JP2001326991A - Audio processor - Google Patents
Audio processorInfo
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- JP2001326991A JP2001326991A JP2000145846A JP2000145846A JP2001326991A JP 2001326991 A JP2001326991 A JP 2001326991A JP 2000145846 A JP2000145846 A JP 2000145846A JP 2000145846 A JP2000145846 A JP 2000145846A JP 2001326991 A JP2001326991 A JP 2001326991A
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- frequency
- filters
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- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、個々の周波数帯域
毎に設けられた複数のアンプにより増幅して複数のスピ
ーカに出力するためにオーディオ入力信号を複数の周波
数帯域に分割する音声処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an audio processing apparatus for dividing an audio input signal into a plurality of frequency bands so that the signals are amplified by a plurality of amplifiers provided for each frequency band and output to a plurality of speakers. .
【0002】[0002]
【従来の技術】オーディオ入力信号を複数の周波数帯域
に分割して個々の周波数帯域毎に専用のスピーカをそれ
ぞれ各専用アンプにより駆動するマルチチャネルスピー
カシステムでは、複数の周波数帯域に分割するためのフ
ィルタとしてアナログフィルタの代わりにデジタルフィ
ルタを用いることにより、直線位相で周波数振幅特性が
平坦なスピーカ応答を実現することができる。2. Description of the Related Art In a multi-channel speaker system in which an audio input signal is divided into a plurality of frequency bands and a dedicated speaker is driven by each dedicated amplifier for each frequency band, a filter for dividing the signal into a plurality of frequency bands. By using a digital filter instead of an analog filter, a speaker response with a linear phase and a flat frequency amplitude characteristic can be realized.
【0003】図18は従来例として、特開平3−143
195号公報に示されたマルチアンプ方式スピーカシス
テムを示すブロック図である。図18において、アナロ
グのオーディオ入力信号がn個のA/D変換器61〜6n
により各デジタル信号に変換され、次いでA/D変換器
61〜6nにより変換された各デジタル信号がそれぞれ帯
域分割回路41〜4nにより個々の周波数帯域に帯域制限
され、これによりn個の周波数帯域に分割される。帯域
分割回路41〜4nは共にFIRフィルタにより構成され
ている。次いで帯域分割回路41〜4nの各出力信号がそ
れぞれ逆フィルタ71〜7nに印加されて、各帯域毎に駆
動されるスピーカユニット31〜3nの振幅位相特性をキ
ャンセルしてスピーカユニット31〜3nの振幅特性を平
坦かつ位相特性を直線にするための周波数特性が付加さ
れる。逆フィルタ71〜7nは帯域分割回路41〜4nと同
様にFIRフィルタにより構成されている。FIG. 18 shows a conventional example as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-143.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a multi-amplifier type speaker system disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 195/195. 18, the audio input signal of the analog is of the n A / D converter 6 1 to 6 n
Each is converted into a digital signal, then is bandlimited to each frequency band by the A / D converter 61 each digital signal converted by to 6 n each band division circuit 4 1 to 4 n by which the n-number Frequency band. Band dividing circuit 4 1 to 4 n are both formed of a FIR filter. Then the band division circuit 4 1 to 4 n output signals of the is applied to the inverse filter 7 1 to 7-n, respectively, a speaker to cancel the amplitude-phase characteristic of the speaker unit 3 1 to 3 n which are driven in each band frequency characteristic for an amplitude characteristic of the unit 3 1 to 3 n to the straight flat and phase characteristic is added. Inverse filter 7 1 to 7-n is constituted by the band division circuit 4 1 to 4 n similarly to the FIR filter.
【0004】次いで逆フィルタ71〜7nの各出力信号が
それぞれ遅延補正回路81〜8nに印加されて、帯域分割
回路41〜4nと逆フィルタ71〜7nにおいて生じた時間
差を吸収するように遅延される。次いで遅延補正回路8
1〜8nの各出力信号がそれぞれD/A変換器51〜5nに
よりアナログ信号に変換され、次いでD/A変換器5 1
〜5nにより変換されたアナログ信号がそれぞれ増幅器
21〜2nにより増幅されてスピーカユニット31〜3nに
印加される。この方式では、帯域分割回路41〜4nと逆
フィルタ71〜7nがFIRフィルタにより構成されるの
で、高精度で各周波数帯域の振幅特性を平坦にかつ位相
特性を直線にすることができる。Next, an inverse filter 71~ 7nEach output signal
Delay correction circuit 81~ 8nIs applied to
Circuit 41~ 4nAnd inverse filter 71~ 7nTime that occurred in
Delayed to absorb the difference. Next, the delay correction circuit 8
1~ 8nAre output from the D / A converter 5 respectively.1~ 5nTo
Is converted to an analog signal, and then the D / A converter 5 1
~ 5nThe analog signals converted by
21~ 2nAmplified by the speaker unit 31~ 3nTo
Applied. In this system, the band dividing circuit 41Inverse to ~ 4n
Filter 71~ 7nIs constituted by an FIR filter.
The amplitude characteristics of each frequency band are flattened and phased with high accuracy.
The characteristics can be linear.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方式では、帯域分割回路41〜4nと逆フィルタ71
〜7nがFIRフィルタにより構成されるので、多くの
積和演算と遅延メモリを必要とするという問題点があ
る。図3はFIRフィルタをデジタル信号処理器(DS
P)により実現する場合の構成を示している。図3にお
いて、入力信号S11が遅延メモリ(z-1)111〜1
1k-1により1サンプル毎に遅延されて各サンプルが記
憶され、入力信号S11と遅延メモリ111〜11k-1に
記憶された各サンプルがそれぞれ係数乗算器120〜1
2k-1により、DSPに記憶されている各係数と乗算さ
れる。次いで各乗算結果が加算器13により加算され、
この加算結果S13がFIRフィルタの出力となる。積
和演算の回数はFIRフィルタのタップ長と呼ばれ、図
3ではkタップである。However, in the above-mentioned conventional system, the band division circuits 4 1 to 4 n and the inverse filter 7 1 are used.
Since to 7-n is constituted by a FIR filter, there is a problem that requires a delay memory with a number of product-sum operation. FIG. 3 shows an FIR filter connected to a digital signal processor (DS).
P) shows the configuration in the case of realization. In FIG. 3, the input signal S11 is a delay memory (z -1 ) 11 1 to 1
Each sample is delayed by 1 k-1 for each sample is stored, the input signal S11 and the delay memory 11 1 to 11 k-1 the samples each coefficient multiplier 12 which is stored in the 0-1
Each coefficient stored in the DSP is multiplied by 2 k -1 . Next, each multiplication result is added by the adder 13,
This addition result S13 is the output of the FIR filter. The number of product-sum operations is called the tap length of the FIR filter, and is k taps in FIG.
【0006】ここで、比較的低域成分をフィルタ処理す
るためには長い信号を記憶する必要があるので、そのた
めフィルタ係数長も積和演算回数も多くなる。このた
め、聴覚のように広い周波数範囲を扱う処理には不利と
なる。可聴周波数帯域の下限が20Hzであることを考
慮して、周波数分解能が20HzとなるFIRフィルタ
を実現すると、そのタップ長kは2400となる(サン
プリング周波数fsを48kHzと仮定)。この処理に
は105.2MIPSの演算速度を持つDSPが要求さ
れ、現在の汎用の1チップのDSPでは実現が困難であ
る。Here, in order to filter relatively low frequency components, a long signal needs to be stored, so that the filter coefficient length and the number of product-sum operations increase. For this reason, it is disadvantageous for processing that handles a wide frequency range such as hearing. Considering that the lower limit of the audible frequency band is 20 Hz, when an FIR filter having a frequency resolution of 20 Hz is realized, the tap length k is 2400 (assuming the sampling frequency fs to be 48 kHz). This processing requires a DSP having an operation speed of 105.2 MIPS, and it is difficult to realize the present general-purpose one-chip DSP.
【0007】この低域における演算負荷を減らす従来例
として、例えば特開平7−59186号公報には帯域毎
に異なるサンプリング周波数fsを用いる方法が提案さ
れ、その構成を図19に示す。しかしながら、この方法
では、帯域分割された信号のサンプリング周波数fsを
減らすためのデシメーション処理(図の第1、第3デシ
メータ)と、特性を補正した信号のサンプリング周波数
fsを元に戻すための補間処理(図の第1、第3補間
器)と、折り返し防止のためのフィルタリング処理(図
の第2、第4LPF)が必要になるので、効率が悪いと
いう問題点がある。As a conventional example of reducing the calculation load in the low frequency band, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-59186 proposes a method using a different sampling frequency fs for each band, and the configuration is shown in FIG. However, in this method, decimation processing (first and third decimators in the drawing) for reducing the sampling frequency fs of the band-divided signal and interpolation processing for returning the sampling frequency fs of the signal whose characteristic has been corrected to the original state (1st and 3rd interpolators in the figure) and filtering processing (2nd and 4th LPFs in the figure) to prevent aliasing are required.
【0008】本発明は上記従来例の問題点に鑑み、低域
を処理する回路のメモリ容量と演算回数を低減すること
ができる音声処理装置を提供することを目的とする。本
発明は特に、帯域分割処理とスピーカ特性補正処理を簡
単なハードウエアにより実現することができる音声処理
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-described problems of the related art, and has as its object to provide an audio processing device capable of reducing the memory capacity and the number of operations of a circuit for processing low frequencies. In particular, an object of the present invention is to provide an audio processing device capable of realizing band division processing and speaker characteristic correction processing with simple hardware.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、少ない演算量でも低域において高分解能で
あるワープフィルタにより低域を帯域分割、スピーカ特
性補正するようにしたものである。すなわち本発明によ
れば、オーディオ入力信号の低域側を1以上の周波数帯
域にそれぞれ分割する1以上のワープフィルタと、前記
オーディオ入力信号の高域側を1以上の周波数帯域にそ
れぞれ分割する1以上のFIRフィルタとを、備えた音
声処理装置が提供される。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention is designed to divide the low frequency band by a warp filter having a high resolution in the low frequency range even with a small amount of operation and to correct the speaker characteristics. . That is, according to the present invention, one or more warp filters that divide the low-frequency side of the audio input signal into one or more frequency bands, and one that divides the high-frequency side of the audio input signal into one or more frequency bands. An audio processing device including the above FIR filter is provided.
【0010】また本発明によれば、複数の周波数帯域に
分割されたオーディオ信号の内、低域側の特性をスピー
カの特性に応じて帯域毎にそれぞれ補正する1以上のワ
ープフィルタと、複数の周波数帯域に分割された前記オ
ーディオ信号の内、高域側の帯域の特性をスピーカの特
性に応じて帯域毎にそれぞれ補正する1以上のFIRフ
ィルタとを、備えた音声処理装置が提供される。Further, according to the present invention, one or more warp filters for correcting the low-frequency characteristic of each of the audio signals divided into a plurality of frequency bands for each band according to the characteristics of the loudspeaker, There is provided an audio processing device provided with one or more FIR filters for correcting, for each band, the characteristics of a high frequency band of the audio signal divided into frequency bands in accordance with the characteristics of a speaker.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1は本発明に係る音声処
理装置の第1の実施形態を示すブロック図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the audio processing device according to the present invention.
【0012】図1において、アナログのオーディオ入力
信号がA/D変換器206によりデジタル信号に変換さ
れ、次いでA/D変換器206により変換されたデジタ
ル信号がそれぞれ帯域分割フィルタ2041〜204k、
204k+1〜204nにより個々の周波数帯域に帯域制限
されてn個の周波数帯域に分割される。次いで帯域分割
フィルタ2041〜204k、204k+1〜204nの各出
力信号がそれぞれスピーカ特性補正フィルタ2071〜
207k、207k+1〜207nに印加されて、各帯域毎に
駆動されるスピーカユニット2031〜203k、203
k+1〜203nの振幅位相特性をキャンセルしてスピーカ
ユニット2031〜203k、203k+1〜203nの振幅
特性を平坦かつ位相特性を直線にするための周波数特性
が付加される。In FIG. 1, an analog audio input signal is converted into a digital signal by an A / D converter 206, and the digital signals converted by the A / D converter 206 are then converted into band division filters 204 1 to 204 k , respectively.
Bands are limited to individual frequency bands by 204 k + 1 to 204 n and divided into n frequency bands. Next, the output signals of the band division filters 204 1 to 204 k and 204 k + 1 to 204 n are respectively applied to the speaker characteristic correction filters 207 1 to 207 1 .
207 k , 207 k + 1 to 207 n are applied to the speaker units 203 1 to 203 k and 203 driven for each band.
k + 1 ~203 n frequency characteristic for cancel the amplitude phase characteristic to the linear flat and phase characteristic of the amplitude characteristic of the speaker unit 203 1 ~203 k, 203 k + 1 ~203 n of is added.
【0013】低域側の帯域分割フィルタ2041〜20
4k及びスピーカ特性補正フィルタ2071〜207kは
共に、図2に詳しく示すようなワープフィルタにより構
成され、高域側の帯域分割フィルタ204k+1〜204n
及びスピーカ特性補正フィルタ207k+1〜207nは共
に、図3に詳しく示すようなFIRフィルタにより構成
されている。なお、最も低域側の帯域分割フィルタ20
41は低域通過フィルタ(LPF)でもよく、また、最
も高域側の帯域分割フィルタ204nは高域通過フィル
タ(HPF)でもよい。The low-frequency band division filters 204 1 to 20 4
4 k and the speaker characteristic correction filters 207 1 to 207 k are each configured by a warp filter as shown in detail in FIG. 2, and the band dividing filters 204 k + 1 to 204 n on the high frequency side.
Each of the speaker characteristic correction filters 207 k + 1 to 207 n is constituted by an FIR filter as shown in detail in FIG. Note that the band splitting filter 20 on the lowest band side
4 1 may even low-pass filter (LPF), also the band division filter 204 n the highest frequency side may be a high pass filter (HPF).
【0014】スピーカ特性補正フィルタ2071〜20
7k、207k+1〜207nの各出力信号はそれぞれ遅延補
正回路2081〜208k、208k+1〜208nに印加さ
れて、帯域分割フィルタ2041〜204k、204k+1〜
204nとスピーカ特性補正フィルタ2071〜207k、
207k+1〜207nにおいて生じた時間差を吸収するよ
うに遅延される。次いで遅延補正回路2081〜20
8k、208k+1〜208 nの各出力信号がそれぞれD/A
変換器2051〜205k、205k+1〜205nによりア
ナログ信号に変換され、次いでD/A変換器2051〜
205k、205k+1〜205nにより変換されたアナログ
信号がそれぞれ増幅器2021〜202k、202k+1〜2
02nにより増幅されてスピーカユニット2031〜20
3k、203k +1〜203nに印加される。The speaker characteristic correction filter 2071~ 20
7k, 207k + 1~ 207nThe output signals of
Positive circuit 2081~ 208k, 208k + 1~ 208nApplied to
And the band division filter 2041~ 204k, 204k + 1~
204nAnd speaker characteristic correction filter 2071~ 207k,
207k + 1~ 207nAbsorb the time difference that occurred in
Is delayed. Next, the delay correction circuit 2081~ 20
8k, 208k + 1~ 208 nOutput signals are D / A
Converter 2051~ 205k, 205k + 1~ 205nBy
Converted to a analog signal, and then to a D / A converter 2051~
205k, 205k + 1~ 205nAnalog converted by
The signal is the amplifier 2021~ 202k, 202k + 1~ 2
02nAmplified by the speaker unit 2031~ 20
3k, 203k +1~ 203nIs applied to
【0015】ここで、一般的には、FIRフィルタは全
ての周波数にわたって均一な周波数分解能特性を有する
が、本発明のようにオーディオ信号の処理を帯域別に行
う場合には周波数分解能が全帯域にわたって均一である
必要はなく、帯域制限を行うとき、あるいは帯域制限し
た後は、制限された各帯域内の信号をその帯域にとって
聴覚的見地から最適な周波数分解能で処理できればよ
い。すなわち、帯域内の周波数分解能は細かく、それ以
外の帯域(高域)では周波数分解能は粗くても目的を十
分達成することができ、ワープフィルタは低域において
この目的を満足する。ワープフィルタの動作原理につい
ては、Matti Karjalainen らによる"Comparison of Lou
dspeaker Equalization Methods Based on DSP Techniq
ues", J. Audio Eng. Soc., Vol. 47, No. 1/2, (1999
Jan./Feb.) pp. 14-31と題する論文に詳しいが、ここで
はその基本動作を簡単に説明する。Here, in general, the FIR filter has a uniform frequency resolution characteristic over all frequencies, but when the audio signal processing is performed for each band as in the present invention, the frequency resolution is uniform over the entire band. When the band is limited or after the band is limited, it is only necessary that the signal in each of the limited bands can be processed with an optimal frequency resolution from an aural point of view for the band. That is, the frequency resolution in the band is fine, and the frequency resolution is coarse in other bands (high band), and the purpose can be sufficiently achieved, and the warp filter satisfies this purpose in the low band. For the principle of operation of the warp filter, see "Comparison of Lou" by Matti Karjalainen et al.
dspeaker Equalization Methods Based on DSP Techniq
ues ", J. Audio Eng. Soc., Vol. 47, No. 1/2, (1999
Jan./Feb.) Pp. 14-31, but I will briefly explain the basic operation here.
【0016】図2を参照してワープフィルタの構成を説
明する。入力信号S15はオールパスフィルタにより構
成される遅延素子(D1)151〜15l-1により遅延さ
れ、入力信号S15と遅延素子151〜15l-1により遅
延された信号がそれぞれ係数乗算器160〜16l-1によ
り各係数と乗算される。次いで各乗算結果が加算器17
により加算され、この加算結果S17がワープフィルタ
の出力となる。The configuration of the warp filter will be described with reference to FIG. The input signal S15 is delayed by delay elements (D 1 ) 15 1 to 15 l−1 constituted by an all-pass filter, and the input signal S15 and the signal delayed by the delay elements 15 1 to 15 l−1 are each a coefficient multiplier. It is multiplied by each coefficient by 16 0 ~16 l-1. Next, each multiplication result is added to the adder 17.
And the addition result S17 is the output of the warp filter.
【0017】ここで、遅延素子は、図3に示すFIRフ
ィルタでは単純に1サンプルを遅延するように構成され
るが、ワープフィルタではオールパスフィルタにより構
成されるのが特徴である。オールパスフィルタは周波数
振幅特性を保ったまま位相特性を変えることができるフ
ィルタであり、例として一次オールパスフィルタの構成
を図4に示す。また、この伝達関数D1(z)は次式
(1)で表すことができる。Here, the delay element is configured to simply delay one sample in the FIR filter shown in FIG. 3, but is characterized in that it is configured by an all-pass filter in the warp filter. The all-pass filter is a filter that can change the phase characteristic while maintaining the frequency-amplitude characteristic. As an example, FIG. 4 shows the configuration of a primary all-pass filter. The transfer function D 1 (z) can be expressed by the following equation (1).
【0018】[0018]
【数1】 (Equation 1)
【0019】式(1)において、λはワーピングパラメ
ータと呼ばれ、周波数帯域における分解能を決定するパ
ラメータとなる。式(1)からオールパスフィルタの周
波数特性を計算すると、振幅特性は常に1である一方、
群遅延特性は図5に示すように周波数に依存する。ま
た、ワーピング係数λを適当に設定することにより群遅
延特性を変化させることができ、λ>0に設定すること
により低域ほど遅延時間が大きい遅延素子を構成するこ
とができる。このオールパスフィルタを図3に示すFI
Rフィルタにおける1サンプルの遅延メモリ111〜1
1k-1と置き換えれば、低域では周波数分解能が細か
く、高域では周波数分解能が粗いフィルタを構成するこ
とができる。In the equation (1), λ is called a warping parameter and is a parameter for determining the resolution in the frequency band. When the frequency characteristic of the all-pass filter is calculated from Expression (1), the amplitude characteristic is always 1, while
The group delay characteristic depends on the frequency as shown in FIG. The group delay characteristic can be changed by appropriately setting the warping coefficient λ. By setting λ> 0, a delay element having a longer delay time in a lower frequency band can be configured. This all-pass filter is shown in FIG.
One sample delay memory 11 1 to 1 in R filter
By replacing with 1 k-1 , a filter having a fine frequency resolution in a low band and a coarse frequency resolution in a high band can be formed.
【0020】ワープフィルタによる帯域分割フィルタ2
041〜204kの一例を説明する。図6は256タップ
のワープフィルタ(λ=0.9)を用いた帯域分割フィ
ルタ2041〜204kの周波数振幅応答を示し、図7は
4096タップのFIRフィルタを用いた帯域分割フィ
ルタ204k+1〜204nの周波数振幅応答を示す。低域
側のカットオフ周波数fkLは100Hz、高域側のカッ
トオフ周波数fkHは200Hz、サンプリング周波数f
sは44.1kHzである。図6、図7より、通過帯域
においては殆ど等しい周波数振幅応答を得ることができ
ることがわかる。Band splitting filter 2 by warp filter
An example of 04 1 to 204 k will be described. FIG. 6 shows the frequency amplitude response of the band division filters 204 1 to 204 k using the 256 tap warp filter (λ = 0.9), and FIG. 7 shows the band division filter 204 k + using the 4096 tap FIR filter. 1 shows a frequency amplitude response of 1 to 204 n . The cut-off frequency f kL on the low frequency side is 100 Hz, the cut-off frequency f kH on the high frequency side is 200 Hz, and the sampling frequency f
s is 44.1 kHz. FIGS. 6 and 7 show that almost the same frequency amplitude response can be obtained in the pass band.
【0021】また、図8は同じ256タップのワープフ
ィルタを用いた帯域分割フィルタ2041〜204kの時
間応答を示し、図9は同じ4096タップのFIRフィ
ルタを用いた帯域分割フィルタ204k+1〜204nの時
間応答を示す。図8、図9に示すようにこの二つの時間
応答は、ほぼ一致することから、ワープフィルタでは周
波数振幅応答だけでなく位相特性も制御することができ
ることがわかる。FIG. 8 shows the time response of the band division filters 204 1 to 204 k using the same 256 tap warp filter, and FIG. 9 shows the band division filter 204 k + 1 using the same 4096 tap FIR filter. 4 shows the time response of 204204 n . As shown in FIG. 8 and FIG. 9, the two time responses almost coincide with each other, which indicates that the warp filter can control not only the frequency amplitude response but also the phase characteristic.
【0022】次にワープフィルタによるスピーカ特性補
正フィルタ2071〜207kの一例を説明する。図10
はスピーカユニット2031〜203nの周波数振幅応答
特性を示し、この特性を補正するために、同じ256タ
ップのワープフィルタを用いたスピーカ特性補正フィル
タ2071〜207k、同じ4096タップのFIRフィ
ルタを用いたスピーカ特性補正フィルタ207k+1〜2
07nの各周波数振幅応答特性をそれぞれ図11、図1
2に示す。また、それぞれのフィルタにより補正された
周波数振幅応答特性をそれぞれ図13、図14に示す。
図より、高域における補正はFIRフィルタの方が優れ
ているが、低域における補正では、ワープフィルタを用
いても補正精度はFIRフィルタと殆ど同じであること
がわかる。したがって、ワープフィルタを用いることに
より、FIRフィルタよりタップ数が少ないタップ数で
低域における帯域分割フィルタ2041〜204k及びス
ピーカ特性補正フィルタ2071〜207kを実現するこ
とができる。Next, an example of the speaker characteristic correction filters 207 1 to 207 k using the warp filter will be described. FIG.
Indicates the frequency amplitude response characteristics of the speaker units 203 1 to 203 n. To correct these characteristics, the speaker characteristic correction filters 207 1 to 207 k using the same 256-tap warp filter and the same 4096-tap FIR filter are used. Used speaker characteristic correction filter 207 k + 1 to 2
07 n respectively 11 each frequency amplitude response of FIG. 1
It is shown in FIG. 13 and 14 show frequency amplitude response characteristics corrected by the respective filters.
From the figure, it can be seen that the FIR filter is superior in the correction in the high frequency range, but the correction accuracy in the low frequency range is almost the same as that of the FIR filter even if a warp filter is used. Therefore, by using the warped filter, it is possible to realize a band division filter 204 1 to 204 k and the speaker characteristic correction filter 207 1 to 207 k in the low-pass tap number fewer taps than FIR filters.
【0023】次に、この実施形態及び従来例におけるフ
ィルタの演算コストと使用メモリ量の比較結果を図15
に示す。1タップ当たりの演算インストラクション数
は、ワープフィルタがFIRフィルタの4倍になるが、
低域においてはインストラクション数の増加以上のタッ
プ長を削減することができるので、総合的なインストラ
クション数を減少することができる。また、タップ長を
削減することができるので、メモリも節約することがで
きる。Next, FIG. 15 shows a comparison result between the operation cost of the filter and the amount of used memory in the embodiment and the conventional example.
Shown in The number of operation instructions per tap is four times that of the warp filter compared to the FIR filter.
In the low frequency range, the tap length beyond the increase in the number of instructions can be reduced, so that the total number of instructions can be reduced. Further, since the tap length can be reduced, the memory can also be saved.
【0024】ここで、低域から高域に向かってどの帯域
までをワープフィルタにより構成すべきかを、オクター
ブバンド幅で帯域分割する場合を例にして説明する。f
s=48kHzとして24kHzまでを10バンドに分
割し、最も低域(バンド=1)の処理を8192タップ
のFIRフィルタで実現する場合、この帯域における周
波数分解能は約5.9Hzとなる。バンド=1における
上限周波数f1Hとこの帯域における周波数分解能f1Rの
比はf1H/f1R=約46.9/約5.9=8である。聴
覚の感度が対数的であるという性質を考慮して、この比
率=8を保つという条件で、各帯域の処理において必要
とされるFIRフィルタのタップ数を図16に示す。図
16に示すようにFIRフィルタの必要タップ数は、高
域になるにしたがって短くて済む。Here, a description will be given of a range from the low band to the high band in which the warp filter is to be formed, by taking as an example a case where the band is divided by an octave band width. f
If s = 48 kHz and up to 24 kHz are divided into 10 bands and the lowest band (band = 1) processing is realized by an 8192 tap FIR filter, the frequency resolution in this band is about 5.9 Hz. The ratio of the upper limit frequency f 1H in band = 1 to the frequency resolution f 1R in this band is f 1H / f 1R = about 46.9 / about 5.9 = 8. FIG. 16 shows the number of taps of the FIR filter required in the processing of each band under the condition that the ratio = 8 is maintained in consideration of the property that the auditory sensitivity is logarithmic. As shown in FIG. 16, the required number of taps of the FIR filter can be reduced as the frequency becomes higher.
【0025】一方、ワープフィルタの場合には、各帯域
に応じてワーピング係数λを選択するので、どの帯域で
も必要とされるタップ数は、ほぼ一定である。前述した
ように4096タップのFIRフィルタを256タップ
のワープフィルタで代替えすることができ、実現には1
fs当たり1024インストラクションを必要とするの
で、FIRフィルタを使用するかワープフィルタを使用
するか(図1に示すk、k+1)を決定する臨界周波数
は375Hzとなる。したがって、この周波数の近傍を
FIRフィルタを使用するかワープフィルタを使用する
かの判断基準とすればよい。On the other hand, in the case of a warp filter, the warping coefficient λ is selected according to each band, so that the number of taps required in any band is substantially constant. As described above, a 4096 tap FIR filter can be replaced by a 256 tap warp filter.
Since 1024 instructions are required per fs, the critical frequency for determining whether to use the FIR filter or the warp filter (k, k + 1 shown in FIG. 1) is 375 Hz. Therefore, the vicinity of this frequency may be used as a criterion for determining whether to use the FIR filter or the warp filter.
【0026】なお、ワープフィルタを用いてスピーカの
特性を補正する点については、前述したMatti Karjalai
nen らによる"Comparison of Loudspeaker Equalizatio
n Methods Based on DSP Techniques"に詳述され、ここ
ではスピーカの特性を全特性を一括して補償する方式が
述べられている。これに対し、本発明では、ワープフィ
ルタが低域において少ない演算量でも高分解能である性
質に注目し、ワープフィルタを用いる対象を低域に限定
している点が大きく異なる。The point that the characteristics of the speaker are corrected using the warp filter is described in the above Matti Karjalai.
"Comparison of Loudspeaker Equalizatio" by nen et al.
n Methods Based on DSP Techniques ", which describes a method for collectively compensating for speaker characteristics for all characteristics. In contrast, in the present invention, a warp filter has a small amount of computation in a low frequency range. However, the point that attention is paid to the property of high resolution, and the point where the warp filter is used is limited to a low frequency band is greatly different.
【0027】次に図17を参照して第2の実施形態につ
いて説明する。図17は基本的に第1の実施形態(図
1)と同じであるが、複数のスピーカユニット2031
〜203nの内、特性補正が必要な帯域=1〜mのみに
スピーカ特性補正フィルタ2071〜207mが設けられ
ている。すなわち、帯域分割までを第1の実施形態と同
様に処理した後、特性補正が必要なスピーカユニット2
031〜203mが属する帯域=1〜mのみを特性補正
し、他の帯域=m+1〜nの信号はそのまま通過させて
次段の遅延補正回路2081〜208nに印加される。こ
の第2の実施形態によれば、特性補正が必要なスピーカ
ユニット2031〜203mが属する帯域=1〜mのみに
スピーカ特性補正フィルタ2071〜207mを設けるの
で、さらに演算負荷を軽減することができる。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 is basically the same as the first embodiment (FIG. 1), but a plurality of speaker units 203 1
Of ~203 n, only the bandwidth = 1 to m required characteristic correction speaker characteristic correction filter 207 1 to 207 m is provided. That is, after the processing up to the band division is performed in the same manner as in the first embodiment, the speaker unit 2 that needs characteristic correction is required.
03 1 ~203 m is only bandwidth = 1 to m and characteristic correction belonging, signals of other bands = m + 1 to n is applied as it is passed to the next stage of the delay correction circuit 208 1 ~208 n. According to the second embodiment, the loudspeaker characteristic correction filters 207 1 to 207 m are provided only in the band = 1 to m to which the loudspeaker units 203 1 to 203 m requiring characteristic correction belong, so that the calculation load is further reduced. be able to.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
ない演算量でも高分解能であるワープフィルタにより低
域を帯域分割、スピーカ特性補正するようにしたので、
低域を処理する回路のメモリ容量と演算回数を低減する
ことができる。As described above, according to the present invention, the low frequency band is divided and the speaker characteristics are corrected by the warp filter having a high resolution even with a small amount of calculation.
It is possible to reduce the memory capacity and the number of operations of the circuit for processing low frequencies.
【図1】本発明に係る音声処理装置の第1の実施形態を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an audio processing device according to the present invention.
【図2】図1のワープフィルタの構成を示すブロック図
である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a warp filter of FIG. 1;
【図3】図1のFIRフィルタの構成を示すブロック図
である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the FIR filter of FIG. 1;
【図4】図2の遅延素子としてオールパスフィルタの構
成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an all-pass filter as the delay element in FIG. 2;
【図5】図4のオールパスフィルタの群遅延特性を示す
グラフである。FIG. 5 is a graph showing group delay characteristics of the all-pass filter of FIG.
【図6】図1の低域側帯域分割フィルタを構成するワー
プフィルタの周波数振幅応答特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a frequency amplitude response characteristic of a warp filter included in the low band side band division filter of FIG. 1;
【図7】図1の低域側帯域分割フィルタをFIRフィル
タで構成した場合の周波数振幅応答特性を示すグラフで
ある。FIG. 7 is a graph showing a frequency amplitude response characteristic in a case where the low band side division filter of FIG. 1 is configured by an FIR filter.
【図8】図1の低域側帯域分割フィルタを構成するワー
プフィルタの時間応答を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a time response of a warp filter included in the low-frequency band division filter of FIG. 1;
【図9】図1の低域側帯域分割フィルタをFIRフィル
タで構成した場合の時間応答を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing a time response when the low-frequency band division filter of FIG. 1 is configured by an FIR filter.
【図10】スピーカユニットの周波数振幅応答特性を示
すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a frequency amplitude response characteristic of the speaker unit.
【図11】スピーカ特性補正フィルタをワープフィルタ
で構成した場合の周波数振幅応答特性を示すグラフであ
る。FIG. 11 is a graph showing a frequency amplitude response characteristic when the speaker characteristic correction filter is constituted by a warp filter.
【図12】スピーカ特性補正フィルタをFIRフィルタ
で構成した場合の周波数振幅応答特性を示すグラフであ
る。FIG. 12 is a graph showing a frequency amplitude response characteristic when the speaker characteristic correction filter is constituted by an FIR filter.
【図13】スピーカ特性補正フィルタをワープフィルタ
で構成した場合の補正された周波数振幅応答特性を示す
グラフである。FIG. 13 is a graph showing a corrected frequency amplitude response characteristic when the speaker characteristic correction filter is constituted by a warp filter.
【図14】スピーカ特性補正フィルタをFIRフィルタ
で構成した場合の補正された周波数振幅応答特性を示す
グラフである。FIG. 14 is a graph showing a corrected frequency amplitude response characteristic when the speaker characteristic correction filter is constituted by an FIR filter.
【図15】実施形態及び従来例におけるフィルタの演算
コストと使用メモリ量の比較結果を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a comparison result between the calculation cost of the filter and the amount of used memory in the embodiment and the conventional example.
【図16】各帯域において必要とされるFIRフィルタ
のタップ数を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing the number of taps of an FIR filter required in each band.
【図17】第2の実施形態の音声処理装置を示すブロッ
ク図である。FIG. 17 is a block diagram illustrating an audio processing device according to a second embodiment.
【図18】従来の音声処理装置を示すブロック図であ
る。FIG. 18 is a block diagram showing a conventional audio processing device.
【図19】他の従来の音声処理装置を示すブロック図で
ある。FIG. 19 is a block diagram showing another conventional audio processing device.
2041〜204k 帯域分割フィルタ(ワープフィル
タ) 204k+1〜204n 帯域分割フィルタ(FIRフィル
タ) 2071〜207k スピーカ特性補正フィルタ(ワープ
フィルタ) 207k+1〜207n スピーカ特性補正フィルタ(FI
Rフィルタ)204 1 to 204 k band division filter (warp filter) 204 k + 1 to 204 n band division filter (FIR filter) 207 1 to 207 k speaker characteristic correction filter (warp filter) 207 k + 1 to 207 n speaker characteristic correction filter (FI
R filter)
Claims (2)
周波数帯域にそれぞれ分割する1以上のワープフィルタ
と、 前記オーディオ入力信号の高域側を1以上の周波数帯域
にそれぞれ分割する1以上のFIRフィルタとを、 備えた音声処理装置。1. One or more warp filters each of which divides a low-frequency side of an audio input signal into one or more frequency bands, and one or more which respectively divides a high-frequency side of the audio input signal into one or more frequency bands. An audio processing device comprising: an FIR filter.
オ信号の内、低域側の特性をスピーカの特性に応じて帯
域毎にそれぞれ補正する1以上のワープフィルタと、 複数の周波数帯域に分割された前記オーディオ信号の
内、高域側の帯域の特性をスピーカの特性に応じて帯域
毎にそれぞれ補正する1以上のFIRフィルタとを、 備えた音声処理装置。2. An audio signal divided into a plurality of frequency bands, one or more warp filters for respectively correcting low-frequency characteristics for each band according to speaker characteristics, and divided into a plurality of frequency bands. An audio processing apparatus comprising: one or more FIR filters for correcting, for each band, characteristics of a high-frequency band of the audio signal according to characteristics of a speaker.
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7885991B2 (en) | 2003-03-04 | 2011-02-08 | Oticon A/S | Digital filter having a fir filter and a warped fir filter, and a listening device including such a digital filter |
-
2000
- 2000-05-18 JP JP2000145846A patent/JP2001326991A/en not_active Withdrawn
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