JP2007251928A - デジタルアンプ及びテレビジョン受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 テレビ受信機用音声増幅装置において、デジタルアンプの動作周波数を制御することにより、音質劣化を抑制し、且つ低消費電力化する。
【解決手段】 入力信号中の左右差成分の信号レベル、または複数の帯域に分割された入力信号の音声周波数帯域の各帯域の信号レベル、または入力信号の振幅変化の急峻さをそれぞれ検出し、それらの検出結果と番組情報とに基いて、デジタルアンプの動作周波数を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルアンプ及びそれを用いたデジタルテレビジョン受信装置に関する。

デジタルアンプでは、一般にアナログ音声波形の振幅情報を、出力のスイッチング部のオン−オフを切り替える時間情報に変換する構成を有する。このスイッチング周波数が高周波であるほど単位時間あたりの情報量が増えるとともに、イメージノイズが可聴帯域に与える影響も小さくなり、高域周波数まで忠実な音声再生が可能となる。

しかしながらスイッチング部のオン−オフを切り替える毎に貫通電流や寄生容量の充放電電流などによる消費電流が生じるため、スイッチング周波数が高周波であるほど消費電力が増加する。

消費電力を低減させる方法として、特許文献１には、入力信号が無いことが検出された場合や入力信号の平均的なレベルに応じて、スイッチング素子に供給するドライブパルスの周波数を低くすることが記載されている。

また特許文献２には、貫通電流を抑制するタイミング調整回路の遅延時間を制御し、高音質モードと低消費電力モードとで遅延時間を切換えることが記載されている。
特開２００４−７２７０７号公報 特開２００４−３６３６９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、入力信号がイメージノイズの影響を受けやすい音楽系の信号か影響を受けにくいセリフ系の信号かにかかわらず、信号レベルが一定レベル以上の場合はスイッチング周波数が高い、すなわち消費電力の大きい状態で再生されるという課題がある。

また、特許文献２記載の方法では、要求される信号品質および消費電力に対応して貫通電流を抑制するタイミング調整回路の遅延時間を制御しているが、このタイミング調整回路の遅延時間はスイッチング素子の応答時間のばらつきを吸収する。そのため忠実度の高い再生（ｐｌａｙｂａｃｋ）をするように遅延時間を少なくすると、スイッチング素子の応答時間により消費電力が大きくばらつくという課題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、
入力信号の特徴を検出して、特徴に基いてクロック信号の周波数を制御することにより、音声再生の忠実度を損なわず省電力化を実現したデジタルアンプ、デジタルアンプを用いたテレビジョン受信装置を提供することを目的とする。

本発明のデジタルアンプは、クロック信号を出力するクロック発生部と、
前記クロック信号を、前記入力信号に基いてパルス幅変調するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部の出力を変換する変換部と、
前記入力信号の特性を分析する分析部と、
前記分析部の出力に基いて前記クロック信号の周波数を制御する制御部とを有することを特徴とする。

また、本発明のテレビ受信装置は、音声増幅器として、本発明によるデジタルアンプを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、入力信号の特徴に応じて、デジタルアンプのスイッチング周波数が最適値に設定されるので、音声出力の特性に影響なく低消費電力化される。具体的には、入力信号分析部と、温度検出部と、デコード部の出力をそれぞれ総合的に判断し、デジタルアンプを最適な周波数で動作させるので、音声の忠実な再現性と低消費電力に加え、小型化や安全性を高めることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明のデジタルアンプは、
オーディオ機器用音声増幅装置、映像機器用音声増幅装置、テレビジョン受信機用音声増幅装置などに適用される。

特に、テレビジョン受信機用音声増幅装置では、ニュース番組などのセリフ中心で高域情報の少ないものから音楽番組などの高域情報の多いものまで幅広く適用される。番組内容によってデジタルアンプの動作周波数を変化させることにより音質劣化なく低消費電力化が実現できるという点から本発明が適用される好ましい形態である。

入力信号がセリフなどの場合はもともと高域の情報が少なく、イメージノイズが可聴帯域に与える影響も小さいため、デジタルアンプの動作周波数を低周波とすることにより音声出力の特性に影響なく低消費電力化できる。

入力信号がアナウンス等のセリフ系なのか、音楽系なのかを判別し、セリフ系の場合には音声出力の特性に影響なく低消費電力化することができる。

本発明の実施の形態について、テレビジョン受信機用音声増幅装置を例に挙げて説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のデジタルアンプを搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。

アンテナ部１により受信された周波数帯域は、受信部２により所望の放送のみ選択受信され映像、音声、番組情報などの多重化信号に復調される。復調された多重化信号は映像デコード部８、音声デコード部３、番組情報デコード部１３によりそれぞれデコードされる。

映像デコード部８によりデコードされて得られた映像データは映像信号処理部９により所望の特性に調整され、表示駆動部１０により信号のタイミングや振幅が調整されたのちに表示部１１により映像が表示される。

音声デコード部３によりデコードされて得られた音声データはＤ／Ａコンバータ部４によりステレオのアナログ音声信号に変換される。図６に示すように、パルス幅変調部１７は、アナログ音声信号の振幅変化に対応してクロック信号のパルス幅を変調したＰＷＭ信号を出力する。

このＰＷＭ信号のパルス周波数は可変周波数クロック発生部１６の出力周波数により決定される。

ＰＷＭ信号は、駆動部２０の緩衝増幅部２４と反転型緩衝増幅部２５により互いに逆極性の二つの変換ＰＷＭ信号に変換される。２つの変換ＰＷＭ信号により、第一のスイッチング部１８と第二のスイッチング部１９が交互にオン−オフされ、電源−グランド電位間の振幅に増幅されたＰＷＭスイッチング信号が生成される。

このＰＷＭスイッチング信号は低域濾波部５を通過することによりアナログ音声信号に変換されスピーカ部６により可聴音に変換され出力される。

駆動部２０、第１及び第２のスイッチング部１８、１９、及び低域濾波部５は、ＰＷＭ信号を再度振幅変調信号に変換する変換部を構成する。

ここでは、ハーフブリッジ出力構成を示しているがフルブリッジ出力構成とすることも可能である。

番組情報デコード部１３によりデコードされたジャンル種別は、重み付け部１４により例えば、信号の電圧値が、音楽＞映画＞バラエティ＞ニュースとなるように番組のジャンル種別毎に設定されたジャンル信号に変換される。即ち、番組のジャンル情報にもとづいて、ジャンル信号が生成される。

現行放送におけるＥＰＧや、サーバ型放送におけるメタデータには、番組毎のジャンル情報が重畳されており、例えば番組ジャンルが「ニュース」であった場合にはセリフ主体の番組、「音楽」であれば音楽主体の番組であると判別できる。

またＤ／Ａコンバータ部４から出力されるステレオのアナログ音声信号は、ステレオ和信号Ｌ＋Ｒ及びステレオ差信号Ｌ−Ｒに変換されて、入力信号分析部１２へ入力される。

入力信号分析部１２では、以下のように各構成要素において、それぞれアナログ音声信号の信号処理が行われる。

図２に示すように、ステレオ差成分検出部２１に入力されるステレオ和信号Ｌ＋Ｒとステレオ差信号Ｌ−Ｒは、各々のレベルがレベル検出器３２により検出され、ステレオ和信号レベルとステレオ差信号レベルとしてレベル比較器３３に入力される。レベル比較器３３は、入力レベルに応じたステレオ比較信号を制御部１５へ出力する。

即ち、ステレオ差成分比較部２１においては、左右の音量差であるステレオ比較信号が、入力信号の信号特性を示す１つのパラメータとなるように、制御部１５での制御要素として出力される。

ニュース番組等アナウンス主体のものは一般的にモノラル収録となっている。また映画においてもセリフはセンタースピーカからの出力を想定しているためステレオにダウンミックスされると左右同相のモノラル信号となる。

それに対して、音楽系の信号の多くはステレオ収録されているため、ステレオ信号中の左右差成分が小さい場合はセリフ系信号であると検出できる。

図３に示すように、周波数特徴検出部２２に入力されるステレオ和信号Ｌ＋Ｒは、ローパスフィルタ３４、ハイパスフィルタ３６及びバンドパスフィルタ３５を通して２つのレベル検出器３２に入力される。

各レベル検出器３２の出力である高低域レベルと中域レベルは、レベル比較器３３に入力される。レベル比較器３３は、入力レベルに応じた帯域信号を制御部１５へ出力する。即ち、周波数特徴検出部２２においては、ステレオ和信号が高域周波数、中域周波数、低域周波数の３つ周波数帯域に分割される。そして、周波数特徴検出部２２は、高低域レベルと中域レベルの差が入力信号の信号特性を示す１つのパラメータとなるように、制御部１５での制御要素として帯域信号を出力する。

人声のセリフ音は主に中域成分で構成されているが、楽器音は低音成分や高音成分を多く含んでいるため、高低域レベルに比べ、中域成分が大きい場合はセリフ系信号であると検出できる。

さらに、図４に示すように、リズム検出部２３に入力されるステレオ和信号Ｌ＋Ｒは、包絡線検波器３７及び微分器３８を通してレベル検出器３２に入力される。

レベル検出器３２は、入力レベルに応じたリズム信号を制御部１５へ出力する。

即ち、リズム検出部２３においては、ステレオ和信号の振幅変化の急峻さを検出することにより、音声のリズムを表すリズム信号が入力信号の信号特性を示す１つのパラメータとなるように、制御部１５での制御要素として出力される。

セリフ音の振幅の時間変化はランダムで変化も緩やかであるが、音楽系信号は一定時間毎に鋭く振幅変化しリズムを形成しており、振幅の時間変化が緩やかで連続性がない場合はセリフ系信号であると検出できる。

上記したジャンル信号、ステレオ比較信号、帯域信号及びリズム信号は、制御部１５に入力される。制御部１５は、各入力信号を例えば加算処理等の演算処理を行い、演算処理に基いた制御信号を可変周波数クロック発生部１６に出力する。

例えば、入力信号分析部の出力が多段階もしくはリニアである場合、ジャンンル信号に基いて、入力信号が「音楽番組」と判別された時には、全体に高周波動作寄りにするなどの重み付けが可能となる。

即ち、制御部１５は、制御信号により、可変周波数クロック発生部１６の出力するクロック信号の周波数を動的に変化させる。

可変周波数クロック発生部１６は、制御信号の信号電圧値が高いほど高周波のクロックを出力するので、デジタルアンプのＰＷＭスイッチング周波数は高周波となる。ジャンル種別においては、音楽＞映画＞バラエティ＞ニュースの順で高周波スイッチングとなる。即ち、ジャンル種別が「音楽」の番組を受信時はより忠実さが優先され、「ニュース」の番組を受信時はより低消費電力が優先された再生が行われる。また、ジャンル種別が「音楽」の番組を受信時であっても例えば司会者による解説などのセリフ主体の場面では、低消費電力が優先された再生が行われる。このときステレオ間差成分検出部２１で、ステレオ和信号に比してステレオ差信号が小さいこと、周波数特徴検出部２２で中域周波数のレベルに比して高域および低域周波数のレベルが小さいこと、リズム検出部２３で振幅変化の時間に比して振幅変化のレベルが小さいことが、それぞれ検出されるためである。これにより音楽番組再生時であってもセリフ主体の場面ではその都度音声信号に応じて低消費電力が優先されるため、再生時間中の全体的な消費電力が低減されるとともに、セリフ主体の場面では音声信号に高域情報が少ないためユーザが音質劣化を認知することはない。またジャンル種別が「ニュース」の番組を受信時であっても例えば音楽コンサートの告知などの場面では、忠実さが優先された再生が行われる。このときは、ステレオ間差成分検出部２１でステレオ和信号に比してステレオ差信号が大きいこと、周波数特徴検出部２２で中域周波数のレベルに比して高域および低域周波数のレベルが大きいこと、リズム検出部２３で振幅変化の時間に比して振幅変化のレベルが大きいことがそれぞれ検出されるためである。これによりニュース番組再生時であっても音楽の場面ではその都度音声信号に応じて忠実さが優先されるため、ユーザに音質的な不満を与えない。

本発明のテレビ受信装置によれば、音楽の場面を再生時は忠実さを重視した高周波スイッチング動作となり、セリフ主体の場面を再生時は低消費電流を重視した低周波スイッチング動作となるため、ユーザが認知しうる音質劣化無しに低消費電流化が実現できる。

（実施形態２）
図７は本発明の第２の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。

第一のスイッチング部１８および第二のスイッチング部１９の温度は熱結合された温度検出部２６により検出され、高温であるほど低い電圧値として出力される。

番組情報デコード部１３によってデコードされて得られたジャンル種別が音楽の番組であって、入力信号分析部１２による分析結果についても音楽を表わす高電圧の信号が出力された場合、可変周波数クロック発生部１６の出力するクロック周波数は高周波となる。このとき第一のスイッチング部１８および第二のスイッチング部１９は高周波スイッチング動作となるため単位時間に流れる貫通電流の回数が増加し消費電力が大きくなる。高周波スイッチング動作状態が持続すること温度が上昇する。温度検出部２６により高温であることが検出されると、制御部１５は、制御信号として低電圧の信号を出力し、可変周波数クロック発生部の出力するクロック周波数が低周波となるように制御する。

このようなフィードバック系を形成することにより、温度上昇が一定の範囲に抑えられ、放熱機構の小型化や、安全性の高いデジタルアンプが実現できる。

またデジタルアンプの周囲温度が上昇した場合についても同様の動作をするため、広い温度範囲で安全に動作が可能なデジタルアンプが実現できる。

（実施形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。

音声デコード部３によりデコードされて得られた音声データは、デジタル信号のまま演算するＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により構成された入力信号分析部１２に入力される。同時に、音声データは、サンプリングレート変換部ＳＲＣ２７により可変周波数クロック発生部１６に同期したＰＣＭデジタル信号に変換され、さらにＰＣＭ／ＰＷＭ変換部２８によりＰＣＭデジタル信号のサンプリング周波数に同期したパルス変調信号に変換される。

本実施形態においては、音声信号はアナログ信号に変換されることなくパルス変調信号に変換され、外来ノイズの影響ない忠実かつ低消費電流を実現したデジタルアンプ装置が実現できる。

（実施形態４）
図９は本発明の第３の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。

外部アナログ音声入力部２９に入力された音声はＡ／Ｄコンバータ３０により音声データに変換され、入力切換部３１により、音声デコード部３からの音声データとＡ／Ｄコンバータ部からの音声データのうちどちらかが選択される。入力切換部３１は、２つのスイッチが連動して動作し、Ａ／Ｄコンバータ部からの音声データが選択された場合には、ジャンル種別による重み付け部１４の出力を参照しないよう切り替えられる。本実施形態によれば、外部アナログ入力部からの音声入力に対しても、入力信号分析部１２によりクロック周波数が最適に設定され、忠実かつ低消費電流を実現したデジタルアンプ装置が実現できる。

本発明の第１の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。 本発明における入力分析部のステレオ間差分検出部のブロック図である。 本発明における入力分析部の周波数特徴検出部のブロック図である。 本発明における入力分析部のリズム検出部のブロック図である。 パルス変調部の入出力信号のブロック図である。 パルス変調部の入出力信号の波形の説明図である。 本発明の第２の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。 本発明の第３の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。 本発明の第４の実施の形態におけるデジタルアンプ装置を搭載したテレビジョン受信機のブロック図である。

符号の説明

１ アンテナ部
２ 受信部
３ 音声デコード部
４ Ｄ／Ａコンバータ部
５ 低域濾波部
６ スピーカ部
７ デジタルアンプ
８ 映像デコード部
９ 映像信号処理部
１０ 表示駆動部
１１ 表示部
１２ 入力信号分析部
１３ 番組情報デコード部
１４ 重み付け部
１５ 制御部
１６ 可変周波数クロック発生部
１７ パルス変調部
１８ 第一のスイッチング部
１９ 第二のスイッチング部
２０ 駆動部
２１ ステレオ間差成分検出部
２２ 周波数特徴検出部
２３ リズム検出部
２４ 緩衝増幅部
２５ 反転型緩衝増幅部
２６ 温度検出部
２７ サンプリングレート変換部
２８ ＰＣＭ／ＰＷＭ変換部
２９ 外部アナログ音声入力部
３０ Ａ／Ｄコンバータ部
３１ 入力切換部
３２ レベル検出器
３３ レベル比較器
３４ 低域濾波器
３５ 中域濾波器
３６ 高域濾波器
３７ 包絡線検波器
３８ 微分器

Claims (7)

1. 入力信号を増幅するデジタルアンプにおいて、
   クロック信号を出力するクロック発生部と、
   前記クロック信号を、前記入力信号に基いてパルス幅変調するパルス幅変調部と、
   前記パルス幅変調部の出力を変換する変換部と、
   前記入力信号の信号特性を分析する分析部と、
   前記分析部の出力に基いて前記クロック信号の周波数を制御する制御部とを有することを特徴とするデジタルアンプ。
2. 前記分析部は、
   前記入力信号中の左右差成分のレベルを検出するステレオ差成分検出部と、
   前記入力信号の音声周波数帯域を複数の帯域に分割し、各帯域のレベルを検出する周波数検出部と、
   前記入力信号の振幅変化の急峻さを検出するリズム検出部のうちの少なくとも１つを有する請求項１記載のデジタルアンプ。
3. 前記変換部は、少なくとも2つのスイッチング素子と該スイッチング素子を駆動する駆動部とからなり、
   前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部を有し、
   前記制御部は、前記温度検出部の出力に基いて前記クロック発生部を制御する請求項１記載のデジタルアンプ。
4. 入力信号を増幅するデジタルアンプにおいて、
   クロック信号を出力するクロック発生部と、
   前記クロック信号を、前記入力信号に基いてパルス幅変調するパルス幅変調部と、
   前記パルス幅変調部の出力を変換する変換部と、
   前記クロック信号の周波数を制御信号により動的に変化させるように前記クロック発生部を制御する制御部とを有することを特徴とするデジタルアンプ。
5. 放送波を受信する受信部と、
   前記放送波に重畳された番組関連情報をデコードする番組情報デコード部と、
   前記受信部から出力される音声データをデコードして音声入力信号を出力する音声デコード部と、
   前記番組関連情報のジャンル情報にもとづいて生成されるジャンル信号を出力する重み付け部とを有し、
   さらに、クロック信号を出力するクロック発生部と、
   前記クロック信号を、前記音声入力信号に基いてパルス幅変調するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調部の出力を変換してスピーカに出力する変換部と、
   前記入力信号の信号特性を分析する分析部と、
   前記分析部の出力に基いて前記クロック信号の周波数を制御する制御部とからなるデジタルアンプとを有し、
   前記制御部は、前記ジャンル信号に基いて前記クロック発生部を制御することを特徴とするテレビジョン受信装置。
6. 前記変換部は、少なくとも2つのスイッチング素子と該スイッチング素子を駆動する駆動部とからなり、
   前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部を有し、
   前記制御部は、前記分析部の出力と、前記温度検出部の出力と、前記番組情報デコード部の出力のうち、少なくとも２つを加算または積算する演算部を有する請求項５記載のテレビジョン受信装置。
7. 放送波を受信するステップと、
   前記放送波に重畳された番組関連情報をデコードするステップと、
   前記放送波に重畳された音声データをデコードして音声入力信号を出力するステップと、
   前記番組関連情報のジャンル種別毎に重み付けされたジャンル情報を出力するステップと、
   クロック信号を出力するステップと、
   前記クロック信号を、前記音声入力信号に基いてパルス幅変調するステップと、
   前記パルス幅変調されたクロック信号を変換してスピーカに出力するステップと、
   前記音声入力信号の信号特性を分析する分析ステップと、
   前記分析ステップの結果と前記ジャンル情報とに基いて、前記クロック信号の周波数を制御するステップとを有することを特徴とするテレビジョン受信装置の制御方法。

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