JP2005341009A - デジタルａｇｃ制御方法およびデジタルａｇｃ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の歪みを最小限に抑え、入力信号の変動に応じて出力信号のレベルを目標レベルから一定の範囲に制御することができるデジタルＡＧＣ装置を提供する。
【解決手段】入力データのゲインを調整するゲイン調整手段２１と、一定時間における出力デジタルデータの最大値を示すピークレベルを検出するピーク検出手段２２と、ピーク検出手段２２で検出されたレベルに応じてゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定するＡＧＣ制御判定手段２３と、ＡＧＣ制御判定手段２３の判定結果によりゲイン調整の設定値を決定するゲイン調整設定値決定手段２５からなり、前回以前の複数の信号レベルデータから次の入力データのレベルを予測する入力レベル予測手段２４を備え、予測した入力レベルに応じてゲイン調整設定値決定手段２５においてゲイン調整の設定値を決定することによりＡＧＣ制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、音声の録音再生を行う機器などに用いられるデジタルＡＧＣ制御方法およびデジタルＡＧＣ装置に関するものである。

従来のオート・ゲイン・コントロール（ＡＧＣ）装置は、入力信号のレベル、または、ＡＧＣ装置でゲイン調整が行われた出力データのレベルを検出して、検出した信号のレベルに応じたゲイン調整の制御を行う。デジタルＡＧＣ装置としては、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載されたデジタルＡＧＣ装置では、入力された信号のレベルと現在のゲイン調整の係数を用いて新たなゲイン係数を設定することにより、信号の歪みを抑えている。
特開２００２−２９９７５号公報

しかしながら、この従来のデジタルＡＧＣ装置では、一定時間における出力デジタルデータの最大値を示すピークレベルを検出し、このピークレベルを用いてゲイン調整を行っているため、レベル検出に１サンプリング時間必要であり、検出したピークレベルを元に次のサンプリング期間に対するゲイン調整を行うと、１サンプリング時間分の遅延が発生する。

この遅延のため、信号の変動にゲイン調整が追従できず、信号の歪みが発生する場合がある。また、入力信号の変動が激しい場合、出力信号のレベルを目標レベルに近づけるためにゲイン調整を行ったつもりが、逆に目標レベルとの差が大きくなってしまうということも起こり得る。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、信号の歪みを最小限に抑え、入力信号の変動に応じて出力信号のレベルを目標レベルから一定の範囲に制御することができるデジタルＡＧＣ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のデジタルＡＧＣ装置は、入力データのゲインを調整し出力データを出力するゲイン調整手段と、一定時間における出力データの最大値を示すピークレベルを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段で検出されたレベルに応じてゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定するＡＧＣ制御判定手段と、ＡＧＣ制御判定手段の判定結果によりゲイン調整の設定値を決定するゲイン調整設定値決定手段と、前回以前の複数の信号レベルデータから次の入力データのレベルを予測する入力レベル予測手段とを備え、予測した入力レベルに応じて前記ゲイン調整設定値決定手段においてゲイン調整の設定値を決定することを特徴とする。

また、本発明のデジタルＡＧＣ装置は、入力レベル予測手段により入力信号を予測することにより、ＡＧＣ制御判定手段でゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定する目標レベルの幅を決定する目標レベル幅決定手段を備えることを特徴とする。

また、本発明のデジタルＡＧＣ装置は、目標レベル幅のレベルを上下に制御する目標レベル幅制御手段を備えることを特徴とする。

本発明のデジタルＡＧＣ制御方法およびデジタルＡＧＣ装置は、前回以前の入力信号のピークレベルを複数サンプル分のデータを基に次回の入力信号のレベルを予測することにより、また、予測した入力信号との実際の信号とのレベル差も予測し、ゲイン調整の設定値を変更するかどうかの基準値の幅を変更することにより、信号レベル変動のばらつきを抑え、信号の歪みを減らすことができる。

本発明の請求項１に係る発明のデジタルＡＧＣ装置は、入力データのゲインを調整し出力データを出力するゲイン調整手段と、一定時間における前記出力データの最大値を示すピークレベルを検出するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段で検出されたレベルに応じてゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定するＡＧＣ制御判定手段と、前記ＡＧＣ制御判定手段の判定結果によりゲイン調整の設定値を決定するゲイン調整設定値決定手段と、前回以前の複数の信号レベルデータから次の入力データのレベルを予測する入力レベル予測手段とを備え、予測した入力レベルに応じて前記ゲイン調整設定値決定手段においてゲイン調整の設定値を決定することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記ＡＧＣ制御判定手段でゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定する基準値に幅を持たせ、この目標レベルの幅を決定する目標レベル幅決定手段を備え、前記入力レベル予測手段により入力信号のレベルの変動が激しいと予測するときには、前記目標レベル幅決定手段で目標レベル幅を広げることにより、出力信号のレベルと目標レベルとの差を小さくするように制御することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の発明において、前記入力レベル予測手段により入力信号のレベルの変動が小さいと予測するときには、前記目標レベル幅決定手段で目標レベル幅を狭くすることにより、出力信号のレベルを一定のレベルに近づけるように制御することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１記載の発明において、目標レベル幅のレベルを上下に制御する目標レベル幅制御手段を備え、前記入力レベル予測手段により入力信号のレベルが大きく出力信号に歪みが発生すると予測するとき、出力信号のレベルを制御することにより信号の歪みを小さくすることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の記録再生装置は、請求項１ないし4のいずれかに記載のデジタルＡＧＣ装置を備えることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のデジタルＡＧＣ制御方法は、入力データのゲインを調整し、ゲイン調整された出力デジタルデータの一定時間における最大値を示すピークレベルを検出し、そのピークレベルに応じてゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定し、その判定結果によりゲイン調整の設定値を決定するデジタルＡＧＣ制御方法であって、前回以前の複数の信号レベルデータから次の入力データのレベルを予測し、その予測した入力レベルに応じてゲイン調整の設定値を制御することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項６記載の発明において、ゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定する基準値に幅を持たせ、この目標レベル幅を制御し、入力信号のレベルの変動が激しいと予測するときには、目標レベル幅を広げることにより、出力信号のレベルと目標レベルとの差を小さくすることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、請求項７記載の発明において、前記目標レベル幅を制御し、入力信号のレベルの変動が小さいと予測するときには、目標レベル幅を狭くすることにより、出力信号のレベルを一定のレベルに近づけるように制御することを特徴とする。

また、請求項９に係る発明は、請求項６記載の発明において、入力信号のレベルが大きく、出力信号に歪みが発生すると予測するとき、前記目標レベル幅のレベルを上下に制御することにより出力信号のレベルを制御し、信号の歪みを小さくすることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態によるデジタルＡＧＣ装置を含む録音再生装置の構成を示すブロック図である。

図１において、１は音声入力のためのマイクロホン、２はマイクロホン１からの出力信号をデジタルデータに変換し、変換したデジタルデータのゲインを調整できるゲイン調整機能付きのＡＤ変換器、４はデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、５はＤＳＰ４に入力されたデジタルデータのピークレベルを検出するピーク検出回路、６は入力されたデジタルデータを符号化する符号化回路、８は復号化する復号化回路、７は符号化されたデータを記録再生するためのメモリ、９はアナログデータに変換するＤＡ変換器、１０はヘッドホンアンプ、１１はヘッドホン、３はゲイン調整機能付きのＡＤ変換器２とＤＳＰ４を制御するＣＰＵである。

以上のように構成された録音再生装置の動作を簡単に説明すると、録音される音声は、マイクロホン１により電気信号に変換され、ゲイン調整機能付きのＡＤ変換器２に入力される。ＡＤ変換器２には録音開始時にゲイン調整の初期設定値を設定する。マイクロホン１に入力された音声は、ＡＤ変換器２により、デジタルデータに変換され、ゲイン調整されたデータが出力される。

次にＡＤ変換器２で変換されたデジタルデータは、ＤＳＰ４によりデジタル信号処理が行われる。まず、ピーク検出回路５で入力デジタルデータの一定期間のピークレベルが検出され、次に符号化回路６に入力されてデジタルデータは符号化される。符号化されたデータはメモリ７に記録する。

ＣＰＵ３はＤＳＰ４から入力デジタルデータのピークレベル情報を入力データの1サンプリング毎に取得する。ＣＰＵ３は連続した複数サンプリング分のピークレベル情報から次のサンプリング期間のピークレベルを予測し、ゲイン調整の設定値をＡＤ変換器２に設定する。

以上のような動作により、ゲイン調整が行われた録音データは、音声信号のレベルのばらつきが少なく、また、急激なレベル変動はゲイン調整を行うことにより未然に防ぐことができ、歪みの少ないデータとして録音することができる。

一方、再生時には、ＣＰＵ３でＤＳＰ４を制御し、ゲイン調整後でレベルのばらつき・歪みの少ないデータとしてメモリ７に記録されたデータを復号化回路８でデジタルデータに復号し、ＤＡ変換器９でアナログ信号に変換され、ヘッドホンアンプ１０により増幅され、ヘッドホン１１を通して、音声を再生する。

次に、複数サンプリング分のピークレベル情報から次の入力レベルを予測してゲイン調整を行う方法について、図２を用いて説明する。

図２は、本実施の形態によるデジタルＡＧＣ装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態において、入力デジタル信号は、ＡＤ変換器２で変換されたデジタル信号、レベル調整手段２１はＡＤ変換器２のゲイン調整機能、ピーク検出手段２２はＤＳＰ４のピーク検出回路５に相当し、ＡＧＣ制御判定手段２３、入力レベル予測手段２４、ゲイン調整設定値決定手段２５、目標レベル幅設定手段は２６、ＣＰＵ３でソフトを実行することで実現している。

以上のように構成されたデジタルＡＧＣ装置についての動作を説明する。まず、入力デジタル信号は、ゲイン調整手段２１に入力される。１サンプリング目の信号に対するレベル調整は初期設定による調整が行われ、本実施の形態ではＤＳＰ４の符号化回路６に入力される。また、ゲイン調整手段２１でゲイン調整された信号は、ピーク検出手段２２に入力され、1サンプリング時間内のデジタルデータの最大値であるピークレベルが検出される。

次にＡＧＣ制御判定手段２３で、ピーク検出手段２２で検出されたピークレベル情報を元に、次のサンプリング期間の入力レベルに対して、現在のゲイン調整の設定を変更するかどうかを判定する。この判定には、図３で示すように現在のピークレベルが目標レベル最大値と目標レベル最小値との間である目標レベル幅の範囲内か否かで判定する。現在のピークレベルが目標レベル幅の範囲内に入っている場合、現在のゲイン調整設定値で出力信号のレベルが目標レベル内にゲイン設定ができているため、次のサンプリング期間ではゲイン設定を変更しない。現在の入力信号のピークレベルが目標レベル幅の範囲外の場合、目標レベルの範囲内にゲインを調整するためゲイン調整の設定値の変更が必要となる。

ゲイン調整の設定値を変更する必要がある場合、ゲイン調整の設定値を決めるために、次の入力信号のレベルを入力レベル予測手段２４で予測し、予測した次のサンプリング時の入力レベルからゲイン調整の設定値をゲイン調整設定値決定手段２５で決定する。

入力信号のレベルの予測方法として、図４を用いて説明する。図４は入力されたデジタルデータのピークレベルと時間の関係を示す模式図である。図４において、デジタルデータのピークレベルは一定時間毎にサンプリングされたピークレベルであり、ある時間におけるピークレベルは１サンプリング期間前のデータのピークレベルである。

入力信号のレベルを予測する予測方法として、図４の入力信号を前回以前の３サンプリング分のピークレベル情報を使って予測を行う場合を例に説明する。３サンプリング分のピークレベルの変動パターンとして、一定（変化なし）型、一方向変化型、二方向変化型の３つのパターンに分類することができる。また、レベルの変動の大きさであるレベル差について着目すると、目標レベルの範囲を超えるような大きな変動、目標レベルの範囲内に収まる小さな変動の２種類に分けられる。これらの変化のパターンとレベル差の組み合わせを用いて次の入力信号のレベルを予測する。

ピークレベルの変動が一定型の場合として、Ｔ３のときに次のサンプリング期間Ｔ４のピークレベル予測として、過去３サンプリング分（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）のレベルが同じレベルのため、次のレベルも同じレベルと予測し、ゲイン調整の設定値を変更しない。

ピークレベルの変動が一方向変化型の場合として、前回以前の３サンプリング分のピークレベルが上がってきた場合、すなわち、Ｔ５のレベルよりＴ６のレベルが、Ｔ６のレベルよりＴ７のレベルが上がってきた場合について説明する。この場合、次の信号のレベルも上がると予測し、１サンプリング前のレベルより大きいレベルの入力信号に合わせたゲイン調整を行う。

一方向変化型でレベルが下がってきた場合は、逆に、次の信号のレベルは下がると予測する。

二方向変化型として、レベルの変動が山型の場合、すなわち、Ｔ８のレベルよりＴ９のレベルが大きく、Ｔ９のレベルよりＴ１０のレベルが小さい場合について説明する。この場合、レベルが上下に変動しているため、次も同様の変動があると予測し、３サンプリング分の平均を求め、Ｔ１１時点のレベルがこの平均のレベルの信号になると予測し、ゲイン調整を行う。また、レベル変動が谷型の場合も同様である。

また、目標レベル幅設定手段２６によって、レベルの変動の大きさに合わせて目標レベル幅を増減させる。この制御を行うことによって、目標レベルと実際の入力レベルとの差が大きくならないようにする。レベル変動が大きい場合は、目標レベル幅を大きくすることによって、目標レベルと出力信号とのレベル差が大きくならないに制御し、レベル変動が小さい場合は目標レベルの幅を小さくすることによって、目標レベルと出力信号とのレベル差を小さくするように制御する。しかし、連続したサンプリング間でレベル差がある一定レベルより大きい場合は、過去のデータから予測することは難しくゲイン調整の設定を１サンプリング前のデータが目標レベルの範囲内になるようにゲイン調整を行う。

さらに、入力信号のレベルが大きく、信号に歪みが発生する場合、目標レベル幅制御手段２７を制御することにより、目標レベル幅のレベルを下げることによって信号の歪みを抑えるように制御する。

以上のように、過去の複数サンプル分の入力信号レベルに応じて、次の入力信号のレベルを予測して、ゲイン調整を行うことにより、出力デジタルデータのレベルのばらつきを少なくすることができる。また、入力信号の変動から信号に歪みが発生することを予測して、目標レベルを設定することにより、信号の歪みを抑えることができる。

なお、入力信号の予測方法は、音声、音楽などの入力信号の種類によって、レベルの変動パターンが異なるため、予測に使用するサンプル数を変えて実現してもよい。

また、入力信号のレベルが周期的に変動する場合、変動する周期をパターン化して、予測に使用してもよい。

本発明にかかるデジタルＡＧＣ制御方法およびデジタルＡＧＣ装置は、録音再生装置の録音レベルを調整する手段として有用であり、特に音声データを処理する録音再生装置で録音データのレベルのばらつきと歪みを抑えるのに適している。

本発明の実施の形態によるデジタルＡＧＣ装置を含む録音再生装置の構成を示すブロック図 同デジタルＡＧＣ装置の構成を示すブロック図 同デジタルＡＧＣ装置のゲイン制御の目標設定に係る概念図 同デジタルＡＧＣ装置の入力デジタルデータと時間の関係を示す模式図

符号の説明

１ マイクロホン
２ ＡＤ変換器
３ ＣＰＵ
４ ＤＳＰ
５ ピーク検出回路
６ 符号化回路
７ メモリ
８ 復号回路
９ ＤＡ変換器
１０ ヘッドホンアンプ
１１ ヘッドホン
２１ ゲイン調整手段
２２ ピーク検出手段
２３ ＡＧＣ制御判定手段
２４ 入力レベル予測手段
２５ ゲイン調整設定値決定手段
２６ 目標レベル幅設定手段
２７ 目標レベル幅制御手段

Claims (9)

1. 入力データのゲインを調整し出力データを出力するゲイン調整手段と、
   一定時間における前記出力データの最大値を示すピークレベルを検出するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段で検出されたレベルに応じてゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定するＡＧＣ制御判定手段と、
   前記ＡＧＣ制御判定手段の判定結果によりゲイン調整の設定値を決定するゲイン調整設定値決定手段と、
   前回以前の複数の信号レベルデータから次の入力データのレベルを予測する入力レベル予測手段とを備え、
   予測した入力レベルに応じて前記ゲイン調整設定値決定手段においてゲイン調整の設定値を決定することを特徴とするデジタルＡＧＣ装置。
2. 前記ＡＧＣ制御判定手段でゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定する基準値に幅を持たせ、この目標レベルの幅を決定する目標レベル幅決定手段を備え、
   前記入力レベル予測手段により入力信号のレベルの変動が激しいと予測するときには、前記目標レベル幅決定手段で目標レベル幅を広げることにより、出力信号のレベルと目標レベルとの差を小さくするように制御することを特徴とする請求項１記載のデジタルＡＧＣ装置。
3. 前記入力レベル予測手段により入力信号のレベルの変動が小さいと予測するときには、前記目標レベル幅決定手段で目標レベル幅を狭くすることにより、出力信号のレベルを一定のレベルに近づけるように制御することを特徴とする請求項２記載のデジタルＡＧＣ装置。
4. 目標レベル幅のレベルを上下に制御する目標レベル幅制御手段を備え、前記入力レベル予測手段により入力信号のレベルが大きく出力信号に歪みが発生すると予測するとき、出力信号のレベルを制御することにより信号の歪みを小さくすることを特徴とする請求項１記載のデジタルＡＧＣ装置。
5. 請求項１ないし4のいずれかに記載のデジタルＡＧＣ装置を備えることを特徴とする記録再生装置。
6. 入力データのゲインを調整し、ゲイン調整された出力デジタルデータの一定時間における最大値を示すピークレベルを検出し、そのピークレベルに応じてゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定し、その判定結果によりゲイン調整の設定値を決定するデジタルＡＧＣ制御方法であって、前回以前の複数の信号レベルデータから次の入力データのレベルを予測し、その予測した入力レベルに応じてゲイン調整の設定値を制御することを特徴とするデジタルＡＧＣ制御方法。
7. ゲイン調整の設定値を変更するかどうかを判定する基準値に幅を持たせ、この目標レベル幅を制御し、入力信号のレベルの変動が激しいと予測するときには、目標レベル幅を広げることにより、出力信号のレベルと目標レベルとの差を小さくすることを特徴とする請求項６記載のデジタルＡＧＣ制御方法。
8. 前記目標レベル幅を制御し、入力信号のレベルの変動が小さいと予測するときには、目標レベル幅を狭くすることにより、出力信号のレベルを一定のレベルに近づけるように制御することを特徴とする請求項７記載のデジタルＡＧＣ制御方法。
9. 入力信号のレベルが大きく、出力信号に歪みが発生すると予測するとき、前記目標レベル幅のレベルを上下に制御することにより出力信号のレベルを制御し、信号の歪みを小さくすることを特徴とする請求項６記載のデジタルＡＧＣ制御方法。

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