JP4414905B2

JP4414905B2 - オーディオ装置

Info

Publication number: JP4414905B2
Application number: JP2005027332A
Authority: JP
Inventors: 紀之高島; 政一秋保; 達生大脇
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: JP2006217210A

Description

本発明は、２チャンネルのステレオ信号から１組のサラウンド信号を生成するオーディオ装置に関する。

従来から、２チャンネルのステレオ信号からサラウンド信号を生成するオーディオ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このオーディオ装置では、入力されたステレオ信号ＩＮＬ、ＩＮＲを適応無相関化器に通すことにより、サラウンド信号ＳＬ、ＳＲを生成している。例えば、この適応無相関化器は、ＦＩＲフィルタによる適応信号処理によって実現される。
特開２００３−３３３６９８号公報（第３−６頁、図１−１３）

ところで、特許文献１に開示されたオーディオ装置では、例えばサラウンド信号ＳＬの生成は、ステレオ信号ＩＮＬからステレオ信号ＩＮＲに含まれるこのステレオ信号ＩＮＬに相関の高い成分を差し引くことにより行われており、これをＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムによってフィルタ特性が更新されるＦＩＲフィルタによって実現している。サラウンド信号ＳＲについても同様である。このため、モノラル信号のように非常に相関の高いステレオ信号ＩＮＬ、ＩＮＲが入力されると、サラウンド信号ＳＬ、ＳＲの成分がほとんど消失してしまい、サラウンド用のスピーカからほとんど音が出力されない状態となって、オーディオ装置の聴取者に違和感を与えるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、入力音の内容によらずサラウンド音の出力を維持して違和感の発生を防止することができるオーディオ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のオーディオ装置は、２チャンネルの再生信号であるＬ信号とＲ信号の相関の程度を算出する相関値算出手段と、Ｒ信号の中のＬ信号と相関の高い成分を適応アルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新することにより抽出して、Ｌ信号から差し引くことにより第１のサラウンド信号を生成する第１のサラウンド信号生成手段と、Ｌ信号の中のＲ信号と相関の高い成分を適応アルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新することにより抽出して、Ｒ信号から差し引くことにより第２のサラウンド信号を生成する第２のサラウンド信号生成手段と、相関値算出手段によって算出された相関値の大小に応じて、第１および第２のサラウンド信号生成手段による適応アルゴリズムにおいてフィルタ係数の更新を行う際に用いられるステップサイズパラメータμの値を切り替えるμ設定手段とを備えている。Ｌ信号とＲ信号の相関の程度に応じてステップサイズパラメータμの値を切り替えることにより、Ｌ信号とＲ信号の相関の程度に応じて変化するサラウンド信号が消失するまでの時間を調整することが可能になり、入力音の内容によらずサラウンド信号の出力を維持して違和感の発生を防止することが可能になる。

また、上述したμ設定手段は、相関値が大きいときにステップサイズパラメータμを小さな値に、反対に、相関値が小さいときにステップサイズパラメータμを大きな値に設定することが望ましい。これにより、Ｌ信号とＲ信号の相関が高い場合にサラウンド信号が速やかに減衰することを防止することができ、サラウンド音の聴取者が感じる違和感を低減することが可能になる。

また、上述した第１のサラウンド信号生成手段は、Ｌ信号を遅延させて出力する遅延手段と、Ｒ信号を適応フィルタに通した後の信号を遅延手段を通した後の信号から差し引いてエラー信号を生成する加算手段と、エラー信号のパワーが最小となるようにＬＭＳアルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新するＬＭＳアルゴリズム処理手段とを備え、第２のサラウンド信号生成手段は、Ｒ信号を遅延させて出力する遅延手段と、Ｌ信号を適応フィルタに通した後の信号を遅延手段を通した後の信号から差し引いてエラー信号を生成する加算手段と、エラー信号のパワーが最小となるようにＬＭＳアルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新するＬＭＳアルゴリズム処理手段とを備え、μ設定手段は、第１および第２のサラウンド信号生成手段に含まれるＬＭＳアルゴリズム処理手段によってフィルタ係数を更新する際に用いられるステップサイズパラメータμの値を設定することが望ましい。これにより、適応フィルタを用いてＲ信号の中のＬ信号と相関の高い成分、あるいはＬ信号の中のＲ信号と相関の高い成分を抽出する際のフィルタ係数更新の収束の程度を可変することができ、Ｌ信号とＲ信号の相関の程度に応じてサラウンド音を調整することが可能になる。

また、上述した相関値算出手段は、再生信号がモノラル信号であるか否かを判定しており、μ設定手段は、相関値算出手段によってモノラル信号である旨の判定がなされたときにステップサイズパラメータμを小さな値に、モノラル信号でない旨の判定がなされたときにステップサイズパラメータμを大きな値に設定することが望ましい。これにより、Ｌ信号とＲ信号の相関が最も高いモノラル音声が入力されたときにサラウンド信号の減衰を低減することが可能となり、違和感の発生を防止することができる。また、モノラル音声か否かは比較的容易に判定することができることから、処理の簡略化が可能となる。

以下、本発明を適用した一実施形態のオーディオ装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態のオーディオ装置の構成を示す図である。図１に示すオーディオ装置１００は、車両に搭載されており、加算部１０、１２、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１４、ＳＬ信号生成部２０、ＳＲ信号生成部３０、相関値算出部４０、μ設定部４２を備えている。このオーディオ装置１００には、６個（５．１ｃｈ）のスピーカ１１０、１１２、１２０、１２２、１３０、１３２が接続されている。

一方の加算部１０は、入力されるステレオ信号（Ｌ信号、Ｒ信号）を加算する。加算された信号は、聴取者の前方に設置されたセンタースピーカとしてのスピーカ１１０から出力される。他方の加算部１２は、加算部１０と同様に、入力されるステレオ信号を加算する。加算された信号は、ＬＰＦ１４を通して低域成分を抽出した後、聴取者の後方に設置されたサブウーハーとしてのスピーカ１１２から出力される。なお、本実施形態では、ステレオ信号を単純に加算してスピーカ１１０から出力したが、スピーカ１１０から出力する信号の生成方法はこれに限定されず、他の方法を用いるようにしてもよい。

ＳＬ信号生成部２０は、第１のサラウンド信号生成手段であって、入力されるＬ信号およびＲ信号に基づいてサラウンドＬ信号を生成し、聴取者の左あるいは左後方に設置されたスピーカ１３０から出力する。ＳＲ信号生成部３０は、第２のサラウンド信号生成手段であって、入力されるＬ信号およびＲ信号に基づいてサラウンドＲ信号を生成し、聴取者の右あるいは右後方に設置されたスピーカ１３２から出力する。上述したサラウンドＬ信号およびサラウンドＲ信号の生成は、ＬＭＳアルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数の値を更新することにより行われる。

相関値算出部４０は、相関値算出手段であって、入力されるＬ信号とＲ信号の相関値を算出する。入力されるステレオ信号がモノラル音声に近いほどＬ信号とＲ信号の相関値が大きくなる。μ設定部４２は、μ設定手段であって、相関値算出部４０によって算出された相関値に基づいて、ＳＬ信号生成部２０あるいはＳＲ信号生成部３０によって適応フィルタのフィルタ係数の値を更新する際に用いられるステップサイズパラメータμの値を設定する。具体的には、相関値が大きいほど（モノラル音声に近いほど）ステップサイズパラメータμが小さな値に設定される。

なお、入力されるステレオ信号の内のＬ信号は、聴取者の左前方に設置されたスピーカ１２０から直接出力される。また、入力されるステレオ信号の内のＲ信号は、聴取者の右前方に設置されたスピーカ１２２から直接出力される。

図２は、ＳＬ信号生成部２０およびＳＲ信号生成部３０の詳細構成を示す図である。図２に示すように、ＳＬ信号生成部２０は、ＦＩＲフィルタ２１、適応フィルタ（ＡＤＦ）２２、加算部２３、ＬＭＳアルゴリズム処理部２４を備えている。ＦＩＲフィルタ２１は、遅延回路（遅延手段）として用いられており、入力されるＬ信号をタップ数（例えば３２タップ）に応じた時間だけ遅延して出力する。適応フィルタ２２は、ＦＩＲフィルタと同じ構成を有しており、入力されるＲ信号に対して所定のタップ係数Ｗを乗算して出力する。加算部２３は、加算手段であって、ＦＩＲフィルタ２１から出力されるＬ信号から適応フィルタ２２から出力される信号を減算し、エラー信号ｅを出力する。ＬＭＳアルゴリズム処理部２４は、ＬＭＳアルゴリズム処理手段であって、ＬＭＳアルゴリズムを用いて、加算部２３から出力されるエラー信号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ２２のフィルタ係数を可変する。また、加算部２３から出力されるエラー信号ｅは、そのままサラウンドＬ信号（ＳＬ信号）として取り出され、スピーカ１３０から出力される。

図３は、適応フィルタ２２の詳細構成を示す図である。図３に示すように、適応フィルタ２２は、複数の遅延素子２２１と、それぞれの遅延素子２２１に保持された信号に対して可変のフィルタ係数を乗算する乗算部２２２と、それぞれの乗算部２２２の出力を加算する加算部２２３とを備えている。複数の乗算部２２２のそれぞれのフィルタ係数（乗数）の値は、ＬＭＳアルゴリズム処理部２４によって更新される。

ＬＭＳアルゴリズム処理部２４は、加算部２３から出力されるエラー信号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ２２のフィルタ係数の値を更新しており、適応フィルタ２２では入力されたＲ信号の成分の内のＬ信号と相関の高い成分を抽出するようにフィルタ係数の値が更新される。すなわち、ＬＭＳアルゴリズム処理部２４には、Ｒ信号と加算部２３から出力されるエラー信号ｅとが入力されており、これらのＲ信号とエラー信号ｅがＬＭＳアルゴリズムによって処理されることにより、ＬＭＳアルゴリズム処理部２４から適応フィルタ２２内の各乗算部２２２に対してフィルタ係数の更新指令が出力され、各遅延素子２２１に保持された信号に重畳されるフィルタ係数の値が変更される。

このように、適応フィルタ２２によってＲ信号の中のＬ信号と相関の高い成分が抽出され、この成分が加算部２３によってＬ信号から減算されている。したがって、加算部２３から出力されるエラー信号ｅは、Ｌ信号の中でＲ信号と相関の高くない成分のみが含まれることになり、これをサラウンドＬ信号として用いている。

ところで、ＬＭＳアルゴリズムは、瞬時自乗誤差を評価量としたアルゴリズムであり、ＬＭＳアルゴリズム処理部２４は、以下の式にしたがってフィルタ係数Ｗの値を更新する。

Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋２μ・ｅ（ｎ）・Ｒ（ｎ） …（１）
ここで、μはステップサイズパラメータであり、この値を大きく設定することによりフィルタ係数Ｗの収束が速くなり、反対にこの値を小さく設定することによりフィルタ係数Ｗの収束が遅くなる。

上述したように、ＳＬ信号生成部２０から出力されるサラウンドＬ信号は、Ｌ信号の中でＲ信号と相関の高くない成分のみを含んでいるため、相関の高いＬ信号とＲ信号（モノラル音声あるいはこれに近いＬ信号とＲ信号）が入力されると、サラウンドＬ信号の成分がほとんどなくなってしまう。本実施形態では、相関値算出部４０によってＬ信号とＲ信号の相関値を算出し、高い相関値が得られた場合には、μ設定部４２によって（１）式に示したステップサイズパラメータμの値を小さく設定している。例えば、相関値が所定値以上の場合にステップサイズパラメータμの値が０．０００１に設定され、それ以外の場合にステップサイズパラメータμの値が０．００１に設定される。これにより、適応フィルタ２２のフィルタ係数の値を更新することによって行われる相関除去の度合いを弱めることができるため、サラウンドＬ信号の成分がほとんどなくなってしまうことを回避することができる。

ＳＲ信号生成部３０は、ＦＩＲフィルタ３１、適応フィルタ（ＡＤＦ）３２、加算部３３、ＬＭＳアルゴリズム処理部３４を備えている。ＦＩＲフィルタ３１は、遅延回路として用いられており、入力されるＲ信号をタップ数（例えば３２タップ）に応じた時間だけ遅延して出力する。適応フィルタ３２は、ＦＩＲフィルタと同じ構成を有しており、入力されるＬ信号に対して所定のタップ係数Ｗを乗算して出力する。加算部３３は、ＦＩＲフィルタ３１から出力されるＲ信号から適応フィルタ３２から出力される信号を減算し、エラー信号ｅを出力する。ＬＭＳアルゴリズム処理部３４は、ＬＭＳアルゴリズムを用いて、加算部３３から出力されるエラー信号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ３２のフィルタ係数を可変する。また、加算部３３から出力されるエラー信号ｅは、そのままサラウンドＲ信号（ＳＲ信号）として取り出され、スピーカ１３２から出力される。

ＬＭＳアルゴリズム処理部３４は、加算部３３から出力されるエラー信号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ３２のフィルタ係数の値を更新しており、適応フィルタ３２では入力されたＬ信号の成分の内のＲ信号と相関の高い成分を抽出するようにフィルタ係数の値が更新される。すなわち、ＬＭＳアルゴリズム処理部３４には、Ｌ信号と加算部３３から出力されるエラー信号ｅとが入力されており、これらのＬ信号とエラー信号ｅがＬＭＳアルゴリズムによって処理されることにより、ＬＭＳアルゴリズム処理部３４から適応フィルタ３２内の各乗算部に対してフィルタ係数の更新指令が出力され、各遅延素子に保持された信号に重畳されるフィルタ係数の値が変更される。

このように、適応フィルタ３２によってＬ信号の中のＲ信号と相関の高い成分が抽出され、この成分が加算部３３によってＬ信号から減算されている。したがって、加算部３３から出力されるエラー信号ｅは、Ｒ信号の中でＬ信号と相関の高くない成分のみが含まれることになり、これをサラウンドＲ信号として用いている。

ところで、ＬＭＳアルゴリズムは、瞬時自乗誤差を評価量としたアルゴリズムであり、ＬＭＳアルゴリズム処理部３４は、以下の式にしたがってフィルタ係数Ｗの値を更新する。

Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋２μ・ｅ（ｎ）・Ｌ（ｎ） …（２）
ここで、μはステップサイズパラメータであり、この値を大きく設定することによりフィルタ係数Ｗの収束が速くなり、反対にこの値を小さく設定することによりフィルタ係数Ｗの収束が遅くなる。

上述したように、ＳＲ信号生成部３０から出力されるサラウンドＲ信号は、Ｒ信号の中でＬ信号と相関の高くない成分のみを含んでいるため、相関の高いＬ信号とＲ信号（モノラル音声あるいはこれに近いＬ信号とＲ信号）が入力されると、サラウンドＲ信号の成分がほとんどなくなってしまう。本実施形態では、相関値算出部４０によってＬ信号とＲ信号の相関値を算出し、高い相関値が得られた場合には、μ設定部４２によって（２）式に示したステップサイズパラメータμの値を小さく設定している。これにより、適応フィルタ３２のフィルタ係数の値が更新されて、Ｌ信号の中からＲ信号と相関の高い成分が抽出されるまでの時間が長くなるため、サラウンドＲ信号の成分がほとんどなくなってしまうことを回避することができる。

このように、Ｌ信号とＲ信号の相関の程度に応じてステップサイズパラメータμの値を可変に設定することにより、Ｌ信号とＲ信号の相関の程度に応じて変化するサラウンド信号が消失するまでの時間を調整することが可能になり、入力音の内容によらずサラウンド信号の出力を維持して違和感の発生を防止することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、入力されるＬ信号とＲ信号に基づいて相関値算出部４０によって相関値を算出したが、入力される信号フォーマットにモノラル音声かステレオ音声かの情報が含まれている場合には、相関値算出部４０は、単にこの情報を検出してステレオ信号かモノラル信号かを判定するようにしてもよい。μ設定部４２では、モノラル音声の場合にはステップサイズパラメータμを小さな値に設定し、ステレオ音声の場合にはステップサイズパラメータμを大きな値に設定する。これにより、Ｌ信号とＲ信号の相関が最も高いモノラル音声が入力されたときにサラウンド信号の減衰を低減することが可能となり、違和感の発生を防止することができる。また、モノラル音声か否かは比較的容易に判定することができることから、処理の簡略化が可能となる。

図４は、ステップサイズパラメータμの可変設定に関する変形例を示す流れ図である。例えば、図１に示したオーディオ装置１００の構成がＣＤプレーヤに内蔵あるいは外付けされているものとする。

ＣＤプレーヤによってＣＤに対するトラック再生が開始されると（ステップ１００）、相関値算出部４０は、再生信号としてモノラル信号を検出したか否かを判定する（ステップ１０１）。例えば、再生信号を生成するデコーダ（図示せず）によって再生信号がモノラル信号かステレオ信号かが識別されており、モノラル信号の場合には所定のフラグがセットされるものとすると、相関値算出部４０はこのフラグがセットされたか否かを調べることによりステップ１０１の判定を行う。再生信号がモノラル信号である場合にはステップ１０１の判定において肯定判断が行われ、次に、μ設定部４２は、モノラル信号用にμを小さな値（μ１）に設定する（ステップ１０２）。一方、再生信号がモノラル信号でない場合（ステレオ信号の場合）にはステップ１０１の判定において否定判断が行われ、次に、相関値算出部４０は、ステレオ信号のＬ／Ｒ間の相関値が一定時間ある値（あるいは範囲）を超えたか否かを判定する（ステップ１０３）。ステレオ信号の中にはＬ／Ｒ間の相関が高い音楽等や、反対に相関が低い音楽等が存在する。相関が高い音楽等についてはステップ１０３の判定において肯定判断が行われ、次に、μ設定部４２は、Ｌ／Ｒ間の相関が高いステレオ信号用にμを小さな値（μ２）に設定する（ステップ１０４）。また、相関が低い音楽等についてはステップ１０３の判定において否定判断が行われ、次に、μ設定部４２は、Ｌ／Ｒ間の相関が低いステレオ信号用にμを大きな値（μ３）に設定する（ステップ１０５）。

一実施形態のオーディオ装置の構成を示す図である。ＳＬ信号生成部およびＳＲ信号生成部の詳細構成を示す図である。適応フィルタの詳細構成を示す図である。ステップサイズパラメータμの可変設定に関する変形例を示す流れ図である。

符号の説明

１０、１２、２３、３３加算部
１４ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
２０ＳＬ信号生成部
２１、３１ＦＩＲフィルタ
２２、３２適応フィルタ（ＡＤＦ）
２４、３４ＬＭＳアルゴリズム処理部
３０ＳＲ信号生成部
４０相関値算出部
４２ μ設定部
１００オーディオ装置
１１０、１１２、１２０、１２２、１３０、１３２スピーカ

Claims

２チャンネルの再生信号であるＬ信号とＲ信号の相関の程度を算出する相関値算出手段と、
前記Ｒ信号の中の前記Ｌ信号と相関の高い成分を適応アルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新することにより抽出して、前記Ｌ信号から差し引くことにより第１のサラウンド信号を生成する第１のサラウンド信号生成手段と、
前記Ｌ信号の中の前記Ｒ信号と相関の高い成分を適応アルゴリズムを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新することにより抽出して、前記Ｒ信号から差し引くことにより第２のサラウンド信号を生成する第２のサラウンド信号生成手段と、
前記相関値算出手段によって算出された相関値の大小に応じて、前記第１および第２のサラウンド信号生成手段による適応アルゴリズムにおいて前記フィルタ係数の更新を行う際に用いられるステップサイズパラメータμの値を切り替えるμ設定手段と、
を備えることを特徴とするオーディオ装置。
請求項１において、
前記μ設定手段は、前記相関値が大きいときに前記ステップサイズパラメータμを小さな値に、反対に、前記相関値が小さいときに前記ステップサイズパラメータμを大きな値に設定することを特徴とするオーディオ装置。
請求項１または２において、
前記第１のサラウンド信号生成手段は、前記Ｌ信号を遅延させて出力する遅延手段と、前記Ｒ信号を前記適応フィルタに通した後の信号を前記遅延手段を通した後の信号から差し引いてエラー信号を生成する加算手段と、前記エラー信号のパワーが最小となるようにＬＭＳアルゴリズムを用いて前記適応フィルタのフィルタ係数を更新するＬＭＳアルゴリズム処理手段とを備え、
前記第２のサラウンド信号生成手段は、前記Ｒ信号を遅延させて出力する遅延手段と、前記Ｌ信号を前記適応フィルタに通した後の信号を前記遅延手段を通した後の信号から差し引いてエラー信号を生成する加算手段と、前記エラー信号のパワーが最小となるようにＬＭＳアルゴリズムを用いて前記適応フィルタのフィルタ係数を更新するＬＭＳアルゴリズム処理手段とを備え、
前記μ設定手段は、前記第１および第２のサラウンド信号生成手段に含まれる前記ＬＭＳアルゴリズム処理手段によって前記フィルタ係数を更新する際に用いられる前記ステップサイズパラメータμの値を設定することを特徴とするオーディオ装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記相関値算出手段は、前記再生信号がモノラル信号であるか否かを判定しており、
前記μ設定手段は、前記相関値算出手段によってモノラル信号である旨の判定がなされたときに前記ステップサイズパラメータμを小さな値に、モノラル信号でない旨の判定がなされたときに前記ステップサイズパラメータμを大きな値に設定することを特徴とするオーディオ装置。