JP3953575B2 - テーブルルックアップ方式ステレオ再生装置及びその信号処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はオーディオステレオシステムにおいてルックアップテーブルを用いてステレオ機能を拡張させるテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置及びその信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は従来のサウンド回復システム(SRS:Sound Retrieval System)を用いたステレオ再生装置の構成を示すブロック図であり、図8は従来のサウンド回復システムのステレオイメージ増加手段の細部な構成を示すブロック図である。図9は以降で詳細に説明するように人の耳の聴感における周波数特性を示している。図10は従来のサウンド回復システムにおける音の遠近を含む放射を補正するための手段(以下、放射補正手段と記載する)の詳細な構成を示すブロック図である。
【0003】
図7において、このサウンド回復システムを用いたステレオ再生装置は、オーディオ入力信号である左入力信号Linと右入力信号Rinの二つの信号の差信号成分を増幅した第1左出力信号Lout1と第1右出力信号Rout1を出力するステレオイメージ増加手段10を有している。さらに、ステレオイメージ増加手段10からの二つの第1左出力信号Lout1と第1右出力信号Rout1をスピーカの配置位置に無関係に実際の音が位置する方向に補正した第2左出力信号Lout2及び第2右出力信号Rout2を送出する放射補正手段30を有している。
【0004】
図8において、サウンドイメージ増加手段10は、左入力信号Linの高域周波数を抽出して出力する第1高域通過フィルタ(HPF)11と、右入力信号Rinの高域周波数を抽出して出力する第2高域通過フィルタ(HPF)12とを有している。さらに、第1HPF11の出力信号と第2HPF12の出力信号とを加算した和信号(L+R)を出力する第1加算器13と、第1HPF11の出力信号と第2HPF12の出力信号とを減算した差信号(L−R)を出力する第1減算器14とを有している。
【0005】
また、第1減算器14からの差信号(L−R)を七つの周波数帯域に区分して出力するスペクトラムアナライザ15と、第1加算器13からの和信号(L+R)とスペクトラムアナライザ15の出力信号を等化制御信号X1で等化演算した和信号((L+R)p)を出力するダイナミック和信号等化器17とを有している。
【0006】
さらに、第1減算器14からの差信号(L−R)、スペクトラムアナライザ15からの出力信号と等化制御信号X1とを演算し、この差信号((L−R)p)を出力するダイナミック差信号等化器18と、このダイナミック差信号等化器18で演算した差信号((L−R)p)を周波数1kHzから4kHzまでの周波数帯域で減衰させて出力する固定等化器19とを有している。
【0007】
第1加算器13からの和信号(L+R)、第1減算器14からの差信号(L−R)及び制御帰還信号X3に基づいて、和信号(L+R)及び演算した差信号((L−R)p)を一定の比率に調整し、この残響音の誤増幅を防止するための等化制御信号X1及び乗算制御信号X2を出力する制御回路16を有している。
【0008】
また、ダイナミック和信号等化器17からの出力信号と第1補正係数K1とを乗算して出力する第1乗算器21と、固定等化器19の出力信号と乗算制御信号X2とを乗算した制御帰還信号X3を出力する第2乗算器22とを有している。さらに、第2乗算器22の出力信号と第2補正係数K2とを乗算して出力する第3乗算器23と、この第3乗算器23の出力信号と補正係数−1とを乗算して出力する第4乗算器24とを有している。
【0009】
第1HPF11からの出力信号、第1乗算器21からの出力信号及び第3乗算器23からの出力信号を加算した第1左出力信号Lout1を出力する第2加算器25と、第2HPF12からの出力信号、第4乗算器24からの出力信号及び第1乗算器21からの出力信号を加算した第1右出力信号Rout1を出力する第3加算器26とを有している。
【0010】
図10において、この放射補正手段30は、左入力信号Lin又は第1左出力信号Lout1と、右入力信号Rin又は第1右出力信号Rout1とを加算した輪信号(L+R)を出力する第1加算器31と、左入力信号Linと右入力信号Rinを減算した差信号(L−R)を出力する第1減算器32とを有している。さらに、和信号(L+R)を等化演算した和信号((L+R)s)を出力する固定和信号等化器33と、差信号(L−R)を等化演算した差信号((L−R)s)を出力する固定差信号等化器34とを有している。
【0011】
また、和信号(L+R)及び演算した和信号((L+R)s)を選択信号Sによって、その一方を選択して出力する第1選択手段35と、差信号(L−R)及び演算された差信号((L−R)s)の一方を選択信号Sで選択して出力する第2選択手段36とを有している。また、第2選択手段36の出力信号と補正係数−1とを乗算して出力する第1乗算器37と、第1選択手段35の出力信号と第2選択手段36からの出力信号とを加算した第2左出力信号Lout2を出力する第2加算器38とを有している。また、第1選択手段35の出力信号と第1乗算器37からの出力信号とを加算した第2右出力信号Rout2を出力する第3加算器39を有している。
【0012】
次に、この従来例のサウンド回復システムを用いたステレオ再生装置の動作について説明する。
このサウンド回復システムにおいて、ステレオ信号は左チャンネル入力信号と右チャンネル入力信号とで構成され、この二つの信号を加えて和信号を生成し、また、二つの信号を引いて差信号を生成している。
【0013】
このような従来のサウンド回復システムは元来の音を忠実に再生すること目的とするものである。二つのスピーカのみで3次元のサウンドイメージを創出し、また、入力信号がモノラル、ステレオ又はエンコーディングしたサーラウンドサウンド(Surround sound)に無関係に聴取面積を拡張して、この3次元のサウンドを聴取している。
【0014】
サウンド回復システムの基本動作では、和信号(L+R)から直接主要な音(対話、ボーカリスト、ソリストなどの音情報)を処理し、かつ、差信号(L−R)から反射音、残響音などの周辺音情報を処理することによって、空間的な情報と聴覚システムを得るようにしている。すなわち、サウンド回復システムは人間の聴覚システムに基づいて音を処理する技術であり、従来のステレオやサウンド拡張技術とは明確に異なり、時間遅延、位相変位、エンコーディング及びデコーディングなどの処理を必要としないものである。
【0015】
従来のサウンド回復システムの他の特徴中の一つは、スピーカの設置位置にこだわらないものであり、実況公演でのように聴取者の位置に無関係に3次元の立体音を聴取することが出来る。すなわち、音の一次的な伝達媒体であるマイクロホンが人の耳と同一の周波数応答特性を有していないため、ステレオマイクロホンなどを用いて録音した場合、サイドサウンドなどの周波数を適切に再生しない。これによって、元来の実況公演における聴取環境及びダイナミック感が相殺され、かつ、喪失してしまうことになる。これらに対してサウンド回復システムは人の聴覚システムの特性を考慮し、聴取者が実際の演奏と近接した状態で音を聴取できるように適当な周波数、かつ、直接音と間接音の比率を回復できるものである。
【0016】
図7に示すように、サウンド回復システムは大きく二つの独立した機能に区分できる。すなわち、ステレオイメージ増加手段10と放射補正手段30である。この二つのステレオイメージ増加手段10、放射補正手段30はサウンド回復システムでは独立的に用いることが出来る。また、ステレオイメージ増加手段10、放射補正手段30の二つを図7のように並行して用いることも出来る。
【0017】
図7は二つのステレオイメージ増加手段10、放射補正手段30が並行して用いられるサウンド回復システムである。以下、この動作について説明する。ステレオイメージ増加手段10はオーディオ入力信号である左入力信号Linと右入力信号Rinの二つの信号の差信号成分を選択的に増幅した後、第1左出力信号Lout1と第1右出力信号Rout1とを出力する。放射補正手段30はステレオイメージ手段10からの二つの第1左出力信号Lout1と第1右出力信号Rout1とをスピーカの位置に無関係に実際の音が位置する方向に補正した後、その第2左出力信号Lout2及び第2右出力信号Rout2を出力する。
【0018】
次に、図8に示すステレオイメージ増加手段10の動作について説明する。
第1HPF11にはオーディオ入力信号における左入力信号Linが入力され、第2HPF12には右入力信号Rinが入力され、それぞれ高域周波数成分を抽出して出力する。この場合、左入力信号Lin及び右入力信号Rinは、物理的な衝撃などで発生する強いエネルギーの低い周波数によるスピーカなどの損傷を防止するために周波数30Hzの遮断周波数の第1HPF11、第2HPF12を通過させている。
【0019】
第1加算器13は第1HPF11からの出力信号及び第2HPF12からの出力信号を加算して和信号(L+R)を出力する。第1減算器14は第1HPF11からの出力信号と第2HPF12からの出力信号とを減算した差信号(L−R)を出力する。すなわち、第1HPF11、第2HPF12を通過した二つの信号を加算し、又は、減算し、その和信号(L+R)、差信号(L−R)を生成している。差信号(L−R)は、七つの周波数帯域に区分する図示しない帯域通過フィルタ(BPF)で構成されるスペクトラムアナライザ15に入力される。
【0020】
スペクトラムアナライザ15は差信号(L−R)を七つの周波数帯域に区分して出力し、ダイナミック和信号等化器17は和信号(L+R)及びスペクトラムアナライザ15からの出力信号を等化制御信号X1で等化演算した和信号((L+R)p)を出力する。ダイナミック差信号等化器18は差信号(L−R)、スペクトラムアナライザ15からの出力信号及び等化制御信号X1とで演算した差信号((L−R)p)を出力する。
【0021】
スペクトラムアナライザ15における図示しない帯域通過フィルタの出力信号は、内蔵された整流回路及びバッファを通じてダイナミック和信号等化器17及びダイナミック差信号等化器18への制御信号として入力される。このダイナミック和信号等化器17、ダイナミック差信号等化器18も図示しない七つの帯域通過フィルタで構成されており、スペクトラムアナライザ15から出力信号の、それぞれの通過周波数帯域を決定する。
【0022】
このときの帯域通過フィルタの動作は振幅が低い周波数成分を振幅が大きい周波数成分に比較して相対的に強調する。すなわち、スペクトラムアナライザ15の帯域通過フィルタの出力信号の振幅に従ってダイナミック差信号等化器18での周波数帯域信号を減衰させることになる。
【0023】
また、和信号(L+R)の場合には、入力される差信号(L−R)の振幅が大きい成分の信号が差増幅される。これによって、差信号(L−R)の振幅が小さい成分の振幅が、より大きくなり以後の動作を通じてステレオ聴感のイメージ効果をより拡大している。
【0024】
スペクトラムアナライザ15、ダイナミック和信号等化器17及びダイナミック差信号等化器18の図示しない帯域通過フィルタは1オクターブ当り七つの間隔で構成されているが、それぞれの中心周波数(f0)は、例えば、125Hz,250Hz,500Hz,1kHz,2kHz,4kHz,8kHzである。
【0025】
固定等化器19はダイナミック差信号等化器18によって演算した差信号((L−R)p)を周波数1kHzから4kHzまでの周波数帯域で減衰させて出力する。すなわち、人の耳が聴感として敏感に感じる周波数1kHzから4kHz程度の周波数帯域成分を減衰させ、信号が不適当に強調されることを防止している。
【0026】
制御回路16は第1加算器13からの出力信号である和信号(L+R)、第1減算器14からの出力信号である差信号(L−R)及び制御帰還信号X3から和信号(L+R)及び演算した差信号((L−R)p)を一定の比率に調整し、人為的な残響音の誤増幅を防止するための等化制御信号X1及び乗算制御信号X2を出力している。
【0027】
すなわち、制御回路16はステレオイメージ増加手段10の増幅を自動的に調整し、人為的な残響音を相殺するため和信号(L+R)及び演算した差信号を一定の比率に調整して、再生音源に特別に録音した人為的な残響音がサウンド回復システムの動作によって誤増幅されることを防止する制御を行う。
【0028】
換言すれば、主に中心成分の周波数帯域において音に効果を与えるために添加した残響音の差信号(L−R)の振幅が小さいと判断して、この部分の振幅を大きく増幅すると、かえって拒否感が生じる音になるため、これを防止するものである。すなわち、和信号(L+R)の振幅が極めて大きいにもかかわらず演算した差信号の振幅が一定の比率以上に大きい場合、これを人為的な残響音と見なして演算した差信号を連続的に制御する。この動作は前記のように中心成分のソリストやボーカリストの周波数が多くの部分を占める周波数帯域(中心周波数が500Hz,1kHz,2kHz)について制限する。
【0029】
第1乗算器21はダイナミック和信号等化器17からの出力信号と第1補正係数K1とを乗算して出力する。第2乗算器22は固定等化器19からの出力信号と乗算制御信号X2とを乗算して制御帰還信号X3を出力する。第3乗算器23は第2乗算器22からの出力信号と第2補正係数K2とを乗算して出力する。
【0030】
このように処理されたオーディオ信号は第1補正係数K1と第2補正係数K2によってステレオイメージの増加作用を適切に加えて最終出力される。これまでのステレオイメージ増加手段10においてオーディオ信号を処理する過程が次式(1)(2)で表される。
【0031】
Lout1=Lin+K1(L+R)p+K2(L−R)p…(1)
Rout1=Rin+K1(L+R)p−K2(L−R)p…(2)
【0032】
この(数1)、(数2)から判明するように、ステレオイメージ増加手段10の主要な動作では、相対的に小さい差信号(L−R)成分を選択的に増幅して出力する。
【0033】
第4乗算器24では第3乗算器23からの出力信号と補正係数−1とを乗算して出力し、第2加算器25は第1HPF11からの出力信号、第1乗算器21からの出力信号及び第3乗算器23からの出力信号を加算した第1左出力信号Lout1を出力する。第3加算器26は第2HPF12からの出力信号、第4乗算器24からの出力信号及び第1乗算器21からの出力信号を加算した第1右出力信号Rout1を出力する。
【0034】
次に、スピーカ位置に無関係に実際の音が位置する方向に音を補正する放射補正手段30について説明する。
この放射補正とは、スピーカが聴取者の正面に位置しているか又は側面に位置するか(例えば、自動車のフロント又はドアに取付けられたスピーカ)、ヘッドホンなどについて音のサイド成分及び中心成分の放射状態を修正するものである。
【0035】
放射補正の理解を容易にするため、人の耳の平均的な周波数特性について説明する。図9は音源の位置による周波数特性を示すものであり、図9(A)は音源の位置が人の顔に対面する正面にある場合の人の耳で認識される周波数特性曲線であり、図9(B)は人の顔に対面する正面に対して90°の側面に音源が位置する際の周波数特性を示すものである。すなわち、同一の大きさの音であっても音の位置及び周波数によって人が認識する度合いが異なる。
【0036】
図9(C)は実際の音源の位置が人の顔に対面する正面であるが、側面に位置するスピーカからの音に対する周波数特性である。例えば、ヘッドホンを用いた場合であり、この際、中央や正面成分の音の方向を補正する等化器が必要になることを示している。図9(D)は図9(C)の場合と反対であり、正面に位置するスピーカから側面の音を補正する等化器が必要になることを示している。
【0037】
図10において、放射補正手段30の動作では、まず、第1加算器31は左入力信号Lin又は第1左出力信号Lout1と、右入力信号Rin又は第1右出力信号Rout1とを加算して和信号(L+R)を出力する。第1減算器32は左入力信号Linと右入力信号Rinとの減算による差信号(L−R)を出力する。すなわち、入力される左入力信号Linと右入力信号Rinとから和信号(L+R)及び差信号(L−R)を生成し、これらはそれぞれ固定和信号等化器33及び固定差信号等化器34に入力される。
【0038】
固定和信号等化器33は和信号(L+R)を等化演算した和信号((L+R)s)を出力し、固定差信号等化器34は差信号(L−R)を等化演算した差信号((L−R)s)を出力する。このとき固定和信号等化器33の周波数特性は図9(C)に示すように側面に位置するスピーカから中心周波数成分の音が補正されることが必要であり、固定差信号等化器34は図9(D)に示すように正面に位置するスピーカからサイド成分の音を補正できることが必要になる。
【0039】
第1選択手段35はマルチプレクサで構成され、和信号(L+R)と演算された和信号((L+R)s)を選択信号Sによって二つの中から選択して出力し、第2選択手段36は差信号(L−R)及び演算した差信号((L−R)s)を選択信号Sによって二つの中から選択して出力する。すなわち、固定和信号等化器33、固定差信号等化器34からの出力信号が和信号(L+R)、差信号(L−R)とともに第1選択手段35に入力され、ここで選択信号Sで選択して出力される。
【0040】
第1乗算器37は第2選択手段36からの出力信号と補正係数−1とを乗算して出力し、第2加算器38は第1選択手段35からの出力信号と第2選択手段36からの出力信号とを加算した第2左出力信号Lout2を出力する。第3加算器39は第1選択手段35からの出力信号と第1乗算器37からの出力信号とを加算した第2右出力信号Rout2を出力する。
【0041】
すなわち、第2加算器38、第3加算器39の混合回路を通じて最終の出力信号である第2左出力信号Lout2及び第2右出力信号Rout2を出力する。これは次式(3)(4)で表される。
Lout=(L+R)s+(L−R)s …(3)
Rout=(L+R)s−(L−R)s …(4)
【0042】
(数3)、(数4)において(L+R)s、(L−R)sは選択信号Sによって固定和信号等化器33及び固定差信号等化器34で演算された和信号及び差信号を示している。また、選択信号Sによって第1選択手段35及び第2選択手段36の第1端子(1)を選択すると、正面に位置するスピーカの音が側面からの音のように補正した状態になる。すなわち、中心成分である和信号(L+R)sはスピーカが正面にあるため、その補正処理を行わないで差信号(L−R)sの成分についてのみ図9(D)に示す特性に補正する。
【0043】
これとは反対に選択信号Sが第1選択手段35及び第2選択手段36の第2端子(2)を選択すると、側面に位置するスピーカの音が正面からの音のように補正される。
【0044】
このとき、固定和信号等化器33及び固定差信号等化器34の周波数特性は、ハードウェアで構成する場合、図9(C)や図9(D)に示すように正確な特性にする必要はない。また、主要な周波数特性となる500Hz,1kHz,8kHzについてのみを等化しても十分である。固定和信号等化器33及び固定差信号等化器34の周波数特性は次の表1のように表される。
【0045】
【表1】
【0046】
このようにサウンド回復システムは録音している音源に無関係に元来のステレオイメージを回復して聴取面積を拡大し、元の音の方向感を回復する効果を有している。また、音源に制限があるドルビプロロジック(Dolby Prologic)や付加的な遅延などが必要な他の効果プロセッサよりも優れた長所があり、他の音調制御システムとは異なる効果を有している。
【0047】
しかしながら、従来のサウンド回復システムは差信号のスペクトラムを分析してそれぞれの周波数帯域別に信号を処理するが、それぞれの周波数帯域においてのみ、その振幅の大きさが比較されて出力されるため、正確で効果的な3次元サウンドの再生が難しい。これは、ある特定の周波数帯域の信号は該当周波数帯域の信号の振幅の大きさばかりでなく隣接した他の周波数帯域の信号にも影響を受けるようになるが、サウンド回復システムの場合には互いに異なる周波数帯域間の干渉現象に対して対処できないという問題点があるためである。
【0048】
また、同一の周波数帯域の信号において差信号の振幅の大きさにのみ制御を行うことによって、左信号又は右信号の絶対的な大きさを考慮せず、すなわち、3次元効果においては差信号の関数のみに効果処理が決定されてしまうが、実際には左信号と右信号の一般的な関数に対応することが好ましい。例えば、ある特定の周波数帯域の信号の振幅が左信号は50mV、右信号は40mVであり、又は左信号は500mV、右信号は490mVであっても、このときの差信号はいずれも10mVになる。二つの場合を考慮すると差信号の値は同一であるが、もとの信号の絶対値とは相当な差異があり、これによって等化器の周波数特性も異なるように設定する必要がある。
【0049】
このように、二つの信号の差異は二つの信号の比で決定しなければならない。また、従来の方式はプログラム処理が不可能な構成であって、ステレオ機能を拡張させた効果を得ようとする場所や製品又は顧客によっての変更が不可能であるという問題点がある。
【0050】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の技術における課題を解決するものであり、入力信号の状態や変化を正確に把握して、ステレオイメージ増加と放射補正をより正確に具現化し、利便性及び多様性が向上するプログラム処理が可能になるテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置及びその信号処理方法の提供を目的としている。
【0051】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置は、左入力信号を複数の周波数帯域に区分した複数の左出力信号を送出する第1スペクトラムアナライザと、右入力信号を複数の周波数帯域に区分した複数の右出力信号を送出する第2スペクトラムアナライザとを備えている。また、複数の左出力信号及び複数の右出力信号に対して設定パラメータによる信号処理を行った複数の左出力信号と複数の右出力信号をそれぞれ出力するための複数のルックアップテーブルを有するテーブルルックアップ処理手段と、複数のルックアップテーブルによる出力信号中の複数の左出力信号を加算した最終左出力信号を送出する第1加算器と、複数のルックアップテーブルによる出力信号中の複数の右出力信号を加算した最終右出力信号を送出する第2加算器とを備えることを特徴とするものである。
【0052】
本発明における複数のルックアップテーブルは、複数のセルごとに複数のパラメータを有し、スペクトラムアナライザのそれぞれの出力信号を対数変換した二つの左入力信号と右入力信号で行アドレスラインと列アドレスラインを駆動して該当セルに格納しているパラメータを出力するメモリ手段を有し、また、メモリ手段の出力パラメータをそれぞれ補間したパラメータを出力する第1、第2、第3及び第4補間器を有する補間手段と、第1補間器の出力信号と左入力信号とを乗算して出力する第1乗算器と、第2補間器の出力信号と左入力信号とを乗算して出力する第2乗算器と備えるとともに、第3補間器の出力信号と右入力信号とを乗算して出力する第3乗算器と、第4補間器の出力信号と右入力信号とを乗算して出力する第4乗算器と、第1乗算器と第3乗算器の出力信号とを加算した左出力信号を送出する第5加算器と、第2乗算器と第4乗算器の出力信号とを加算した右出力信号を送出する第6加算器とを備えることを特徴とするものである。
【0053】
本発明のテーブルルックアップ方式ステレオ再生信号処理方法は、オーディオ入力信号である左入力信号と右入力信号を読み取る入力読取段階と、二つの入力信号を複数の周波数帯域に区分した複数の右出力信号及び複数の左出力信号を送出する周波数区分段階と、複数の左出力信号と複数の右出力信号を複数のルックアップテーブルに設定されたパラメータを用いて補間処理した複数の左出力信号及び複数の右出力信号を出力するテーブルルックアップ段階とを有し、かつ、テーブルルックアップ段階での出力信号中の左出力信号のみを全て加算した左出力信号を送出し、かつ、右出力信号のみを全て加算した右出力信号を送出する加算出力段階とからなることを特徴とするものである。
【0054】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置及びその信号処理方法の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置の構成を示すブロック図であり、図2は一般的な人の耳の聴感特性を示すものである。図3はルックアップテーブルの構成を示す図であり、図4は隣接ルックアップテーブルを示し、図5は最終出力信号を調整するテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置の他の構成を示すブロック図である。また、図6はテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置における動作の処理手順を示すフローチャートである。
【0055】
図1において、このテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置は、オーディオ入力信号である左入力信号をn周波数帯域に区分した複数の左出力信号(L1,L2…Ln)を出力する第1スペクトラムアナライザ100と、オーディオ入力信号である右入力信号をn周波数帯域に区分して複数の右出力信号(R1,R2…Rn)を出力する第2スペクトラムアナライザ200とを有している。
【0056】
複数の左出力信号(L1,L2…Ln)と複数の右出力信号(R1,R2…Rn)を、それぞれに設定されたパラメータを用いて信号処理し、複数の左出力信号(Lp(1,1)…Lp(i,j)…Lp(n,n))、及び、複数の右出力信号(Rp(1,1)…Rp(i,j)…Rp(n,n))を出力する複数のルックアップテーブル310,320,330を備えたテーブルルックアップ処理部300を有している。
【0057】
さらに、複数のルックアップテーブル310,320,330の出力信号中の左出力信号(Lp(1,1)…Lp(i,j)…Lp(n,n))のみを全て加算した最終の左出力信号Loutを送出する第1加算器400と、複数のルックアップテーブル310,320,330の出力信号中の右出力信号(Rp(1,1)…Rp(i,j)…Rp(n,n))のみを全て加算した最終の右出力信号Routを送出する第2加算器500とを有している。
【0058】
また、ルックアップテーブル310,320,330は、複数のセルからなり、この各セルごとに複数のパラメータを有し、第1及び第2スペクトラムアナライザ100,200のそれぞれの出力信号を対数変換した左入力信号Liと右入力信号Rjとによって行アドレスライン及び列アドレスラインを駆動して該当セルに格納している六つの出力パラメータα1a,α2a,β1a,β2a,δLa,δRaを出力するメモリ手段600を有している。
【0059】
さらに、ルックアップテーブル310,320,330は、メモリ手段600からの出力パラメータα1a,α2a,β1a,β2a,δLa,δRaをそれぞれ補完した補間パラメータα1,α2,β1,β2,δL,δRを出力する六つの補間器を備える補間手段700を有している。また、左入力信号Liと補間手段700中の第1補間器710からの補間パラメータα1とを乗算して出力する第1乗算器810と、左入力信号Liと第2補間器720からの補間パラメータα2とを乗算して出力する第2乗算器820と、右入力信号Rjと第3補間器740からの補間パラメータβ1とを乗算して出力する第3乗算器830とを有している。
【0060】
さらに、ルックアップテーブル310,320,330は、右入力信号Rjと第4補間器750からの補間パラメータβ2とを乗算して出力する第4乗算器840と、第1乗算器810及び第3乗算器830の出力信号を加算して出力する第5加算器910と、第2乗算器820及び第4乗算器840の出力信号を加算して送出する第6加算器920とを有している。
【0061】
また、ルックアップテーブル310,320,330は、第6補間器760の補間パラメータδRによって第5加算器910からの出力信号を一定時間遅延させた右出力信号Rp(i,j)を出力する第5乗算器930と、第4補間器750からの補間パラメータδLによって第6加算器920からの出力信号を一定時間遅延させた左出力信号Lp(i,j)を出力する第6乗算器940とからなる。
【0062】
以下、この実施形態のテーブルルックアップ方式ステレオ再生信号処理方法について説明する。図6において、オーディオ入力信号である左入力信号及び右入力信号を読み取る入力読取段階(S10)を処理し、次に、二つの左入力信号及び右入力信号をスペクトラムアナライザによってそれぞれの周波数帯域に区分した複数の右出力信号及び複数の左出力信号を出力する周波数区分段階(S20)を処理する。
【0063】
次に、複数の左出力信号及び右出力信号を複数のルックアップテーブルに設定された加重パラメータ及び遅延パラメータを用いて補間処理した複数の左出力信号及び複数の右出力信号を出力するテーブルルックアップ段階(S30)を処理する。さらに、テーブルルックアップ段階(S30)での出力信号中における左出力信号のみを全て加算した左出力信号を送出し、かつ、右出力信号のみを全て加算した右出力信号を出力する加算出力段階(S40)を処理する。
【0064】
次に、このようなテーブルルックアップ方式ステレオ再生信号処理方法を実現する装置の動作について説明する。
ルックアップテーブルは、ディジタル信号処理分野において適用される方式であり、メモリに一定のディジタル値を格納し、入力信号に応じて該当アドレスのデータ値を出力するものである。例えば、入力信号をスペクトラムアナライザで周波数帯域に区分し、この区分された周波数帯域ごとに該当するアドレス値のデータを出力する。また、テーブルルックアップ方式とは、このようなルックアップテーブルを用いてシステムに適用したものである。
【0065】
オーディオステレオシステムにおいて、テーブルルックアップ方式を用いた例では、外部からの入力信号が左入力信号Left、右入力信号Rightのステレオオーディオ入力信号である。入力信号は任意のn周波数帯域にスペクトラムアナライザによって区分される。
【0066】
この区分された左信号及び右信号が一対のルックアップテーブルブロックの入力信号となり、この入力信号はルックアップテーブルに格納したパラメータを用いて信号処理した後に出力される。また、ルックアップテーブルからの左出力信号と右出力信号ごとにそれぞれ合算されて最終の左出力信号及び右出力信号を形成する。
【0067】
次に、図1を参照して、テーブルルックアップ方式ステレオ再生装置について説明する。
第1スペクトラムアナライザ100が左入力信号Leftを周波数帯域に区分した複数の左出力信号L1,L2…Lnを出力する。第2スペクトラムアナライザ200は右入力信号Rightを周波数帯域に区分した複数の右出力信号R1,R2…Rnを出力する。第1及び第2スペクトラムアナライザ100,200は左入力信号Leftを第1左入力信号L1から第n左入力信号Lnまで各周波数帯域に区分し、右入力信号Rightを第1右入力信号R1から第n右入力信号Rnに区分する。この場合、第i左入力信号Liと第i右入力信号Riは同一の周波数帯域の信号である。
【0068】
ここで第i左入力信号Li及び第i右入力信号Riにおいて、このi値が大きくなるほど高い周波数帯域に設定され、かつ、n値が大きくなるとハードウェア価格は上昇するが、信号処理の質は高くなる。
【0069】
このn値を決定するためには、ハードウェアエミュレーション/シミュレーションを用いるが、一般的にオーディオグラフィック等化器で多用されるように7周波数帯域から9周波数帯域程度に区分するのが無難である。すなわち、サウンド回復システムのように各周波数帯域を1オクターブに一律に区分することが出来るが、人の聴感を考慮して区分する。例えば、図2に示すように、絶対可聴限界は周波数3kHz付近で、その音圧レベルが最も小さく、耳の聴感が最も大きくなるので、周波数帯域を数多く割り当てる。
【0070】
また、テーブルルックアップ処理部300は、入力される複数の左出力信号L1,L2…Lnと複数の右出力信号R1,R2…Rnを、設定されたパラメータを用いてそれぞれ信号処理し、複数の左出力信号Lp(1,1)…Lp(i,j)…Lp(n,n)及び複数の右出力信号Rp(1,1)…Rp(i,j)…Rp(n,n)を出力する複数のルックアップテーブル310,320,330を有している。
【0071】
そして、テーブルルックアップ処理部300はルックアップテーブル310,320,330内のパラメータによって全く異なるオーディオ信号処理を行うことが出来るため、非常に柔軟な構成となっている。
【0072】
図3において、ルックアップテーブル320は、メモリ手段600が複数のセルで構成され、この各セルごとに六つのパラメータを有しており、第1及び第2スペクトラムアナライザ100,200のそれぞれの出力信号を対数変換した左入力信号Liと右入力信号Rjとによって行アドレスラインと列アドレスラインを駆動して該当セルに格納された出力パラメータα1a,α2a,β1a,β2a,δLa,δRaを出力する。
【0073】
ルックアップテーブル320は左信号のi番目の周波数帯域と右信号のj番目の周波数帯域を処理するブロックである。図3において、ルックアップテーブル320に入力される左信号と右信号とを対数変換した振幅がそれぞれROMの列と行アドレスラインを駆動する。この対数変換が用いられる理由は、音圧レベルが乗算によって増加するとき、人が実際に感知する音の強さは加算によって増加するためである。換言すれば、音圧レベルと放射レベルとの間には対数関係が成立するためである。
【0074】
そして、サウンド回復システムの場合、一般的に他の周波数帯域間の補正は考慮しないが、この実施形態では、他の周波数帯域間の考慮が可能である。したがって、全ての周波数帯域間の関係を考慮するとn2 程度のブロックを備えるルックアップテーブルが必要になるが、実際に最も高い周波数帯域と最も低い周波数帯域との補正を考慮すべき可能性が非常に低いため、左信号と右信号の対称性を用いると次式(5)が成立する。
【0075】
テーブル(i,j)=テーブル(j,i) …(5)
1≦i≦n,1≦j≦n
【0076】
この(数5)において、同一の設定値となったものを除いたルックアップテーブルの数はn2より少なくなるが、図4に示すように同一の周波数帯域及び近隣周波数帯域間の補正のみを考慮する場合、すなわち、ルックアップにおいてiとjの差の絶対値が1又は0の場合のみ考慮すると、同一の設定値となったもののうち一方を除いたルックアップテーブルの数が(2n−1)になり、また、n=8であると、総個数は15個になり、82=64である全ての周波数帯域間の関係を考慮したルックアップテーブルの数より減少することになる。
【0077】
図4では、考慮すべき周波数帯域間の関係を2次元的な周波数空間において斜線を引いたボックスで示した。すなわち、同一の設定値となったもののうち一方を除いたルックアップテーブルの数が(2n−1)になることを表している。
【0078】
そして、補間手段700はメモリ手段600からの出力パラメータα1a,α2a,β1a,β2a,δLa,δRaを補間した補間パラメータα1,α2,β1,β2,δL,δRを出力する六つの補間器710,720,730,740、750,760を有している。
【0079】
第1乗算器810は左入力信号Liと第1補間器710との補間パラメータα1を乗算して出力し、第2乗算器820は左入力信号Li及び第2補間器720からの補間パラメータα2を乗算して出力する。また、第3乗算器830は右入力信号Rj及び第3補間器740からの補間パラメータβ1とを乗算して出力することになり、第4乗算器840は右入力信号Rj及び第4補間器750からの補間パラメータβ2とを乗算して出力する。
【0080】
また、第5加算器910は第1乗算器810及び第3乗算器830からの出力信号を加算して出力し、第6加算器920は第2乗算器820及び第4乗算器840からの出力信号を加算して出力する。また、第5乗算器930は第6補間器760の補間パラメータδRの量だけ第5加算器910からの出力信号を一定時間で遅延した右出力信号Rp(i,j)を出力し、また、第6乗算器940は第5補間器730からの補間パラメータδLの量だけ第6加算器920の出力信号を一定時間遅延した左出力信号Lp(i,j)を出力する。
【0081】
メモリ手段600は読み取り専用メモリROMであり、各セルには六つのデータパラメータが格納されているが、それぞれ補間パラメータα1,α2,β1,β2,δL及びδRで表示される。六つの補間パラメータは新しい左信号及び右信号を生成する際に用いられ、次式(6)(7)で表される。
【0082】
Lp=δL(α2*Li+β2*Rj) …(6)
Rp=δR(α1*Li+β1*Rj) …(7)
【0083】
ここで、補間パラメータα1,α2,β1,β2は左入力信号と右入力信号とをどのように重み付けして組み合わせるかを決定する加重パラメータであり、補間パラメータδL,δRは組み合わせた信号を、どの程度遅延するかを決定する遅延パラメータである。低周波数帯域においてサウンド等化は主に両耳に到達する音の時間差、すなわち、位相差異によって処理される。
【0084】
したがって、メモリによる遅延パラメータは低い周波数帯域を処理するルックアップテーブルにおけるブロックで行わなければならないが、高い周波数帯域においてはサウンド等化が両耳に到達する音の強さで決定されるため、位相の差異を与えるためのメモリブロックの遅延パラメータδL,δRを除いても大きい問題はない。
【0085】
図3の補間手段はルックアップテーブルのROMデータが左入力信号及び右入力信号の特定の振幅の大きさに該当するため、任意の振幅の大きさについては近接ROMセルのデータ値を算出するために用いている。この補間方法として、ここでは一般的な平面2次元補間方法を用いている。
【0086】
図4において、左入力信号と右入力信号とのデシベル差によって微細な区分を決定する必要があるが、これを十分に小さい間隔で区分すると補間器が不要になる。この場合、ROM領域が大きくなる短所があり、間隔を大きく区分すると補間器が必要になるばかりでなく、計算されたパラメータ値が不正確になり易くサウンド演算処理の質が低下するという短所がある。
【0087】
したがって、どの程度で数多くの間隔で信号の振幅の大きさを区分するかの問題はハードウェアの価格と費用の問題によるところとなり、正常な方法よりはハードウェアエミュレーションを通じた実験的な方法が、より現実的である。そして、間隔を一律に区分しないで、図2に示すように、人の耳の非線形周波数の聴感特性を用いて区分する。
【0088】
このようにして図1中の第1加算器400が、複数のルックアップテーブル310,320,330の出力信号中の左出力信号Lp(1,1)…Lp(i,j)…Lp(n,n)のみを全て加算して最終の左出力信号Loutを出力し、第2加算器500は複数のルックアップテーブル310,320,330の出力信号中の右出力信号Rp(1,1)…Rp(i,j)…Rp(n,n)のみを全て加算して最終の右出力信号Routを出力する。
【0089】
このようなテーブルルックアップ方式ステレオ再生信号処理方法の処理は前記の図6をもって説明した内容と同様である。すなわち、図6中の入力読取段階(S10)、周波数区分段階(S20)、テーブルルックアップ段階(S30)、加算出力段階(S40)のそれぞれの処理であり、加算出力段階(S40)においてテーブルルックアップ段階(S30)の出力信号中の、左出力信号のみを全て加算した左出力信号を出力し、右出力信号のみを全て加算した右出力信号を出力する。
【0090】
また、図5は最終の出力信号を調整するテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置の構成を示しており、図5の示す構成では、図1から出力される最終の左出力信号Loutと最終の右出力信号Routにオーディオ入力信号である左入力信号Leftと右入力信号Rightを一定の比率を加えて出力することが出来ることを示している。
【0091】
換言すれば、図5の第3加算器410は図1の第1加算器400から出力される最終の左出力信号Loutとオーディオ入力信号である左入力信号Leftを第3補正係数K3によって左入力信号Left信号の一定の比率を最終の左出力信号Loutに加えた後に最終の第2左出力信号Lout2を出力する。第4加算器510は図1の第2加算器500から出力される最終の右出力信号Routとオーディオ入力信号である右入力信号Rightを第4補正係数K4により右入力信号Right信号の一定の比率を最終の右出力信号Routに加えた後、最終の第2右出力信号Rout2を出力する。
【0092】
すなわち、図1において出力される最終の左出力信号Loutと最終の右出力信号Routに、さらに確実なステレオイメージ効果を与えるため、第3補正係数K3及び第4補正係数K4によって入力信号を一定比率で補正して出力することが出来るようになる。
【0093】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置及びその信号処理方法によれば、入力信号の状態や変化を正確に把握し、ステレオイメージ効果の増大と放射補正をより正確に具現化して、使用者での利便性及び多様性が向上するプログラム処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置の実施形態における構成を示すブロック図。
【図2】実施形態にあって一般的な人の耳の聴感特性を示す図。
【図3】実施形態にあってルックアップテーブルの構成を示す図。
【図4】実施形態にあって隣接ルックアップテーブルとの関係を示す図。
【図5】実施形態にあって出力信号を調整するテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置の他の構成を示す図。
【図6】実施形態での動作の処理手順を示すフローチャート。
【図7】従来のサウンド回復システムを用いたステレオ再生装置の構成を示すブロック図。
【図8】従来のサウンド回復システムのステレオイメージ増加手段の詳細な構成を示すブロック図。
【図9】従来のサウンド回復システムにおいて人の耳の周波数応答特性を示す図。
【図10】従来のサウンド回復システムの放射補正手段の構成を詳細に示すブロック図。
【符号の説明】
100 第1スペクトラムアナライザ
200 第2スペクトラムアナライザ
300 テーブルルックアップ処理部
310,320,330 ルックアップテーブル
400 第1加算器
500 第2加算器
600 メモリ手段
700 補間手段
710 第1補間器
720 第2補間器
810 第1乗算器
820 第2乗算器
830 第3乗算器
840 第4乗算器
910 第5加算器
920 第6加算器
930 第5乗算器
940 第6乗算器
Claims (12)
- 左入力信号を複数の周波数帯域に区分した複数の左出力信号を送出する第1スペクトラムアナライザと、
右入力信号を複数の周波数帯域に区分した複数の右出力信号を送出する第2スペクトラムアナライザと、
前記複数の左出力信号及び複数の右出力信号に対して設定パラメータによる信号処理を行った複数の左出力信号と複数の右出力信号をそれぞれ出力するための複数のルックアップテーブルを有するテーブルルックアップ処理手段と、
前記複数のルックアップテーブルによる出力信号中の複数の左出力信号を加算した最終左出力信号を送出する第1加算器と、
前記複数のルックアップテーブルによる出力信号中の複数の右出力信号を加算した最終右出力信号を送出する第2加算器と、
を備えるテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置であって、
前記第1及び第2スペクトラムアナライザは、人の耳の聴感レベルが小さい帯域を狭い間隔の周波数帯域に区分し、かつ、聴感レベルが大きい帯域を広い間隔の周波数帯域に区分し、
前記テーブルルックアップ処理手段の前記複数のルックアップテーブルは、前記第1及び第2スペクトラムアナライザにより区分されたそれぞれの周波数帯域別に、その振幅の大きさに従ってテーブル化されており、
前記各ルックアップテーブルは、
各々が前記スペクトラムアナライザが区分した使用周波数帯域に対応して複数の出力パラメータを格納している複数のセルから構成され、前記スペクトラムアナライザのそれぞれの出力信号を対数変換した二つの左入力信号と右入力信号で行アドレスラインと列アドレスラインを駆動して、該当セルに格納された前記出力パラメータを出力するメモリ手段と、
前記メモリ手段からの前記出力パラメータを補間した補間パラメータを出力する第1、第2、第3及び第4補間器を有する補間手段と、
前記第1補間器が出力する前記補間パラメータと左入力信号とを乗算して出力する第1乗算器と、
前記第2補間器が出力する前記補間パラメータと左入力信号とを乗算して出力する第2乗算器と、
前記第3補間器が出力する前記補間パラメータと右入力信号とを乗算して出力する第3乗算器と、
前記第4補間器が出力する前記補間パラメータと右入力信号とを乗算して出力する第4乗算器と、
前記第1乗算器の出力信号と前記第3乗算器の出力信号とを加算した右出力信号を送出する第5加算器と、
前記第2乗算器の出力信号と前記第4乗算器の出力信号とを加算した左出力信号を送出する第6加算器と、からなり、
前記テーブルルックアップ方式ステレオ再生装置は、
隣接した周波数帯域での左入力信号と右入力信号のパラメータのみを処理して前記メモリ手段の使用メモリ量を縮小することを特徴とするテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記狭い間隔の周波数帯域を3kHzを含む3kHz付近の帯域に設定することを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。
- 前記ルックアップテーブルは、
音圧レベルと放射レベルとの対数関係に基づいて前記メモリ手段に対するアドレス検索を行うことを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記ルックアップテーブルは、
前記メモリ手段に格納しているパラメータ値を任意に指定することによって、内容変更を行うことを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記メモリ手段は、
読み取り専用のメモリであることを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記補間器の出力信号は、
左入力信号と右入力信号が出力信号のレベルを調整する加重値を割り当てる加重パラメータであることを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記補間手段に、
第5補間器と第6補間器とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記第5補間器と第6補間器からの出力信号が、時間を遅延させる遅延パラメータであり、
前記第6補間器からの遅延パラメータと前記第5加算器からの出力信号を乗算した右出力信号を送出する第5乗算器と、
前記第5補間器からの出力信号と前記第6加算器からの出力信号を乗算した左出力信号を出力する第6乗算器とをさらに備えることを特徴とする請求項7に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - 前記第5補間器と第6補間器からの出力信号が、時間を遅延させる遅延パラメータであることを特徴とする請求項8に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。
- 前記遅延パラメータは、サウンド等化を得るために両耳に到達する位相の時間差のパラメータであることを特徴とする請求項9に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。
- 前記第1加算器から出力される最終の左出力信号に、第3補正係数の一定比率による左入力信号を加えた後の最終の第2左出力信号を送出する第3加算器と、
前記第2加算器から出力される最終の右出力信号に、第4補正係数の一定の比率による右出力信号を加えた後の最終の第2右出力信号を送出する第4加算器とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のテーブルルックアップ方式ステレオ再生装置。 - テーブルルックアップ方式ステレオ再生装置において、
オーディオ入力信号である左入力信号と右入力信号を読み取る入力読取段階と、前記二つの入力信号を複数の周波数帯域に区分した複数の右出力信号と複数の左出力信号を送出する周波数区分段階と、
前記複数の左出力信号及び複数の右出力信号のうち隣接した周波数帯域での前記左出力信号及び前記右出力信号のみを複数のルックアップテーブルに設定された加重パラメータおよび遅延パラメータを用いて重み付け処理および遅延処理し、複数の左出力信号及び複数の右出力信号を出力するテーブルルックアップ段階と、
前記テーブルルックアップ段階での出力信号中の左出力信号のみを全て加算した左出力信号を送出し、かつ、右出力信号のみを全て加算した右出力信号を送出する加算出力段階とからなることを特徴とするテーブルルックアップ方式ステレオ再生信号処理方法。
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