的高通滤波器及低通滤波器的转换函数加总系为其全通滤波器的转换函数。等化步骤系可对输入讯号分别于N频带进行增益调整，当N频带的增益调整系实质相等时，理想等化输出讯号具有实质平坦的频率响应。假设N频带的滤波的频率转换函数分别为SB1(f)~SBN(f)，其符合以下关系： 

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{SBn}\left(f\right)=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Π}}}\mathrm{APn}\left(f\right)$

LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 

其中，APn(f)、LPn(f)、HPn(f)分别为无限脉冲响应全通滤波转换函数、低通滤波转换函数、高通滤波转换函数，1≤n≤N-1，n为整数。转换函数SB1(分~SBN(f)系分别自LPn(f)、HPn(f)、APn(f)滤波转换函数所组成的群组选择出N-1个滤波转换函数串接而成，SB1(f)为低通转换函数，SBN(f)为高通转换函数，且其余皆为带通转换函数，举例而言，滤波转换函数SB1(f)可选择为 

或者SBN(f)可选择为 

较佳地，转换函数SB1(f)~SBN(f)可以简化为树状结构，更进一步，SB1(f)~SBN(f)中的共同输入的互补高、低通滤波转换函数对可以利用(式十三)、(式十四)的较低阶IIR全通滤波器实施电路简化。 

Claims (9)

1.一种利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，其特征在于，它包括：

N个无限脉冲响应滤波器，用以接收一输入讯号；

N个增益调整，分别耦接于该些无限脉冲响应滤波器，用以产生

N个增益调整输出；以及

一加法器，用以加总该些增益调整输出，以产生一理想的等化输出讯号，

其中，N为大于2的正整数；所述无限脉冲响应滤波器的频率转换函数分别为SB₁(f)～SB_N(f)，其符合以下关系：

其中，AP_n(f)为无限脉冲响应全通滤波器，1≤n≤N-1，n为整数；所述AP_n(f)满足LP_n(f)+HP_n(f)＝AP_n(f)，1≤n≤N-1；

其中，LP_n(f)为无限脉冲响应低通滤波器且HP_n(f)为无限脉冲响应高通滤波器。

2.如权利要求1所述的利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，其特征在于，其中所述增益调整对输入讯号进行N频带的等化调整。

3.如权利要求1所述的利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，其特征在于，当所述增益调整系实质相等时，所述理想均衡器具有一实质平坦的频率响应。

4.如权利要求1所述的利用无限脉冲响应滤波的理想均衡器，其特征在于，所述无限脉冲响应滤波器依频带低至高分别为第n个滤波器，其中n是属于N的任意数值，而第1个滤波器为一低通滤波器，第N个滤波器为一高通滤波器，且其余滤波器皆为带通滤波器。

5.一种无限脉冲响应滤波的理想均衡器，其特征在于，它包括：

一树状结构的无限脉冲响应滤波器，用以接收一输入讯号并产生N个输出；

N个增益调整，耦接于该树状结构的无限脉冲响应滤波器，用以产生N个增益调整输出；以及

一加法器，用以加总所述增益调整输出，以产生一理想的等化输出讯号，

其中，N为大于2的正整数；所述树状结构的无限脉冲响应滤波器所产生的N个输出分别具有N个频带的频率转换函数SB₁(f)～SB_N(f)，其符合以下关系：

其中，AP_n(f)为无限脉冲响应全通滤波器，1≤n≤N-1，n为整数；全通滤波器APn(f)，1≤n≤N-1，符合以下关系：

LPn(f)+HPn(f)＝APn(f)；

其中，LPn(f)为无限脉冲响应低通滤波器且HPn(f)为无限脉冲响应高通滤波器。

6.如权利要求5所述的无限脉冲响应滤波的理想均衡器，其特征在于，所述树状结构的无限脉冲响应滤波器包含多数个具有共同输入的互补高、低通滤波器，其系利用较低阶的无限脉冲响应全通滤波转换器实现，使得：

LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2

HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2

其中，1≤n≤N-1，APna(f)、APnb(f)皆为无限脉冲响应全通滤波转换器。

7.一种利用无限脉冲响应滤波的理想等化方法，其特征在于，它包括：

接收一输入讯号；以及

利用无限脉冲响应滤波对该输入讯号进行N频带等化处理，以产生一理想等化输出讯号，

其中，N为大于2的正整数；所述N频带的滤波的频率转换函数分别为SB₁(f)～SB_N(f)，其符合以下关系：

LP_n(f)+HP_n(f)＝AP_n(f)； 

其中，AP_n(f)为无限脉冲响应全通滤波转换函数，LP_n(f)为无限脉冲响应低通滤波转换函数且HP_n(f)为无限脉冲响应高通滤波转换函数，1≤n≤N-1，n为整数。

8.如权利要求7所述的利用无限脉冲响应滤波的理想等化方法，其特征在于，所述N频带的滤波的频率转换函数SB₁(f)～SB_N(f)共同实施为一树状结构的串接滤波器。

9.如权利要求8所述的利用无限脉冲响应滤波的理想等化方法，其特征在于，所述树状结构的串接滤波器包含多数个具有共同输入的互补高、低通滤波函数对LPn(f)、HPn(f)，其是利用较低阶的无限脉冲响应全通滤波转换函数APna(f)、APnb(f)实现，使得：

LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2

HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2

其中，1≤n≤N-1，APna(f)、APnb(f)皆为无限脉冲响应全通滤波转换器。 

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