JP2012213076A - Digital signal processing apparatus and digital signal processing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a digital signal processing apparatus and a digital signal processing method that employ a filter comprising a multistage series connection of IIR filters having a shelving characteristic (or stepping characteristic), set a plurality of set points each comprising a set of frequency and gain values, and implement an arbitrary frequency response characteristic passing the set points.SOLUTION: In the digital signal processing apparatus, a filter setting section includes an error calculation section for calculating an implemented frequency response characteristic H of the filter section and calculating an error E from a desired frequency response characteristic D, and sets the filter section comprising a multiple N-stage series connection of M-order IIR filters Sn having a shelving characteristic Hn indicating a cutoff frequency fc and a gain gn, by changing the cutoff frequency fc of each of the plurality of IIR filters Sn of the filter section and changing the order of each IIR filter Sn from M in response to an output from the error calculation section to reduce the error E.

Description

本発明は、音声信号に所定の周波数応答特性を与えるデジタル信号処理装置およびデジタル信号処理方法に関し、特に、棚型特性(または階段特性)を有するIIR型フィルタ(Shelving Filter、シェルビングフィルタ)を複数段直列接続して構成されるフィルタを含み、周波数値およびゲイン値の組からなる複数組の設定値を設定して、これらの設定値を通過する任意の周波数応答特性を実現するデジタル信号処理装置およびデジタル信号処理方法に関する。   The present invention relates to a digital signal processing apparatus and a digital signal processing method that give a predetermined frequency response characteristic to an audio signal, and more particularly, a plurality of IIR type filters (Shelving Filters, shelving filters) having shelf type characteristics (or staircase characteristics). A digital signal processing device that includes a filter configured by connecting in series, sets a plurality of set values including a set of frequency values and gain values, and realizes an arbitrary frequency response characteristic that passes these set values And a digital signal processing method.

音声信号を再生するAVレシーバー等の映像音響機器、あるいは、パーソナルコンピューター等の電子計算機では、希望する周波数値およびゲイン値を複数組入力して音声信号に所定の周波数応答特性を与えるイコライザーを実現するデジタル信号処理装置またはデジタル信号処理方法を含むものがある。所定の周波数応答特性を与えるイコライザーとしては、代表的には周波数が固定されるグラフィックイコライザーがあり、また、周波数が可変できるパラメトリックイコライザーがある。これらのイコライザーは、複数のバンドパスフィルタ(あるいはピーキングフィルタ)を含む場合が多い。   In audiovisual equipment such as an AV receiver that reproduces audio signals, or an electronic computer such as a personal computer, an equalizer that gives a predetermined frequency response characteristic to an audio signal by inputting a plurality of sets of desired frequency values and gain values is realized. Some include a digital signal processing apparatus or a digital signal processing method. As an equalizer that gives a predetermined frequency response characteristic, there is typically a graphic equalizer whose frequency is fixed, and a parametric equalizer whose frequency can be varied. These equalizers often include a plurality of bandpass filters (or peaking filters).

ただし、従来のピークフィルタまたはバンドパスフィルタを用いるパラメトリックイコライザーでは、任意の周波数値およびゲイン値の組からなる設定値を複数組自由に設定して、所望の周波数応答特性を有するイコライザーを実現しようとしても、個々のピークフィルタまたはバンドパスフィルタが相互に影響しあって、これらの設定値を通過する周波数応答特性を実現できない場合がある。つまり、所定の帯域を通過させるバンドパスフィルタを複数用いる構成では、通過周波数帯域が隣接するフィルタ同士の間で重畳する帯域が存在するので、周波数応答特性がある1点で任意の周波数値およびゲイン値を通過したとしても、他の点では任意の周波数値およびゲイン値からずれてしまう場合がある。   However, in a conventional parametric equalizer using a peak filter or a bandpass filter, an attempt is made to realize an equalizer having a desired frequency response characteristic by freely setting a plurality of set values including a set of arbitrary frequency values and gain values. However, individual peak filters or bandpass filters may affect each other, and a frequency response characteristic that passes through these set values may not be realized. In other words, in a configuration using a plurality of bandpass filters that pass a predetermined band, there is a band in which the pass frequency band is superimposed between adjacent filters, so that an arbitrary frequency value and gain can be obtained at one point with frequency response characteristics. Even if the value is passed, it may deviate from an arbitrary frequency value and gain value at other points.

例えば、従来には、他のバンドからの漏れゲインが影響する場合にも適正に目標特性が得られるようにゲイン調整を行うように、入力信号の所定複数の周波数バンドごとにゲインを可変設定するように構成されたゲイン設定手段と、上記周波数バンドごとに目標のゲインが得られるようにするにあたり、少なくとも互いに隣接する周波数バンドについて、一方の周波数バンドに目標のゲイン値が設定された場合の他方の周波数バンドへの漏れゲイン値を得ると共に、更新処理として、上記一方の周波数バンドから上記他方の周波数バンドへの漏れゲイン値に基づき上記他方の周波数バンドに設定されるべきゲイン値を更新する処理と、この更新されたゲイン値が設定された場合における上記他方の周波数バンドからの漏れゲイン値に基づき上記一方の周波数バンドに設定されるべきゲイン値を更新する処理とを交互に繰り返し行った結果に基づき、上記ゲイン設定手段により各周波数バンドごとに設定されるべきゲイン値を調整するゲイン調整手段と、を備えることを特徴とする信号処理装置がある(特許文献1)。   For example, conventionally, the gain is variably set for each of a plurality of predetermined frequency bands of the input signal so that the gain adjustment is performed so that the target characteristic can be appropriately obtained even when the leakage gain from other bands is affected. When the target gain value is set to one frequency band at least for the frequency bands adjacent to each other in order to obtain the target gain for each frequency band, the gain setting means configured as described above and the other Processing for obtaining a gain value to be set to the other frequency band based on a leakage gain value from the one frequency band to the other frequency band as update processing Based on the leakage gain value from the other frequency band when this updated gain value is set. Based on the result of alternately repeating the process of updating the gain value to be set for one frequency band, the gain adjustment means for adjusting the gain value to be set for each frequency band by the gain setting means, There is a signal processing device characterized by comprising (Patent Document 1).

また、従来には、バンドパスフィルタに代えて棚型特性(または階段特性)を有するシェルビングフィルタを複数直列に接続して、任意の周波数値およびゲイン値の組からなる複数の設定値を通過する周波数応答特性を実現するイコライザーがある(特許文献2)。例えば、シェルビングフィルタを並列接続するローパスフィルタおよびハイパスフィルタで構成するものとして、n−1個の周波数限界点によって区分された隣接するn個の周波数範囲を有するデジタル信号用の等化装置において、等化装置は縦続接続されたn−1個のフィルタ回路と、制御ユニットとを具備し、前記縦続接続されたn−1個のフィルタ回路のそれぞれは前記n−1個の周波数限界点のそれぞれ1つに対応して設けられており、各フィルタ回路は、そのフィルタ回路に対応する周波数限界点を周波数限界とする1個のデジタルローパスフィルタと1個のデジタルハイパスフィルタとの並列回路により構成され、それらのデジタルローパスフィルタおよびデジタルハイパスフィルタはそれぞれ相補的な伝達関数を有しており、それらデジタルローパスフィルタおよびデジタルハイパスフィルタの通過帯域の利得はそれらの出力を加重する手段によって調節可能に構成され、各フィルタ回路はさらに加重する手段を介して並列に出力されるデジタルローパスフィルタの出力とデジタルハイパスフィルタの出力とを結合してそのフィルタ回路の出力として出力する結合段を備えており、前記制御ユニットは前記縦続接続されたn−1個のフィルタ回路のそれぞれに設けられている前記デジタルローパスフィルタとデジタルハイパスフィルタの出力の加重量を制御するように構成され、各周波数限界点の両側の隣接する2つの周波数範囲においては周波数の増加された周波数範囲のほうが振幅を増加させるときには、前記制御ユニットによってその周波数限界点に対応するフィルタ回路のデジタルハイパスフィルタからの出力信号がデジタルローパスフィルタからの出力信号よりも大きな加重を割当てられ、各周波数限界点の両側の隣接する2つの周波数範囲においては周波数の増加された周波数範囲のほうが振幅を減少させるときには、前記制御ユニットによってその周波数限界点に対応するフィルタ回路のデジタルローパスフィルタからの出力信号がデジタルハイパスフィルタからの出力信号よりも大きな加重を割当てられるように構成されている等化装置がある(特許文献3)。   Conventionally, a plurality of shelving filters having shelf type characteristics (or staircase characteristics) are connected in series instead of the bandpass filter, and a plurality of set values including a set of arbitrary frequency values and gain values are passed. There is an equalizer that realizes frequency response characteristics (Patent Document 2). For example, in an equalizer for a digital signal having n adjacent frequency ranges divided by n-1 frequency limit points, as a low pass filter and a high pass filter that connect shelving filters in parallel, The equalizer includes n-1 filter circuits connected in cascade and a control unit, and each of the n-1 filter circuits connected in cascade is each of the n-1 frequency limit points. Each filter circuit is constituted by a parallel circuit of one digital low-pass filter and one digital high-pass filter whose frequency limit is a frequency limit point corresponding to the filter circuit. These digital low-pass filters and digital high-pass filters each have complementary transfer functions, The gains of the passbands of these digital low-pass filters and digital high-pass filters are configured to be adjustable by means for weighting their outputs, and each filter circuit outputs the outputs of the digital low-pass filters in parallel via the means for further weighting And the output of the digital high-pass filter are combined and output as the output of the filter circuit, and the control unit is provided in each of the n-1 filter circuits connected in cascade. It is configured to control the weight of the output of the digital low pass filter and the digital high pass filter, and when the frequency range having an increased frequency increases the amplitude in two adjacent frequency ranges on both sides of each frequency limit point, Corresponding to the frequency limit point by the control unit The output signal from the digital high-pass filter of the filter circuit is assigned a higher weight than the output signal from the digital low-pass filter, and in the two adjacent frequency ranges on either side of each frequency limit point, the frequency range with increased frequency is better. When the amplitude is reduced, the control unit is configured so that the output signal from the digital low-pass filter of the filter circuit corresponding to the frequency limit point can be assigned a higher weight than the output signal from the digital high-pass filter. There is a device (Patent Document 3).

特開2007−166195号公報 (第1図〜第10図)JP 2007-166195 A (FIGS. 1 to 10) 国際公開第2009/112825号パンフレット(第1図〜第11図)International Publication No. 2009/112825 (FIGS. 1 to 11) 特許第4259626号公報 (第1図〜第10図)Japanese Patent No. 4259626 (FIGS. 1 to 10)

特許文献2のシェルビングフィルタを複数直列に接続するイコライザーでは、従来のバンドパスフィルタ、または、ピーキングフィルタの場合よりも任意の周波数値およびゲイン値の組からなる複数の設定値を通過する周波数応答特性を実現しやすいという利点がある。ただし、特許文献2のイコライザーの設計方法では、直列に接続する全てのシェルビングフィルタをそれぞれ決定してから、実現する周波数応答特性と希望する周波数応答特性との誤差を測定し、これを補正することになっており、イコライザーを実現するデジタル信号処理装置としては実装が容易でない、という問題がある。また、デジタル信号処理でシェルビングフィルタを実現する場合に、特に次数Mが2以上の高次のIIRフィルタ(再帰形フィルタ、巡回形フィルタ)を用いるときに棚型特性のカットオフ周波数を指定する演算手法を採用すると、IIRフィルタの次数Mを適切に決定するのが難しいという問題がある。   In an equalizer in which a plurality of shelving filters of Patent Document 2 are connected in series, a frequency response that passes a plurality of set values consisting of a set of arbitrary frequency values and gain values as compared with a conventional bandpass filter or peaking filter. There is an advantage that it is easy to realize the characteristics. However, in the equalizer design method of Patent Document 2, after determining all the shelving filters connected in series, the error between the realized frequency response characteristic and the desired frequency response characteristic is measured and corrected. Therefore, there is a problem that it is not easy to mount as a digital signal processing device that realizes an equalizer. Further, when a shelving filter is realized by digital signal processing, a cutoff frequency of a shelf type characteristic is specified particularly when a high-order IIR filter (recursive filter or recursive filter) having an order M of 2 or more is used. When the calculation method is employed, there is a problem that it is difficult to appropriately determine the order M of the IIR filter.

本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、棚型特性(または階段特性)を有するIIR型フィルタを複数段直列接続して構成されるフィルタを含み、周波数値およびゲイン値の組からなる複数組の設定値を設定して、これらの設定値を通過する任意の周波数応答特性を実現するデジタル信号処理装置およびデジタル信号処理方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a filter configured by connecting a plurality of stages of IIR filters having a shelf type characteristic (or a step characteristic) in series. A digital signal processing device and a digital signal processing method for setting a plurality of set values including a set of frequency values and gain values, and realizing an arbitrary frequency response characteristic that passes these set values It is in.

本発明のデジタル信号処理装置は、音声信号に所定の周波数応答特性を与えるデジタル信号処理装置であって、音声信号を入力する入力部と、音声信号を出力する出力部と、入力部と出力部との間に接続されて、カットオフ周波数fcおよびゲインgnを示す棚型特性Hnを有するM次(M:1以上の整数)のIIR型フィルタSnを複数N段(N:2以上の整数)直列接続して構成されるフィルタ部と、周波数値Fnおよびゲイン値Gnの組からなる複数(N+1)組の設定値(Fn、Gn)を設定してフィルタ部の希望周波数応答特性Dを設定する希望特性設定部と、希望特性設定部の設定値(Fn、Gn)に対応してカットオフ周波数fcおよびゲインgnを定め、フィルタ部のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定するフィルタ設定部と、を有し、フィルタ設定部が、フィルタ部の実現周波数応答特性Hを算出し、希望周波数応答特性Dと実現周波数応答特性Hとの誤差Eを算出する誤差算出部を含み、誤差算出部からの出力を受けてフィルタ部の複数のIIR型フィルタSnのそれぞれのカットオフ周波数fcを増減させ、かつ、IIR型フィルタSnのそれぞれの次数をM次から増減させて誤差Eを小さくするようにフィルタ部を設定する。   A digital signal processing device according to the present invention is a digital signal processing device that gives a predetermined frequency response characteristic to an audio signal, an input unit that inputs the audio signal, an output unit that outputs the audio signal, an input unit and an output unit N-stage (N: integer greater than or equal to 2) N-stage (M: integer greater than or equal to M) IIR filters Sn having a shelf-type characteristic Hn indicating a cutoff frequency fc and a gain gn. A desired frequency response characteristic D of the filter unit is set by setting a plurality of (N + 1) set values (Fn, Gn) including a filter unit configured in series and a set of the frequency value Fn and the gain value Gn. A filter setting that sets a desired frequency setting unit and a cutoff frequency fc and a gain gn corresponding to the set values (Fn, Gn) of the desired characteristic setting unit and sets each IIR filter Sn of the filter unit. An error calculating unit that calculates an actual frequency response characteristic H of the filter unit and calculates an error E between the desired frequency response characteristic D and the actual frequency response characteristic H. The cutoff frequency fc of each of the plurality of IIR filters Sn in the filter unit is increased or decreased in response to the output from the filter unit, and each error of the IIR filter Sn is increased or decreased from the M order to reduce the error E. Set the filter part to.

好ましくは、本発明のデジタル信号処理装置は、フィルタ設定部が、誤差Eを周波数値Fnにおける希望周波数応答特性Dのゲイン値Dnと実現周波数応答特性Hのゲイン値Hnとの差の絶対値Enとして算出し、誤差値Enが所定値よりも小さくなるように対応するIIR型フィルタSnのカットオフ周波数値fcを変更して設定し、かつ、隣接する周波数値Fn+1における希望周波数応答特性Dのゲイン値Dn+1と実現周波数応答特性Hのゲイン値Hn+1との差の絶対値En+1を算出し、誤差値En+1が所定値よりも小さくなるようにIIR型フィルタSnの次数Mを増加させ、IIR型フィルタSnの次数Mが変更される場合には、誤差値Enおよび誤差値En+1を再帰的に繰り返し算出し、誤差Eを所定値よりも小さくするようにフィルタ部を設定する。   Preferably, in the digital signal processing device according to the present invention, the filter setting unit causes the error E to be an absolute value En of a difference between the gain value Dn of the desired frequency response characteristic D and the gain value Hn of the realized frequency response characteristic H at the frequency value Fn. The cutoff frequency value fc of the corresponding IIR filter Sn is changed and set so that the error value En becomes smaller than a predetermined value, and the gain of the desired frequency response characteristic D at the adjacent frequency value Fn + 1 The absolute value En + 1 of the difference between the value Dn + 1 and the gain value Hn + 1 of the realized frequency response characteristic H is calculated, the order M of the IIR filter Sn is increased so that the error value En + 1 is smaller than a predetermined value, and the IIR filter Sn When the order M is changed, the error value En and the error value En + 1 are recursively calculated, and the error E is smaller than a predetermined value. To set the filter unit to so that.

また、本発明のデジタル信号処理方法は、音声信号に所定の周波数応答特性を与えるデジタル信号処理方法であって、カットオフ周波数fcおよびゲインgnを示す棚型特性Hnを有するM次(M:1以上の整数)のIIR型フィルタSnを複数N段(N:2以上の整数)直列接続してフィルタ部を構成するステップと、フィルタ部に音声信号を入力するステップと、フィルタ部から音声信号を出力するステップと、フィルタ部の希望特性設定部において、周波数値Fnおよびゲイン値Gnの組からなる複数(N+1)組の設定値(Fn、Gn)を設定してフィルタ部の希望周波数応答特性Dを設定するステップと、フィルタ部のフィルタ設定部において、希望特性設定部の設定値(Fn、Gn)に対応してカットオフ周波数fcおよびゲインgnを定め、フィルタ部のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定するステップと、を含み、フィルタ設定部において、フィルタ部の実現周波数応答特性Hを算出し、希望周波数応答特性Dと実現周波数応答特性Hとの誤差Eを算出するステップと、誤差Eを受けてフィルタ部の複数のIIR型フィルタSnのそれぞれのカットオフ周波数fcを増減させるステップと、IIR型フィルタSnのそれぞれの次数をM次から増減させて誤差Eを小さくするようにフィルタ部を設定するステップと、を含む。   The digital signal processing method of the present invention is a digital signal processing method that gives a predetermined frequency response characteristic to an audio signal, and has an M-th order (M: 1) having a shelf-type characteristic Hn indicating a cutoff frequency fc and a gain gn. A plurality of N stages (N: integer greater than or equal to 2) of IIR type filters Sn connected in series, a step of inputting an audio signal to the filter unit, an audio signal from the filter unit In the output step and the desired characteristic setting unit of the filter unit, a plurality of (N + 1) sets of set values (Fn, Gn) including a set of the frequency value Fn and the gain value Gn are set, and the desired frequency response characteristic D of the filter unit is set. And the filter setting unit of the filter unit corresponding to the set values (Fn, Gn) of the desired characteristic setting unit and the cutoff frequency fc and the gain determining gn and setting each IIR filter Sn of the filter unit, wherein the filter setting unit calculates an actual frequency response characteristic H of the filter unit, and a desired frequency response characteristic D and an actual frequency response characteristic H A step of calculating an error E of the filter unit, a step of increasing / decreasing the cutoff frequency fc of each of the plurality of IIR filters Sn of the filter unit in response to the error E, and an increase / decrease of the respective orders of the IIR filter Sn And setting the filter unit so as to reduce the error E.

好ましくは、本発明のデジタル信号処理方法は、フィルタ設定部において、誤差Eを周波数値Fnにおける希望周波数応答特性Dのゲイン値Dnと実現周波数応答特性Hのゲイン値Hnとの差の絶対値Enとして算出するステップと、誤差値Enが所定値よりも小さくなるように対応するIIR型フィルタSnのカットオフ周波数値fcを変更して設定するステップと、隣接する周波数値Fn+1における希望周波数応答特性Dのゲイン値Dn+1と実現周波数応答特性Hのゲイン値Hn+1との差の絶対値En+1を算出するステップと、誤差値En+1が所定値よりも小さくなるようにIIR型フィルタSnの次数Mを増加させるステップと、IIR型フィルタSnの次数Mが変更される場合には、誤差値Enおよび誤差値En+1を再帰的に繰り返し算出し、誤差Eを所定値よりも小さくするようにフィルタ部を設定するステップと、を含む。   Preferably, in the digital signal processing method of the present invention, in the filter setting unit, the error E is an absolute value En of the difference between the gain value Dn of the desired frequency response characteristic D and the gain value Hn of the realized frequency response characteristic H at the frequency value Fn. , A step of changing and setting the cutoff frequency value fc of the corresponding IIR filter Sn so that the error value En becomes smaller than a predetermined value, and a desired frequency response characteristic D at the adjacent frequency value Fn + 1. Calculating the absolute value En + 1 of the difference between the gain value Dn + 1 of the actual frequency response characteristic H and the gain value Hn + 1 of the realized frequency response characteristic H, and increasing the order M of the IIR filter Sn so that the error value En + 1 is smaller than a predetermined value. When the order M of the IIR filter Sn is changed, the error value En and the error value En + 1 are reproduced again. Repeatedly calculated involve setting a filter unit so as to be smaller than a predetermined value an error E, a.

以下、本発明の作用について説明する。   The operation of the present invention will be described below.

本発明のデジタル信号処理装置ならびにデジタル信号処理方法は、入力される音声信号に所定の周波数応答特性を与えて出力するように、カットオフ周波数fcおよびゲインgnを示す棚型特性Hnを有するM次(M:1以上の整数)のIIR型フィルタSnを複数N段(N:2以上の整数)直列接続してフィルタ部を構成する。このフィルタ部は、周波数値Fnおよびゲイン値Gnの組からなる複数(N+1)組の設定値(Fn、Gn)を設定してフィルタの希望周波数応答特性Dを設定する希望特性設定部と、希望特性設定部の設定値(Fn、Gn)に対応してカットオフ周波数fcおよびゲインgnを定め、フィルタ部のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定するフィルタ設定部と、を有する。   The digital signal processing apparatus and digital signal processing method of the present invention have an Mth order having a shelf-type characteristic Hn indicating a cutoff frequency fc and a gain gn so as to output an input audio signal with a predetermined frequency response characteristic. A filter unit is configured by connecting a plurality of N stages (N: an integer of 2 or more) IIR type filters Sn (M: an integer of 1 or more) in series. The filter unit includes a desired characteristic setting unit that sets a desired frequency response characteristic D of the filter by setting a plurality of (N + 1) sets of set values (Fn, Gn) including a set of the frequency value Fn and the gain value Gn. A filter setting unit that sets a cutoff frequency fc and a gain gn corresponding to setting values (Fn, Gn) of the characteristic setting unit and sets each IIR filter Sn of the filter unit.

ユーザーが複数(N+1)組の設定値(Fn、Gn)を設定してフィルタの希望周波数応答特性Dを設定すると、このデジタル信号処理装置ならびにデジタル信号処理方法では、誤差算出部からの出力を受けてフィルタ部の対応する直列接続されているN段のIIR型フィルタSnのそれぞれのカットオフ周波数fcを増減させ、かつ、IIR型フィルタSnのそれぞれの次数をM次から増減させることにより、誤差Eを小さくするようにフィルタ部を設定することができる。   When the user sets a plurality of (N + 1) sets of setting values (Fn, Gn) and sets the desired frequency response characteristic D of the filter, the digital signal processing apparatus and the digital signal processing method receive the output from the error calculation unit. By increasing or decreasing the cutoff frequency fc of each of the N-stage IIR filters Sn connected in series in the filter unit and increasing or decreasing the respective orders of the IIR filter Sn from the M order, the error E It is possible to set the filter unit so as to reduce the.

具体的には、フィルタ設定部は、誤差Eを周波数値Fnにおける希望周波数応答特性Dのゲイン値Dnと実現周波数応答特性Hのゲイン値Hnとの差の絶対値Enとして算出し、さらに、誤差値Enが所定値よりも小さくなるように対応するIIR型フィルタSnのカットオフ周波数値fcを変更して設定する。また、フィルタ設定部は、隣接する周波数値Fn+1における希望周波数応答特性Dのゲイン値Dn+1と実現周波数応答特性Hのゲイン値Hn+1との差の絶対値En+1を算出し、誤差値En+1が所定値よりも小さくなるようにIIR型フィルタSnの次数Mを増加させ、IIR型フィルタSnの次数Mが変更される場合には、誤差値Enおよび誤差値En+1を再帰的に繰り返し算出し、誤差Eを所定値よりも小さくするようにフィルタ部を設定する。   Specifically, the filter setting unit calculates the error E as the absolute value En of the difference between the gain value Dn of the desired frequency response characteristic D and the gain value Hn of the realized frequency response characteristic H at the frequency value Fn. The cutoff frequency value fc of the corresponding IIR filter Sn is changed and set so that the value En becomes smaller than the predetermined value. Further, the filter setting unit calculates an absolute value En + 1 of the difference between the gain value Dn + 1 of the desired frequency response characteristic D and the gain value Hn + 1 of the realized frequency response characteristic H at the adjacent frequency value Fn + 1, and the error value En + 1 is greater than a predetermined value. When the order M of the IIR filter Sn is increased and the order M of the IIR filter Sn is changed so as to decrease, the error value En and the error value En + 1 are recursively calculated, and the error E is predetermined. The filter unit is set to be smaller than the value.

このように、本発明のデジタル信号処理装置ならびにデジタル信号処理方法では、棚型特性Hnを有する高次のIIR型フィルタSnを複数N段直列接続してフィルタ部を構成するのにあたって、カットオフ周波数値fcが隣接するIIR型フィルタ同士が相互に影響する場合でも、次数Mを変更してその影響による誤差を最小にするので、周波数値およびゲイン値の組からなる複数組の設定値を設定するだけで、これらの設定値を通過する任意の周波数応答特性を実現することができる。また、高次のIIRフィルタを用いる棚型特性のフィルタでフィルタ特性が低域側と高域側とで非対称になる場合にも、希望の複数の設定値を通過する周波数応答特性を実現することができる。   As described above, in the digital signal processing device and the digital signal processing method of the present invention, when the filter unit is configured by connecting a plurality of N-stage high-order IIR filters Sn having the shelf-type characteristics Hn in series, the cutoff frequency Even when the IIR filters adjacent to each other in the value fc influence each other, the order M is changed to minimize an error caused by the influence, and therefore, a plurality of sets of set values including a set of frequency values and gain values are set. Only, it is possible to realize an arbitrary frequency response characteristic that passes through these set values. Also, it is a shelf-type filter using a high-order IIR filter, and when the filter characteristic is asymmetrical between the low frequency side and the high frequency side, a frequency response characteristic that passes a plurality of desired set values is realized. Can do.

本発明のデジタル信号処理装置およびデジタル信号処理方法は、棚型特性(または階段特性)を有するIIR型フィルタを複数段直列接続して構成されるフィルタであっても、周波数値およびゲイン値の組からなる複数組の設定値を設定して、これらの設定値を通過する任意の周波数応答特性を実現できる。   The digital signal processing apparatus and the digital signal processing method of the present invention are a combination of a frequency value and a gain value, even if the filter is configured by connecting a plurality of stages of IIR filters having shelf-type characteristics (or staircase characteristics). By setting a plurality of set values consisting of the above, any frequency response characteristic that passes through these set values can be realized.

本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1を説明するブロック図である。(実施例1)1 is a block diagram illustrating a digital signal processing apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1のフィルタ部4において、直列接続する複数の棚型フィルタの動作を説明する図である。(実施例1)It is a figure explaining operation | movement of the several shelf type filter connected in series in the filter part 4 of the digital signal processing apparatus 1 by preferable embodiment of this invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理方法において、棚型フィルタのカットオフ周波数fcを決定するステップを説明する図である。(実施例1)It is a figure explaining the step which determines the cut-off frequency fc of a shelf type filter in the digital signal processing method by preferable embodiment of this invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理方法において、IIR型フィルタの次数Mを決定するステップを説明する図である。(実施例1)FIG. 4 is a diagram illustrating a step of determining an order M of an IIR filter in a digital signal processing method according to a preferred embodiment of the present invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1のフィルタ部4において、IIR型フィルタの次数Mを変化させた場合の実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。(実施例1)It is a graph explaining the realization frequency response characteristic H at the time of changing the order M of an IIR type filter in the filter part 4 of the digital signal processing apparatus 1 by preferable embodiment of this invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理方法において、棚型フィルタのカットオフ周波数fcとIIR型フィルタの次数Mを決定するステップを説明するフローチャートである。(実施例1)6 is a flowchart illustrating steps for determining a shelf filter cutoff frequency fc and an IIR filter order M in a digital signal processing method according to a preferred embodiment of the present invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1のフィルタ部4における実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。(実施例1)It is a graph explaining the realization frequency response characteristic H in the filter part 4 of the digital signal processing apparatus 1 by preferable embodiment of this invention. Example 1 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1のフィルタ部4における他の実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。(実施例2)It is a graph explaining the other realization frequency response characteristic H in filter part 4 of digital signal processor 1 by a desirable embodiment of the present invention. (Example 2) 本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1のフィルタ部4における直列接続するそれぞれのIIR型フィルタSnの次数Mのリストである。(実施例2)It is a list | wrist of the order M of each IIR type filter Sn connected in series in the filter part 4 of the digital signal processing apparatus 1 by preferable embodiment of this invention. (Example 2) 比較例の他のデジタル信号処理装置10のフィルタ部4において、ピーク特性フィルタまたは帯域通過型フィルタを用いた場合の実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。(比較例1〜4)It is a graph explaining the realization frequency response characteristic H at the time of using a peak characteristic filter or a band pass type filter in filter part 4 of other digital signal processor 10 of a comparative example. (Comparative Examples 1-4)

以下、本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置およびデジタル信号処理方法について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。   Hereinafter, a digital signal processing apparatus and a digital signal processing method according to preferred embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these embodiments.

図1は、本発明の好ましい実施形態によるデジタル信号処理装置1を説明するブロック図である。例えば、デジタル信号処理装置1は、(図示しない)パーソナルコンピューター等の電子計算機であって、音声信号を含むコンテンツファイルを再生する際に、希望する周波数値およびゲイン値を、ユーザーがGUIを使って複数組入力し、音声信号に所定の周波数応答特性を与えるイコライザープログラムを含む。イコライザープログラムは、パーソナルコンピューターの(図示しない)中央演算回路(CPU)またはデジタル・シグナル・プロセッサー(DSP)で実行され、棚型特性を有する複数のIIR型フィルタを直列接続してフィルタ部4を構成するデジタル信号処理方法を含む。なお、図および説明を分かりやすくするために、(図示しない)パーソナルコンピューターの全体構成と、デジタル信号処理装置1の説明に不要な一部の構成の図示を省略している。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a digital signal processing apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention. For example, the digital signal processing apparatus 1 is an electronic computer such as a personal computer (not shown), and when a content file including an audio signal is reproduced, a user uses a GUI to specify a desired frequency value and gain value. An equalizer program that inputs a plurality of sets and gives a predetermined frequency response characteristic to the audio signal is included. The equalizer program is executed by a central processing circuit (CPU) or a digital signal processor (DSP) of a personal computer (not shown), and a plurality of IIR filters having shelf type characteristics are connected in series to form the filter unit 4 A digital signal processing method. For easy understanding of the drawings and the description, the entire configuration of the personal computer (not shown) and a part of the configuration unnecessary for the description of the digital signal processing apparatus 1 are omitted.

デジタル信号処理装置1は、音声信号を入力する入力部2と、音声信号を出力する出力部3と、入力部と出力部との間に接続されるフィルタ部4と、フィルタ部4の希望周波数応答特性Dを設定する希望特性設定部5と、フィルタ部4のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定するフィルタ設定部6と、を有する。入力部2は、音声信号がデジタル信号である場合にはDIR回路を、アナログ信号である場合にはA/D回路を含んでいてもよい。また、出力部3は、フィルタ部4から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A回路を含んでいてもよい。   The digital signal processing apparatus 1 includes an input unit 2 that inputs an audio signal, an output unit 3 that outputs an audio signal, a filter unit 4 connected between the input unit and the output unit, and a desired frequency of the filter unit 4 A desired characteristic setting unit 5 that sets the response characteristic D and a filter setting unit 6 that sets each IIR filter Sn of the filter unit 4 are provided. The input unit 2 may include a DIR circuit when the audio signal is a digital signal, and an A / D circuit when the audio signal is an analog signal. The output unit 3 may include a D / A circuit that converts the digital signal output from the filter unit 4 into an analog signal.

フィルタ部4は、CPUまたはDSPを含んで構成される。フィルタ部4は、棚型特性を有するN段のIIR型フィルタSnを直列接続して構成する。希望特性設定部5は、(図示しない)GUIを含み、周波数値Fnおよびゲイン値Gnの組からなる複数N+1組の設定値(Fn、Gn)を設定する設定部51と、フィルタ部の希望周波数応答特性Dを演算する演算部52と、を含む。ユーザーは、キー等を操作して画面上に所望の希望周波数応答特性Dを(図示しない)表示部に表示して、自由に設定することができる。   The filter unit 4 includes a CPU or a DSP. The filter unit 4 is configured by connecting in series N-stage IIR filters Sn having shelf-type characteristics. The desired characteristic setting unit 5 includes a GUI (not shown), a setting unit 51 that sets a plurality of N + 1 sets of setting values (Fn, Gn) each including a set of a frequency value Fn and a gain value Gn, and a desired frequency of the filter unit And a calculation unit 52 that calculates the response characteristic D. The user can freely set the desired desired frequency response characteristic D on the screen by operating a key or the like on the display unit (not shown).

また、フィルタ設定部6は、希望特性設定部5の設定値(Fn、Gn)に対応して、それぞれのIIR型フィルタSnのカットオフ周波数fcおよびゲインgnを定めて、フィルタ部4のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定する設定部61と、フィルタ部4の実現周波数応答特性Hを算出する算出部62と、希望周波数応答特性Dと実現周波数応答特性Hとの誤差Eを算出する誤差算出部63を含む。フィルタ設定部6は、後述するように、誤差算出部63からの出力を受けてフィルタ部4の複数のIIR型フィルタSnのそれぞれのカットオフ周波数fcを増減させ、かつ、IIR型フィルタSnのそれぞれの次数をM次から増減させて誤差Eを小さくするようにフィルタ部4を設定する。   Further, the filter setting unit 6 determines the cutoff frequency fc and the gain gn of each IIR filter Sn corresponding to the set values (Fn, Gn) of the desired characteristic setting unit 5, and sets each of the filter units 4. A setting unit 61 that sets the IIR filter Sn, a calculation unit 62 that calculates the realized frequency response characteristic H of the filter unit 4, and an error calculation unit that calculates an error E between the desired frequency response characteristic D and the realized frequency response characteristic H 63. As will be described later, the filter setting unit 6 receives and outputs the output from the error calculation unit 63, increases or decreases the cutoff frequency fc of each of the plurality of IIR filters Sn of the filter unit 4, and each of the IIR filters Sn. The filter unit 4 is set so as to reduce the error E by increasing or decreasing the order of M from the M order.

図2は、デジタル信号処理装置1のフィルタ部4において、直列接続する複数の棚型フィルタの動作を説明する図である。図2では、図示するように、3組の設定値(Fn、Gn)、(Fn+1、Gn+1)、(Fn+2、Gn+2)を通過する希望周波数応答特性Dのフィルタを実現する場合に、それぞれgnおよびgn+1をゲインとして持つ2つの棚型フィルタSnおよびSn+1を直列に接続する。棚型フィルタSnの周波数特性はHnであって、カットオフ周波数fcnは、周波数値Fn+1およびFnの対数スケール上での中間の値であり、そのゲインはgnである。また、2つ目の棚型フィルタSn+1の周波数特性はHn+1であって、カットオフ周波数fcn+1は、周波数値Fn+1およびFn+2の対数スケール上での中間の値であり、そのゲインはgn+1である。棚型フィルタを直列接続する方法では、隣接する棚型フィルタ同士が干渉するのが、図示する周波数値Fn+1付近のみになるので、これら2つの棚型フィルタのゲインの和(gn)+(gn+1)を、所望のゲイン差(Gn+2)に等しく設定することで、実現周波数応答特性Hを希望周波数応答特性Dに近づけることができる。   FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of a plurality of shelf-type filters connected in series in the filter unit 4 of the digital signal processing device 1. In FIG. 2, when realizing a filter having a desired frequency response characteristic D that passes through three sets of setting values (Fn, Gn), (Fn + 1, Gn + 1), (Fn + 2, Gn + 2), respectively, gn and Two shelf type filters Sn and Sn + 1 having gn + 1 as a gain are connected in series. The frequency characteristic of the shelf type filter Sn is Hn, and the cutoff frequency fcn is an intermediate value on the logarithmic scale of the frequency values Fn + 1 and Fn, and the gain is gn. The frequency characteristic of the second shelf filter Sn + 1 is Hn + 1, and the cutoff frequency fcn + 1 is an intermediate value on the logarithmic scale of the frequency values Fn + 1 and Fn + 2, and the gain is gn + 1. In the method in which the shelf filters are connected in series, adjacent shelf filters interfere with each other only in the vicinity of the illustrated frequency value Fn + 1. Therefore, the sum of the gains of these two shelf filters (gn) + (gn + 1) Is set equal to the desired gain difference (Gn + 2), the realized frequency response characteristic H can be brought close to the desired frequency response characteristic D.

図3は、棚型フィルタのカットオフ周波数fcnを決定するステップを説明する図であり、図4は、IIR型フィルタの次数Mを決定するステップを説明する図である。このデジタル信号処理方法では、所定の周波数値Fnにおける求めるフィルタSnの特性Hn(ゲインgn)が希望する値Gnになり、その誤差Errorが所定値よりも小さくなるように棚型フィルタのカットオフ周波数をfcn(図3(a))からfcn’(図3(b))に変えてフィルタSnの特性Hn’を設定する。さらに、このデジタル信号処理方法では、特性Hn(ゲインgn)が所定の周波数値Fn+1において希望する値Gn+1になるように、その誤差Errorが所定値よりも小さくなるように求める棚型フィルタSnのIIR型フィルタの次数を、M(図4(a))からM+1(図4(b))に変えてフィルタSnの特性Hn’を設定する。棚型フィルタSnのIIR型フィルタの次数Mが変更された場合には、上述の棚型フィルタのカットオフ周波数fcnを決定するステップを再度行い、これらを再帰的に繰り返すことで棚型フィルタのパラメータの調整を行う。   FIG. 3 is a diagram for explaining steps for determining the cutoff frequency fcn of the shelf filter, and FIG. 4 is a diagram for explaining steps for determining the order M of the IIR filter. In this digital signal processing method, the cut-off frequency of the shelf-type filter is such that the characteristic Hn (gain gn) of the filter Sn to be obtained at the predetermined frequency value Fn becomes the desired value Gn, and the error Error becomes smaller than the predetermined value. Is changed from fcn (FIG. 3A) to fcn ′ (FIG. 3B) to set the characteristic Hn ′ of the filter Sn. Further, in this digital signal processing method, the IIR of the shelf-type filter Sn for obtaining the error Error to be smaller than the predetermined value so that the characteristic Hn (gain gn) becomes the desired value Gn + 1 at the predetermined frequency value Fn + 1. The characteristic Hn ′ of the filter Sn is set by changing the order of the type filter from M (FIG. 4A) to M + 1 (FIG. 4B). When the order M of the IIR filter of the shelf filter Sn is changed, the step of determining the cutoff frequency fcn of the shelf filter is performed again, and the parameters of the shelf filter are recursively repeated. Make adjustments.

図5は、デジタル信号処理装置1のフィルタ部4において、IIR型フィルタの次数Mを変化させた場合の実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。具体的には、6点を通過する希望周波数応答特性Dを実現するようにN=5段の直列接続するIIR型フィルタの次数Mを共通して変化させる場合に、図5(a)は次数M=2、図5(b)は次数M=4、図5(c)は次数M=6、図5(d)は次数M=8、の場合の実現周波数応答特性Hである。図5に図示するように、IIR型フィルタを用いる棚型フィルタSnでは、カットオフ周波数の前後の任意の2点を通過する実現周波数応答特性Hnを定める場合に、階段状に差がつく低域側と高域側とでレベル差が大きいと、IIRフィルタの次数Mを大きくしないと希望周波数応答特性Dとの誤差Eが大きくなる。つまり、ゲインの変化量が大である周波数区間では、より急峻な高次の棚型フィルタを使用することで、希望の複数の設定値を通過する周波数応答特性を実現することができる。   FIG. 5 is a graph for explaining the realized frequency response characteristic H when the order M of the IIR filter is changed in the filter unit 4 of the digital signal processing device 1. Specifically, FIG. 5A shows the order when the order M of the IIR type filters connected in series of N = 5 stages is commonly changed so as to realize the desired frequency response characteristic D passing through six points. FIG. 5B shows the realized frequency response characteristic H when M = 2, FIG. 5B shows the order M = 4, FIG. 5C shows the order M = 6, and FIG. 5D shows the order M = 8. As shown in FIG. 5, in the shelf type filter Sn using the IIR type filter, when the realized frequency response characteristic Hn passing through any two points before and after the cut-off frequency is determined, a low frequency range having a stepped difference is obtained. If the level difference between the high frequency side and the high frequency side is large, the error E with the desired frequency response characteristic D increases unless the order M of the IIR filter is increased. That is, in a frequency section where the amount of gain change is large, a frequency response characteristic that passes through a plurality of desired set values can be realized by using a steeper high-order shelf filter.

図6は、このデジタル信号処理方法において、棚型フィルタSnのカットオフ周波数fcnとIIR型フィルタの次数Mを決定するステップを説明するフローチャートである。N段の直列接続するIIR型フィルタの希望周波数応答特性D(通過点N+1点)の最初の通過点として、カウンターnを1に設定する(S1)。カウンターnは、その値nが直列接続する棚型フィルタの段数の順番の番号に対応し、カウンターnが値(N+1)と等しければ、つまりN段分のフィルタが設定し終われば、処理終了する(S2:Yes)。S2がNoであれば、IIR型フィルタのカットオフ周波数fcnを所定の周波数値sqrt(Fn+1*Fn)の周波数値に設定し、さらに次数M=2に初期設定する(S3)。なお、次数M=1として初期設定してもよい。   FIG. 6 is a flowchart for explaining the steps of determining the cutoff frequency fcn of the shelf filter Sn and the order M of the IIR filter in this digital signal processing method. The counter n is set to 1 as the first passing point of the desired frequency response characteristic D (passing point N + 1 point) of the N stages of IIR filters connected in series (S1). The counter n corresponds to the number in the order of the number of stages of the shelf-type filters connected in series, and if the counter n is equal to the value (N + 1), that is, if the filters for N stages have been set, the process ends. (S2: Yes). If S2 is No, the cutoff frequency fcn of the IIR filter is set to a predetermined frequency value sqrt (Fn + 1 * Fn), and is further initialized to the order M = 2 (S3). Note that the order may be initialized as the order M = 1.

次に、カットオフ周波数fcnおよび次数Mを用いて棚型特性Hnを実現する棚型IIR型フィルタSnのフィルタ係数を決定する(S4)。次に、カットオフ周波数fcnの低い側の周波数での設定値Fnでのゲインgnを計算する(S5)。ゲインgnは、gn=|H(z)|(z=exp(i2πFn/fs), fs=サンプリング周波数)として計算できる。S5で求めたゲインgnとH(z)が周波数Fnで要求されるゲインD(つまり、設定値のゲイン値Gn)との差が所定値En以下であれば(S6:Yes)、次のステップS7に処理を進める。そうでなければ(S6:No)、カットオフ周波数fcnを変更するように所定αを掛け合わせてカットオフ周波数fcn’を更新し(S10)、ステップS4に処理をもどす。ステップS7では、カットオフ周波数fcnの高い側の周波数での設定値Fn+1でのゲインgn+1を計算する(S7)。ゲインgn+1は、G1=|H(z)|(z=exp(i2π(Fn+1)/fs),
fs=サンプリング周波数)として計算できる。S7で求めたゲインgn+1とH(z)が周波数Fn+1で要求されるゲインD(つまり、設定値のゲイン値Gn+1)との差が所定値En+1以下であれば(S8:Yes)、次のステップS9に処理を進めてカウンターnをn+1に設定し、ステップS2に戻る。そうでなければ(S8:No)、IIR型フィルタのカットオフ周波数fcnを所定の周波数値sqrt(Fn+1*Fn)の周波数値に設定し、さらに次数Mを1つ増加させてM+1に設定し、ステップS4に処理をもどす。
Next, the filter coefficient of the shelf type IIR filter Sn that realizes the shelf type characteristic Hn is determined using the cutoff frequency fcn and the order M (S4). Next, the gain gn at the set value Fn at the lower frequency of the cutoff frequency fcn is calculated (S5). The gain gn can be calculated as gn = | H (z) | (z = exp (i2πFn / fs), fs = sampling frequency). If the difference between the gain gn obtained in S5 and the gain D required for the frequency Fn (that is, the gain value Gn of the set value) is equal to or less than the predetermined value En (S6: Yes), the next step The process proceeds to S7. Otherwise (S6: No), the cutoff frequency fcn ′ is updated by multiplying by a predetermined α so as to change the cutoff frequency fcn (S10), and the process is returned to step S4. In step S7, the gain gn + 1 at the set value Fn + 1 at the higher frequency of the cutoff frequency fcn is calculated (S7). The gain gn + 1 is G1 = | H (z) | (z = exp (i2π (Fn + 1) / fs),
fs = sampling frequency). If the difference between the gain gn + 1 obtained in S7 and the gain D required for the frequency Fn + 1 (that is, the gain value Gn + 1 of the set value) is equal to or smaller than the predetermined value En + 1 (S8: Yes), the next In step S9, the counter n is set to n + 1, and the process returns to step S2. Otherwise (S8: No), the cutoff frequency fcn of the IIR filter is set to a predetermined frequency value sqrt (Fn + 1 * Fn), and the order M is further increased by 1 and set to M + 1. The process returns to step S4.

すなわち、このデジタル信号処理方法では、フィルタ設定部4において、誤差Eを周波数値Fnにおける希望周波数応答特性Dのゲイン値Dnと実現周波数応答特性Hのゲイン値Hnとの差の絶対値Enとして算出するステップ(S6)と、誤差値Enが所定値よりも小さくなるように対応するIIR型フィルタSnのカットオフ周波数値fcを変更して設定するステップ(S10)と、隣接する周波数値Fn+1における希望周波数応答特性Dのゲイン値Dn+1と実現周波数応答特性Hのゲイン値Hn+1との差の絶対値En+1を算出するステップ(S8)と、誤差値En+1が所定値よりも小さくなるようにIIR型フィルタSnの次数Mを増加させるステップ(S11)と、IIR型フィルタSnの次数Mが変更される場合には、誤差値Enおよび誤差値En+1を再帰的に繰り返し算出し、誤差Eを所定値よりも小さくするようにフィルタ部を設定するステップ(S4)と、を含む。   That is, in this digital signal processing method, the filter setting unit 4 calculates the error E as the absolute value En of the difference between the gain value Dn of the desired frequency response characteristic D and the gain value Hn of the realized frequency response characteristic H at the frequency value Fn. Step (S6), a step (S10) of changing and setting the cut-off frequency value fc of the corresponding IIR filter Sn so that the error value En becomes smaller than a predetermined value, and a desired value at the adjacent frequency value Fn + 1. A step (S8) of calculating the absolute value En + 1 of the difference between the gain value Dn + 1 of the frequency response characteristic D and the gain value Hn + 1 of the realized frequency response characteristic H, and the IIR filter Sn so that the error value En + 1 is smaller than a predetermined value. When the order M of the IIR filter Sn is changed (S11) and the order M of the IIR filter Sn is changed, The difference values En and the error value En + 1 repeatedly calculated recursively includes a step (S4) for setting the filter unit so as to be smaller than a predetermined value an error E, a.

図7は、フィルタ部4における実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。つまり、上記のデジタル信号処理方法により生成されたイコライザーでは、実現される周波数特性のゲインの変化量が小さい周波数応答区間では、IIRフィルタの次数Mが6の場合のグラフ(図5(c))、または、次数Mが8の場合のグラフ(図5(d))より滑らかになり、画一的に直列接続するIIRフィルタの次数Mを決定する場合よりも、適切な次数Mがそれぞれの棚型フィルタにおいて選択されていることがわかる。   FIG. 7 is a graph illustrating the realized frequency response characteristic H in the filter unit 4. That is, in the equalizer generated by the digital signal processing method described above, the graph in the case where the order M of the IIR filter is 6 in the frequency response section where the amount of change in the gain of the realized frequency characteristic is small (FIG. 5C). Or, the order M becomes smoother than the graph in the case where the order M is 8 (FIG. 5D), and the appropriate order M is determined in each shelf than when determining the order M of the IIR filters connected in series uniformly. It can be seen that the type filter is selected.

図8は、フィルタ部4における他の実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。具体的には、先の実施例よりもはるかに多い20点を通過する希望周波数応答特性Dを実現するようにN=19段の直列接続するIIR型フィルタSnにより、フィルタ部4を構成する。先の実施例で説明したデジタル信号処理方法により、図8に図示するように、任意の20点を滑らかに通過するフィルタ特性を実現することができる。図9は、N=19段の直列接続するそれぞれのIIR型フィルタSnの次数Mのリストである。上記のデジタル信号処理方法により生成されたイコライザーでは、次数Mは2から14の間で様々な値に変化している。   FIG. 8 is a graph illustrating another realized frequency response characteristic H in the filter unit 4. Specifically, the filter unit 4 is configured by N = 19 stages of IIR type filters Sn connected in series so as to realize a desired frequency response characteristic D that passes 20 points far more than the previous embodiment. With the digital signal processing method described in the previous embodiment, as shown in FIG. 8, a filter characteristic that smoothly passes 20 arbitrary points can be realized. FIG. 9 is a list of orders M of each IIR filter Sn connected in series with N = 19 stages. In the equalizer generated by the digital signal processing method described above, the order M changes from 2 to 14 in various values.

一方で、図10は、比較例の他の(図示しない)デジタル信号処理装置10のフィルタ部4において、ピーク特性フィルタまたは帯域通過型フィルタを用いた場合の実現周波数応答特性Hを説明するグラフである。(比較例1〜4)。具体的には、図10(a)および(b)が棚型特性のフィルタに代えてピークフィルタを用いる場合であり、図10(c)および(d)が棚型特性のフィルタに代えて帯域通過型(バンドパス)フィルタを用いる場合である。   On the other hand, FIG. 10 is a graph illustrating an actual frequency response characteristic H when a peak characteristic filter or a band-pass filter is used in the filter unit 4 of another digital signal processing apparatus 10 (not shown) of the comparative example. is there. (Comparative Examples 1-4). Specifically, FIGS. 10A and 10B show a case where a peak filter is used instead of the shelf type filter, and FIGS. 10C and 10D show a band instead of the shelf type filter. This is a case where a pass-type (bandpass) filter is used.

直列接続する複数のピークフィルタを用いる場合には、図10(a)のようにそれぞれのピークフィルタの帯域幅を狭く(bandwidth=0.25)すると、それぞれの設定値を通過するものの設定値の間で谷が生じてしまい、図10(b)のようにそれぞれのピークフィルタの帯域幅を広く(bandwidth=1/sqrt(2))すると、設定値の間での谷は無くなるものの隣接する帯域への干渉により指定した特性からずれて、誤差が生じてしまうという問題がある。それぞれのピークフィルタの帯域幅を広げすぎると、隣接する3つのピークフィルタを調整しなければならなくなり、フィルタ特性の設定が困難になる。   In the case of using a plurality of peak filters connected in series, if the bandwidth of each peak filter is narrowed (bandwidth = 0.25) as shown in FIG. If a valley occurs, and the bandwidth of each peak filter is widened (bandwidth = 1 / sqrt (2)) as shown in FIG. 10B, the valley between the set values disappears but the adjacent band is There is a problem that an error occurs due to deviation from the specified characteristics due to interference. If the bandwidth of each peak filter is increased too much, it is necessary to adjust three adjacent peak filters, making it difficult to set the filter characteristics.

直列接続する複数のバンドパスフィルタを用いる場合には、図10(c)のようにそれぞれのバンドパスフィルタの共振の鋭さQを大きく(Q=4.0)すると、それぞれの設定値を通過するものの設定値の間で谷が生じてしまい、図10(d)のようにそれぞれのバンドパスフィルタの共振の鋭さQを小さく(Q=1.0)すると、設定値の間での谷は無くなるものの隣接する帯域への干渉により指定した特性からずれて、誤差が生じてしまうという問題がある。バンドパスフィルタでは、ピークフィルタの場合よりも隣接する帯域間の干渉が大きくなるので、どのようなQ値を用いても、フィルタ特性の設定が困難になる。   When a plurality of band-pass filters connected in series are used, when the resonance sharpness Q of each band-pass filter is increased (Q = 4.0) as shown in FIG. If valleys occur between the values and the resonance sharpness Q of each bandpass filter is reduced (Q = 1.0) as shown in FIG. 10D, the valleys between the set values disappear, but adjacent bands. There is a problem that an error occurs due to a deviation from the specified characteristics due to interference with the sensor. In the band-pass filter, interference between adjacent bands is larger than in the case of the peak filter, so that it is difficult to set the filter characteristics regardless of the Q value used.

これらの比較例に対して、本実施例のデジタル信号処理方法では、直列接続する複数の棚型特性のフィルタよりフィルタ部を構成しており、かつ、直列接続するIIRフィルタを最初から順番に調整すればよいので、調整が容易で時間も掛からないという利点がある。つまり、このデジタル信号処理方法では、棚型フィルタのカットオフ周波数fcnを決定するステップと、IIR型フィルタの次数Mを決定するステップと、を再帰的に繰り返し、隣接する2つのフィルタ間でのみ調整を完了させるので、隣接する3つの棚型フィルタを調整せずに済み、フィルタ特性の設定が容易になる。さらに、棚型フィルタのカットオフ周波数fcnを決定するステップを含むので、高次のIIRフィルタを用いる棚型特性のフィルタにおいてフィルタ特性が低域側と高域側とで非対称になる場合にも、周波数値およびゲイン値の組からなる複数組の設定値を設定して、これらの設定値を通過する任意の周波数応答特性を実現できる。   In contrast to these comparative examples, in the digital signal processing method of the present embodiment, the filter unit is configured by a plurality of shelves of series-connected filters, and the IIR filters connected in series are adjusted in order from the beginning. Therefore, there is an advantage that adjustment is easy and time is not required. That is, in this digital signal processing method, the step of determining the cut-off frequency fcn of the shelf filter and the step of determining the order M of the IIR filter are recursively repeated, and adjustment is performed only between two adjacent filters. Therefore, it is not necessary to adjust the three adjacent shelf filters, and the filter characteristics can be easily set. Furthermore, since the step of determining the cutoff frequency fcn of the shelf type filter is included, even when the filter characteristic is asymmetric between the low frequency side and the high frequency side in the shelf type filter using the high-order IIR filter, By setting a plurality of sets of set values composed of sets of frequency values and gain values, it is possible to realize an arbitrary frequency response characteristic that passes through these set values.

なお、本実施例では、IIR型フィルタの次数Mの初期値を2としたが、次数Mは、2以上の整数であればよく、初期値もM=4と他の値にしてもよい。また、上記の実施例では、最も低い帯域周波数に対応するn=1(1番目)の棚型特性のフィルタS1を決めて、順次カウンターnを大きくして次に低い帯域周波数に対応する棚型特性のフィルタS2を決めているが、このようにカウンターnを1つずつ増加する場合に限られない。最も高い帯域周波数に対応する棚型特性のフィルタから、順次に低い帯域周波数に対応する棚型特性のフィルタを決めていってもよい。また、中央の帯域付近のn番目の棚型特性のフィルタSnを決めて、低域側または高域側へそれぞれ隣接する帯域に順番に棚型特性のフィルタを決めていってもよい。   In the present embodiment, the initial value of the order M of the IIR filter is set to 2. However, the order M may be an integer equal to or greater than 2, and the initial value may be set to other values such as M = 4. Further, in the above-described embodiment, n = 1 (first) shelf-type characteristic filter S1 corresponding to the lowest band frequency is determined, the counter n is sequentially increased, and the shelf type corresponding to the next lowest band frequency. Although the characteristic filter S2 is determined, the present invention is not limited to the case where the counter n is increased by one. A shelf-type filter corresponding to a lower band frequency may be sequentially determined from a shelf-type filter corresponding to the highest band frequency. Alternatively, the n-th shelf-type characteristic filter Sn near the center band may be determined, and the shelf-type characteristic filters may be sequentially determined in bands adjacent to the low-frequency side or the high-frequency side.

なお、本発明は上記実施例に限定されない。デジタル信号処理装置およびデジタル信号処理方法は、パーソナルコンピューター等の電子計算機だけでなく、任意の複数組の設定値を通過する任意の周波数応答特性を実現する映像音響機器にも適用が可能である。   In addition, this invention is not limited to the said Example. The digital signal processing apparatus and the digital signal processing method can be applied not only to an electronic computer such as a personal computer but also to an audiovisual apparatus that realizes an arbitrary frequency response characteristic that passes an arbitrary plurality of set values.

1 デジタル信号処理装置
2 入力部
3 出力部
4 フィルタ部
5 希望特性設定部
6 フィルタ設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital signal processor 2 Input part 3 Output part 4 Filter part 5 Desired characteristic setting part 6 Filter setting part

Claims (4)

音声信号に所定の周波数応答特性を与えるデジタル信号処理装置であって、
該音声信号を入力する入力部と、該音声信号を出力する出力部と、
該入力部と該出力部との間に接続されて、カットオフ周波数fcおよびゲインgnを示す棚型特性Hnを有するM次(M:1以上の整数)のIIR型フィルタSnを複数N段(N:2以上の整数)直列接続して構成されるフィルタ部と、
周波数値Fnおよびゲイン値Gnの組からなる複数(N+1)組の設定値(Fn、Gn)を設定して該フィルタ部の希望周波数応答特性Dを設定する希望特性設定部と、
該希望特性設定部の該設定値(Fn、Gn)に対応して該カットオフ周波数fcおよび該ゲインgnを定め、該フィルタ部のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定するフィルタ設定部と、
を有し、
該フィルタ設定部が、該フィルタ部の実現周波数応答特性Hを算出し、該希望周波数応答特性Dと該実現周波数応答特性Hとの誤差Eを算出する誤差算出部を含み、該誤差算出部からの出力を受けて該フィルタ部の複数の該IIR型フィルタSnのそれぞれの該カットオフ周波数fcを増減させ、かつ、該IIR型フィルタSnのそれぞれの次数を該M次から増減させて該誤差Eを小さくするように該フィルタ部を設定する、
デジタル信号処理装置。
A digital signal processing device for giving a predetermined frequency response characteristic to an audio signal,
An input unit for inputting the audio signal; an output unit for outputting the audio signal;
A plurality of M-order (M: integer of 1 or more) IIR filters Sn connected between the input section and the output section and having a shelf-type characteristic Hn indicating a cut-off frequency fc and a gain gn are arranged in a plurality of N stages ( N: an integer of 2 or more) a filter unit configured in series connection;
A desired characteristic setting unit that sets a desired frequency response characteristic D of the filter unit by setting a plurality of (N + 1) sets of set values (Fn, Gn) each consisting of a set of a frequency value Fn and a gain value Gn;
A filter setting unit that determines the cut-off frequency fc and the gain gn corresponding to the set values (Fn, Gn) of the desired characteristic setting unit, and sets each IIR filter Sn of the filter unit;
Have
The filter setting unit includes an error calculation unit that calculates an actual frequency response characteristic H of the filter unit and calculates an error E between the desired frequency response characteristic D and the actual frequency response characteristic H. From the error calculation unit The cutoff frequency fc of each of the plurality of IIR type filters Sn of the filter unit is increased or decreased, and the order of each of the IIR type filters Sn is increased or decreased from the Mth order to generate the error E Set the filter part to reduce
Digital signal processing device.
前記フィルタ設定部が、前記誤差Eを前記周波数値Fnにおける前記希望周波数応答特性Dのゲイン値Dnと前記実現周波数応答特性Hのゲイン値Hnとの差の絶対値Enとして算出し、該誤差値Enが所定値よりも小さくなるように対応する前記IIR型フィルタSnの該カットオフ周波数値fcを変更して設定し、かつ、隣接する周波数値Fn+1における該希望周波数応答特性Dのゲイン値Dn+1と該実現周波数応答特性Hのゲイン値Hn+1との差の絶対値En+1を算出し、該誤差値En+1が所定値よりも小さくなるように該IIR型フィルタSnの前記次数Mを増加させ、該IIR型フィルタSnの該次数Mが変更される場合には、該誤差値Enおよび該誤差値En+1を再帰的に繰り返し算出し、該誤差Eを所定値よりも小さくするように該フィルタ部を設定する、
請求項1に記載のデジタル信号処理装置。
The filter setting unit calculates the error E as an absolute value En of a difference between the gain value Dn of the desired frequency response characteristic D and the gain value Hn of the realized frequency response characteristic H at the frequency value Fn, and the error value The cutoff frequency value fc of the corresponding IIR filter Sn is changed and set so that En becomes smaller than a predetermined value, and the gain value Dn + 1 of the desired frequency response characteristic D at the adjacent frequency value Fn + 1 An absolute value En + 1 of a difference from the gain value Hn + 1 of the realized frequency response characteristic H is calculated, the order M of the IIR filter Sn is increased so that the error value En + 1 is smaller than a predetermined value, and the IIR type When the order M of the filter Sn is changed, the error value En and the error value En + 1 are recursively calculated, and the error E is more than a predetermined value. Setting the filter unit so as to fence,
The digital signal processing apparatus according to claim 1.
音声信号に所定の周波数応答特性を与えるデジタル信号処理方法であって、
カットオフ周波数fcおよびゲインgnを示す棚型特性Hnを有するM次(M:1以上の整数)のIIR型フィルタSnを複数N段(N:2以上の整数)直列接続してフィルタ部を構成するステップと、
該フィルタ部に該音声信号を入力するステップと、該フィルタ部から該音声信号を出力するステップと、
該フィルタ部の希望特性設定部において、周波数値Fnおよびゲイン値Gnの組からなる複数(N+1)組の設定値(Fn、Gn)を設定して該フィルタ部の希望周波数応答特性Dを設定するステップと、
該フィルタ部のフィルタ設定部において、該希望特性設定部の該設定値(Fn、Gn)に対応して該カットオフ周波数fcおよび該ゲインgnを定め、該フィルタ部のそれぞれのIIR型フィルタSnを設定するステップと、
を含み、
該フィルタ設定部において、該フィルタ部の実現周波数応答特性Hを算出し、該希望周波数応答特性Dと該実現周波数応答特性Hとの誤差Eを算出するステップと、該誤差Eを受けて該フィルタ部の複数の該IIR型フィルタSnのそれぞれの該カットオフ周波数fcを増減させるステップと、該IIR型フィルタSnのそれぞれの次数を該M次から増減させて該誤差Eを小さくするように該フィルタ部を設定するステップと、を含む、
デジタル信号処理方法。
A digital signal processing method for giving a predetermined frequency response characteristic to an audio signal,
A filter unit is configured by connecting a plurality of N stages (N: an integer of 2 or more) in series of M-th order (M: integer of 1 or more) IIR filters Sn having a shelf-type characteristic Hn indicating a cutoff frequency fc and a gain gn. And steps to
Inputting the audio signal to the filter unit; outputting the audio signal from the filter unit;
The desired characteristic setting unit of the filter unit sets a desired value response characteristic D of the filter unit by setting a plurality of (N + 1) sets of set values (Fn, Gn) including a set of the frequency value Fn and the gain value Gn. Steps,
The filter setting unit of the filter unit determines the cutoff frequency fc and the gain gn corresponding to the set values (Fn, Gn) of the desired characteristic setting unit, and sets each IIR filter Sn of the filter unit. Steps to set,
Including
The filter setting unit calculates an actual frequency response characteristic H of the filter unit, calculates an error E between the desired frequency response characteristic D and the actual frequency response characteristic H, and receives the error E to receive the filter Increasing or decreasing the cutoff frequency fc of each of the plurality of IIR type filters Sn, and increasing or decreasing the respective orders of the IIR type filters Sn from the Mth order to reduce the error E Setting a part, and
Digital signal processing method.
前記フィルタ設定部において、前記誤差Eを前記周波数値Fnにおける前記希望周波数応答特性Dのゲイン値Dnと前記実現周波数応答特性Hのゲイン値Hnとの差の絶対値Enとして算出するステップと、該誤差値Enが所定値よりも小さくなるように対応する前記IIR型フィルタSnの該カットオフ周波数値fcを変更して設定するステップと、隣接する周波数値Fn+1における該希望周波数応答特性Dのゲイン値Dn+1と該実現周波数応答特性Hのゲイン値Hn+1との差の絶対値En+1を算出するステップと、該誤差値En+1が所定値よりも小さくなるように該IIR型フィルタSnの前記次数Mを増加させるステップと、該IIR型フィルタSnの該次数Mが変更される場合には、該誤差値Enおよび該誤差値En+1を再帰的に繰り返し算出し、該誤差Eを所定値よりも小さくするように該フィルタ部を設定するステップと、を含む、
請求項3に記載のデジタル信号処理方法。
In the filter setting unit, calculating the error E as an absolute value En of a difference between a gain value Dn of the desired frequency response characteristic D and a gain value Hn of the realized frequency response characteristic H at the frequency value Fn; Changing and setting the cut-off frequency value fc of the corresponding IIR filter Sn so that the error value En becomes smaller than a predetermined value, and the gain value of the desired frequency response characteristic D at the adjacent frequency value Fn + 1 Calculating the absolute value En + 1 of the difference between Dn + 1 and the gain value Hn + 1 of the realized frequency response characteristic H, and increasing the order M of the IIR filter Sn so that the error value En + 1 is smaller than a predetermined value. And when the order M of the IIR filter Sn is changed, the error value En and the error value En + 1 Repeatedly calculated recursively, comprises the steps of setting the filter unit so as to be smaller than a predetermined value said error E, and
The digital signal processing method according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012235303A (en) * 2011-04-28 2012-11-29 Jvc Kenwood Corp Equalizer, equalizer adjustment method and program

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