JP2006332827A - 自動利得制御装置及び自動利得制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
入力信号のレベルに応じて異なる利得制御を実行することで、入力信号レベルの急激な変動に対しても安定して利得制御を行う自動利得制御装置及び自動利得制御方法を提供する。
【解決手段】
ＡＧＣ回路１出力信号ｙの絶対値Ｌ１を検出するレベル検出部１１と、絶対値Ｌ１の平均レベルＬ２を求める平均値化部１２と、利得制御部１３と、乗算器１４とを有する。利得制御部１３から出力された利得係数Ｇは、乗算器１４にて入力信号ｘと乗算され出力信号ｙとして出力されると共にレベル検出部１１に供給される。利得制御部１３は、入力信号の平均レベルが閾値ＴＨ２以上である場合には、閾値ＴＨ１により、出力信号ｙが一定のレベルとなるよう利得係数を増減させる。一方、入力信号の平均レベルが閾値ＴＨ２未満である場合には、利得係数を所定の値に漸近させるよう制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力信号のレベルに応じて自動的に利得を制御する自動利得制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）装置及び自動利得制御方法に関する。

ＡＧＣ技術は、入力信号が小さい場合には、入力信号を増幅させ、大きい場合は入力信号を減衰させることで、出力信号レベルを一定に保つための技術である。

例えば、音声又はオーディオ機器に搭載されるＡＧＣ回路では、入力信号レベルが急激に変動する場合があり、これが原因でクリッピングが発生する。したがって、出力信号のクリッピングが発生しないよう適切に制御する技術が必要である。

図５は従来のＡＧＣ回路を示すブロック図である。従来のＡＧＣ回路１０１は、出力信号ｙの絶対値Ｌ１を検出するレベル検出部１１１と、絶対値Ｌ１の平均レベルＬ２を求める平均値化部１１２と、利得制御部１１３と乗算器１１４とで構成される。利得制御部１１３は平均値化部１１２から平均レベルＬ２が入力され、外部から閾値ＴＨ１が入力され、入力信号ｘに乗ずる利得係数Ｇを出力する。

図６は、利得制御部１１３における利得係数Ｇの更新アルゴリズムを示す模式図である。利得係数部１１３は、出力信号ｙの平均レベルＬ２と閾値ＴＨ１との大小関係を判断する。例えば、先ず、平均レベルＬ２が閾値ＴＨ１より小さいか否かを判断する（ステップＳ１１）。小さい場合には、利得係数Ｇを増加させる。また、平均レベルがＴＨ１より大きいと判断された場合は（ステップＳ１２）、利得係数Ｇを減少させる。いずれでもないと判断された場合、すなわち、平均レベルＬ２＝利得係数Ｇである場合には、利得係数Ｇをそのまま出力する。入力信号ｘは利得係数Ｇと乗算器１１４にて乗算されることで、入力信号ｘが小さい場合は増幅され、大きい場合は減衰されて出力信号ｙが出力される。

図７は従来のＡＧＣ回路の入力信号ｘ、出力信号ｙ、利得係数Ｇの関係を示す模式図である。上述したように、入力信号ｘの平均レベルＬ２×利得係数Ｇが閾値ＴＨ１より小さい場合は、利得係数Ｇが所定の大きさを保つ。こうして利得制御部１１３の出力する利得係数Ｇにより、出力信号ｙのレベルが一定に保たれる。
特開平３−１８６００６号公報

しかしながら、入力信号ｘが無音状態から急に有音状態になった場合は、出力信号ｙがクリッピングしてしまい、音声やオーディオ機器などに搭載している場合には異音として聞こえてしまう。

図８は、従来のＡＧＣ回路において、クリッピングが生じる場合の一例を示す図である。図８に示すように、無音の状態から急に有音を入力すると、ＡＧＣ回路は無音区間でも出力信号ｙの平均レベル値Ｌ２を閾値ＴＨ１に近づけようと利得係数Ｇを大きくしていくため、例えば無音区間が長時間続くと利得係数Ｇは最大値にまで到達する。例えば、利得係数の最大値が１以上である場合、出力信号ｙは装置上で表現可能な上限及び下限レベルの範囲を超えてしまい、異音が発生してしまうという問題点がある。

本発明にかかる自動利得制御装置は、入力信号及び／又は出力信号のレベルが所定の閾値より小さいか否かを判定し、前記所定の閾値より小さい場合には、利得を所定の値に漸近するよう制御するものである。

また、本発明にかかる他の自動利得制御装置は、出力信号のレベルからその平均レベルを求める平均レベル算出部と、前記平均レベル及び第１の閾値に基づき利得を制御する利得制御部と、入力信号及び前記利得制御部から出力された利得に基づき前記出力信号を出力する出力部とを有し、前記利得制御部は、前記平均レベルが前記第１の閾値より小さいか否かを判定し、前記第１の閾値より小さい場合に前記利得を所定の値に漸近するよう制御するものである。

本発明においては、入力信号のレベルの強弱に応じて利得を自動的に設定して一定レベルの信号を出力するよう制御する自動利得制御装置において、入力信号又は出力信号のレベルが所定の閾値より小さい場合には、当該利得が所定の値に漸近するよう制御することで、例えば雑音のみ又は無音状態となったときに利得を増大させるようなことがない。

本発明にかかる自動利得制御方法は、入力信号の平均レベルを求め、前記平均レベルが第１の閾値より小さいか否かを判定し、前記平均レベルが前記第１の閾値より小さい場合は、前記利得を所定の値に漸近するよう制御し、前記平均レベルが前記第１の閾値より大きく、前記第１の閾値より大きい第２の閾値より小さい場合には、前記利得が大きくなるよう制御し、前記平均レベルが前記第２の閾値より大きい場合には、前記利得が小さくなるよう制御するものである。

本発明においては、利得を２つの閾値により小信号入力時に大信号入力時とは異なる利得制御を実行する。すなわち、入力信号の平均レベルが第１の閾値より大きい場合には、出力信号が一定になるよう利得を制御し、入力信号の平均レベルが第１の閾値より小さい場合には、利得が所定の値に漸近するよう制御するため、入力信号のレベルによらず、適切な利得制御を行うことができる。

本発明に係る自動利得制御装置及び自動利得制御方法によれば、入力信号のレベルに応じて異なる利得制御を実行することで、入力信号レベルの急激な変動に対しても安定して利得制御を行うことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、入力信号のレベルが急激に変動しても適切にゲインを制御することができるＡＧＣ回路に適用したものである。

図１は本発明の実施の形態にかかるＡＧＣ回路を示すブロック図である。本実施の形態にかかるＡＧＣ回路１は、出力信号ｙの絶対値Ｌ１を検出するレベル検出部１１と、絶対値Ｌ１の平均レベルＬ２を求める平均値化部１２と、利得制御部１３と、乗算器１４とを有する。利得制御部１３は平均値化部１２から出力される平均レベルＬ２と外部から供給される閾値ＴＨ１及び閾値ＴＨ２とにより、入力信号ｘに乗ずる利得係数Ｇを出力する。利得制御部１３から出力された利得係数Ｇは、乗算器１４にて入力信号ｘと乗算され出力信号ｙとして出力されると共にレベル検出部１１に供給される。

ここで、本実施の形態にかかるＡＧＣ回路１は、無音時の連続後に有音が入力された場合に利得係数Ｇが増大しないよう、利得係数Ｇを制御するための閾値を２つ有する。閾値ＴＨ２は、入力信号ｘが所定のレベル未満であるか否かを判定するための閾値であり、閾値ＴＨ１は、入力信号ｘが所定のレベル以上である場合に利得係数Ｇの増減を決定するための閾値である。利得制御部１３は、これら２つの閾値により、入力信号のレベルに応じて、異なる利得制御を実行する。

図２は、利得制御部１３における利得制御方法を示す図である。利得制御部１３には、所定のタイミングで出力信号ｙの絶対値Ｌ１の平均レベルＬ２が供給される。そして、利得制御部１３は、与えられた２つの閾値を使用し、利得係数Ｇを以下の方法で逐次更新する処理を実行する。先ず、出力信号ｙの絶対値Ｌ１の平均レベルＬ２を利得係数Ｇで序した値（平均レベルＬ２）／（利得係数Ｇ）、すなわち入力信号の平均レベルが閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。そして、入力信号ｘがある程度のレベルを有すると判断された場合は、ステップＳ２、Ｓ３に進み、通常の利得制御を実行する。すなわち、平均レベルＬ２が所定の閾値ＴＨ１より小さい場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、利得係数Ｇを増加させる。一方、平均レベルＬ２が閾値ＴＨ１より大きい場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、利得係数Ｇを減少させる。そして、平均レベルＬ２＝閾値ＴＨ１である場合は、現在の利得係数Ｇのままとし、乗算器１４へ出力する。これにより、入力信号ｘの平均レベルが所定の閾値ＴＨ２より大きく、例えば有音と判断できる場合には、出力信号ｙの平均レベルＬ２と閾値ＴＨ１との大小比較により、利得係数Ｇを増大又は減少させることで、出力信号ｙのレベルを一定に保つよう制御する。

また、本実施の形態においては、出力信号ｙの（平均レベルＬ２）／（利得係数Ｇ）が閾値ＴＨ２より小さい場合、すなわち、入力信号ｘの平均レベルが所定の閾値ＴＨ２未満である場合には、上述とは異なる利得制御を実行する。入力信号ｘの平均レベルが所定の閾値ＴＨ２未満であるとは、例えば無音状態であったり、雑音のみの入力である場合である。このような場合に、上述と同様の利得制御を実行すると、実際には音声が入力されていない場合等であっても利得係数Ｇを増大させてしまう。よって、このような場合には、本実施の形態においては、利得係数Ｇを所定の値に漸近するよう制御する処理を実行する。

本実施の形態においては、漸近させる所定の値を１とする。利得係数を１とすることで、次に有音の信号が入力された場合の利得制御を容易とする。先ず、入力信号ｘの平均レベルが所定の閾値ＴＨ２未満と判断された場合には、現在の利得係数Ｇが１より小さいか否かを判断し、小さい場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、利得係数Ｇを増加させ、利得係数Ｇが１より大きい場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、利得係数を減少させ、利得係数Ｇ＝１の場合にはそのまま維持する処理を実行する。これにより、平均レベルＬ２が入力信号ｘの平均レベルが所定の閾値ＴＨ２未満である状態が続くと、利得係数Ｇは徐々に１に漸近する。

このような制御により、得られた利得係数Ｇは入力信号ｘの平均レベルが閾値ＴＨ２より小さい場合には徐々に１に漸近するため、無音や雑音などＡＧＣ回路１の入力信号ｘのレベルが小さい場合には無駄に利得を上げることがない。また、無音又は雑音期間と判断されると直ちに利得係数Ｇを１とするのではなく、徐々に１に漸近させることにより、無音又は雑音期間と判断された直後に音声が入力された場合などにより確実に利得制御を行うことができる。

例えば無音時には、前回の有音時における利得係数を保持することも考えられるが、保持する利得係数が１より大きいものであると、無音時に利得係数Ｇを増大させなくとも、同様にクリッピングが生じる場合がある。これに対し、本実施の形態においては、特に、無音又は雑音期間と判断されると利得係数Ｇを１に漸近させることで、急に大きな信号が入力された場合であってもＡＧＣ回路１の出力波形をクリッピングさせることを防止する効果が大きい。

図３は、入力信号ｘ、出力信号ｙ、及び利得制御部１３によって利得制御される利得係数Ｇを示す模式図である。ここでは、入力信号ｘが例えば無音であって閾値ＴＨ２より小さいと判断され、利得係数Ｇが１になっている。この場合、無音の状態が続いても利得係数Ｇは増大することなく、１のまま維持される。そして、あるタイミングで音声が入力されても、利得係数Ｇは１であるため、装置が許容する上限レベルＨＬ、下限レベルＬＬを出力信号ｙが上回ることなく、適切に利得制御が実行される。

図４は、入力信号ｘ及び出力信号ｙに対する利得係数Ｇの変動を示す模式図である。図４に示すように、入力信号ｘが閾値ＴＨ２未満の間は利得係数Ｇは１である。これはすなわち、出力信号ｙがＴＨ２までの間である。入力信号ｘのレベルが閾値ＴＨ２を上回ると、出力信号ｙの平均レベルが閾値ＴＨ２を超えるまでは利得係数Ｇは増加する。ここで利得係数の最大増加幅をＧｍａｘとすると、入力信号ｘがＴＨ２より大きくなった時点で出力信号ｙがＴＨ２を超えるまで利得係数ＧはＧｍａｘで増大し、出力信号ｙがＴＨ１のレベルに達すると減少を始める。

以上説明したように本実施の形態にかかるＡＧＣ回路は、２つの閾値を利用して、小信号入力時に大信号入力時とは異なる利得制御を実行する。すなわち、入力信号の平均レベルが第１の閾値より大きい場合には、出力信号が一定になるよう利得を制御し、入力信号の平均レベルが第１の閾値より小さい場合には、利得が所定の値に漸近するよう制御するため、入力信号のレベルによらず、適切な利得制御を行うことができる。これにより、入力信号が急激なレベル変動をする場合において出力がクリッピングすることを防止できる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、レベル検出部１１は、出力信号ｙの絶対値を求めるものとして説明したが、これに限らず、例えば二乗回路等を使用してレベル抽出するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、利得係数制御などの処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の伝送媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。

本発明の実施の形態にかかるＡＧＣ回路を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる利得制御方法を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるＡＧＣ回路の入力信号ｘ及び出力信号ｙと、利得制御部によって利得制御される利得係数Ｇとを示す模式図である。 入力信号ｘ及び出力信号ｙと利得係数Ｇとの関係を示す模式図である。 従来のＡＧＣ回路を示すブロック図である。 従来の利得制御方法を示す図である。 従来のＡＧＣ回路の入力信号ｘ及び出力信号ｙとこれらにより制御された利得係数Ｇとを示す模式図である。 従来のＡＧＣ回路において、クリッピングが生じる場合の一例を示す図である。

符号の説明

１１，１１１ レベル検出部
１２，１１２ 平均値化部
１３，１１３ 利得制御部
１４，１１４ 乗算器

Claims (6)

1. 入力信号及び／又は出力信号のレベルが所定の閾値より小さいか否かを判定し、前記所定の閾値より小さい場合には、利得を所定の値に漸近するよう制御する自動利得制御装置。
2. 出力信号のレベルからその平均レベルを求める平均レベル算出部と、
   前記平均レベル及び第１の閾値に基づき利得を制御する利得制御部と、
   入力信号及び前記利得制御部から出力された利得に基づき前記出力信号を出力する出力部とを有し、
   前記利得制御部は、前記平均レベルが前記第１の閾値より小さいか否かを判定し、前記第１の閾値より小さい場合に前記利得を所定の値に漸近するよう制御する自動利得制御装置。
3. 前記利得制御部は、前記平均レベルが前記第１の閾値より大きい場合は、前記第１の閾値より大きい第２の閾値に基づき前記利得を制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の自動利得制御装置。
4. 前記第１の閾値及び前記第２の閾値は外部から供給される
   ことを特徴とする請求項２記載の自動利得制御装置。
5. 入力信号のレベルが所定の閾値より小さいか否かを判定し、前記所定の閾値より小さい場合に利得を所定の値に漸近するよう制御する自動利得制御方法。
6. 入力信号の平均レベルを求め、
   前記平均レベルが第１の閾値より小さいか否かを判定し、
   前記平均レベルが前記第１の閾値より小さい場合は、所定の値に漸近するよう前記利得を制御し、
   前記平均レベルが前記第１の閾値より大きく、前記第１の閾値より大きい第２の閾値より小さい場合には、前記利得が大きくなるよう制御し、
   前記平均レベルが前記第２の閾値より大きい場合には、前記利得が小さくなるよう制御する自動利得制御方法。

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