JP4706189B2

JP4706189B2 - ディジタルフィルタの係数調整回路

Info

Publication number: JP4706189B2
Application number: JP2004143559A
Authority: JP
Inventors: 克史内山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: JP2005328256A

Description

本発明は、例えばイコライザーに適用して好適なディジタルフィルタ回路の音質調整に用いる係数を生成するディジタルフィルタの係数調整回路に関する。

従来のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路としては、音質調整設定値を変える際にノイズや歪などのアーチファクトを生じることなく高性能オーディオ出力信号を発生するディジタルオーディオ音質調整器がある。このディジタルオーディ音質調整器は、連続するフィルタの利得間に所定の線形均一間隔を有する最小セットのシェルフフィルタを含む構成であり、前記シェルフフィルタに対するユーザ選択利得設定値を受信し、シェルフフィルタ利得を線形メモリ上の均一なステップで暫時増減させユーザ選択利得設定値へできるだけ近似させるものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１１３５９４号公報

かかる従来のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路では、以下の短所が付随している。
すなわち、次サンプルで突然目標係数を設定すると、以前の係数との差が大きい場合、時間軸において信号が急激に変化するためノイズが発生する。また、現在の係数から目標係数まで、あるサンプル数ごとにテーブルの要素番号順に係数を設定し、序々に目標係数に近づけていくとよいが、一定間隔のゲインブースト／カット量を基準にして係数をテーブル化した場合、ゲインブースト／カット量に対する係数が指数関数的に対応するため、ゲインブースト量が大きいほど、あるいはゲインカット量が小さいほど、時間軸において信号が急激に変化し、ノイズが発生するという課題がある。
また、時間軸での信号変化量が一定になるように、係数変化を基準にしてテーブルを用意すると、テーブルの各要素のゲインブースト／カット量が複雑な値になるとともに、テーブル（メモリ）サイズが増大し、テーブルへのアクセス回数も増大するという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ディジタルフィルタ回路の特性を決める係数の急激な変化に伴う雑音の発生を低減できるディジタルフィルタの係数調整回路を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明にかかるディジタルフィルタの係数調整回路は、ディジタルフィルタ回路の音質調整に用いる係数を、設定値に対応して生成する制御部と、前記係数を増加させるための一定間隔毎の複数の設定値に対して、設定値の増加に応じて値が指数関数的に変化する関係にある複数の強調用の係数が対応付けられた強調用テーブルと、前記係数を減少させるための一定間隔毎の複数の設定値に対して、設定値の減少に応じて値が指数関数的に変化する関係にある複数の減衰用の係数が対応付けられた減衰用テーブルと、を有し、前記制御部は、新たな設定値が設定された場合、前記強調用テーブルおよび前記減衰用テーブルを用いて、当該新たに設定された設定値に対応する係数と、現在の設定値に対応する係数との差分を演算し、前記演算した係数の差分を複数に分割する補間幅と、前記補間幅による分割数より１少ない補間回数とを演算し、前記補間回数での係数の更新により、各回で前記ディジタルフィルタ回路へ出力する係数を、前記補間幅毎に変化させ、前記現在の係数から前記新たに設定された係数に向かって変化させる調整処理を実行し、前記補間幅は、前記強調用テーブルまたは前記減衰用テーブルにおける、前記現在の設定値の絶対値が大きいほど、小さい値に演算され、前記補間回数は、前記補間幅が小さいほど、多い回数として演算される。

本発明によれば、ディジタルフィルタ回路の特性を決める係数の急激な変化に伴う雑音の発生を低減できる。

ディジタルフィルタ回路の特性を決める強調用、減衰用の係数の急激な変化に伴う雑音の発生を低減し、さらに処理負荷の増大も抑制できるゲイン調整用ディジタルフィルタ回路を提供するという目的を、一定量ごとに強調するゲインを規定する強調用ゲイン量と、その各強調用ゲイン量に対応し、指数関数的に変化する強調用の前記係数をテーブル要素とするゲインブースト量テーブルと、一定量ごとに減衰するゲインを規定する減衰用ゲイン量と、その各減衰用ゲイン量に対応し、指数関数的に変化する減衰用の前記係数をテーブル要素とするゲインカット量テーブルとを有し、前記ゲインブースト量テーブルまたは前記ゲインカット量テーブルの前記強調用の係数または前記減衰用の係数の差分を演算し、前記ゲインブースト量テーブルまたは前記ゲインカット量テーブルの現在参照している前記強調用の係数または前記減衰用の係数の差分をもとに、次のテーブル要素の強調用の係数または減衰用の係数との間の補間幅および補間回数を変え、前記強調用の係数間または前記減衰用の係数間を補間することで実現した。

この実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路は、ゲインを調整する機能およびそれを実現するための係数を持つディジタルフィルタにおいて、ゲインブースト／カット用係数をある一定ゲイン間隔でテーブルとして持たせる場合、ゲインブースト／カット量に対して係数は指数関数的に変化することから、係数変化をテーブル順に変化させることに加え、各テーブル要素（係数）間においても、ブーストの場合はその量が大きいほど多く、カットの場合はその量が小さいほど多く、変化する係数の間を補間し、係数変化を刻むようにし、時間軸における信号の急激な変化を抑制するものである。
図３は、このゲインブースト／カット量と係数Ｋとの関係を示す特性図であり、ゲインブースト／カット量に対し係数Ｋは指数関数的に変化し、ゲインブースト量が大きいほど、あるいはゲインカット量が小さいほど、係数Ｋの変化が大きい。
さらに、係数Ｋの刻み幅を除算を用いずシフト演算で算出できるように係数テーブル要素間の補間回数は２のべき乗数から１少ない値にし、処理負荷を軽減し、ゲインブースト／カット処理により発生するノイズを軽減する。

図１は、この実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路の構成を示すブロック図である。このゲイン調整用ディジタルフィルタ回路は、その利得特性を調整できるイコライザーとしての機能を実現するように、例えばＤＳＰにより構成されている。そして、ゲインブースト量テーブル１およびゲインカット量テーブル２と、ゲインブースト／カット量調整プログラム３を格納したメモリ４と、コントローラ５と、フィルタ部６とを備えている。また、ゲインブースト量テーブル１およびゲインカット量テーブル２と、ゲインブースト／カット量調整プログラム３を格納したメモリ４と、コントローラ５は、係数調整部１１を構成している。

図２は、ゲインブースト量テーブル１およびゲインカット量テーブル２の構成を示す説明図である。ゲインブースト量テーブル１は、一例として図２（ａ）に示されるように対応する係数番号とブースト量（ｄＢ）と計数ＫＢとをテーブル要素としている。また、ゲインカット量テーブル２は、一例として図２（ｂ）に示されるように対応する係数番号とカット量（ｄＢ）と計数ＫＣとをテーブル要素としている。ゲインブースト／カット量調整プログラム３は、所定の言語により記述され、その詳細は図４のフローチャートに示されている。メモリ４には、前記ゲインブースト／カット量調整プログラム３が格納され、コントローラ５により読み出され実行される。コントローラ５は、前記ゲインブースト／カット量調整プログラム３の読み出し、実行を含む各部の制御を行う中央処理装置である。係数調整部１１は、図４に示すゲインブースト／カット量調整プログラム３により調整した係数をフィルタ部６へ設定する。フィルタ部６はイコライザーとして機能し、設定される係数に応じその伝達関数が動的に変えられ、利得特性が調整される構成である。

次に動作について説明する。
このゲイン調整用ディジタルフィルタ回路においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように−１２〜＋１２ｄＢ（−符号：カット、＋符号：ブースト）の範囲内で、０〜＋１２ｄＢの領域を０．５ｄＢ間隔で指定できるゲインブースト量テーブル１と、０〜−１２ｄＢの領域を０．５ｄＢ間隔で指定できるゲインカット量テーブル２を持つディジタルフィルタのゲインブースト／カット用係数変化に着目し、現在の係数が−１２〜−８．５ｄＢまたは０〜３．５ｄＢのテーブル要素の場合は次のテーブル要素の係数との差の１／２を、現在の係数が−８．５〜−３．５ｄＢまたは３．５〜８．５ｄＢのテーブル要素の場合は次のテーブル要素の係数との差の１／４を、現在の係数が−３．５〜０ｄＢまたは８．５〜１２ｄＢのテーブル要素の場合はその係数の変化が最も大きいことから、次のテーブル要素の係数との差の１／８を、それぞれ変化量として一定サンプル数毎に係数を目標係数に向けて遷移させる。この結果、図１に示す構成において、イコライジングパラメータを設定すると、ゲインブースト／カット用の係数は、図４に示す処理により、設定されたゲインブースト／カット量へ徐々に変化する。

以下、図４に示すフローチャートに従い、係数調整部１１で行う係数の調整処理について説明する。図４は、この実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路における係数調整部１１のコントローラ５の動作を示すフローチャートである。
先ず、初期値が“０”に設定される係数変化カウンタ（補間の回数を計数するカウンタ）の補間回数計数値が“０”であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この結果、補間回数計数値が“０”であれば、メモリ上の係数テーブルから現在の係数番号を指標に対応する現在のゲイン係数を取り出す（ステップＳ２）。

次に、前記取り出した現在の係数番号と目標の係数番号とを比較し、現在の係数番号と目標の係数番号とが異なっているか否かを判定する（ステップＳ３）。この結果、現在の係数番号と目標の係数番号とが異なっていれば、前記メモリ上の係数テーブルから次の係数番号を指標に対応する次のゲイン係数を取り出す（ステップＳ４）。そして、前記取り出した次の係数番号のゲイン係数と現在の係数番号のゲイン係数との差分を算出する（ステップＳ５）。次に、前記算出したゲイン係数の差分を、ゲインブースト（強調）時であれば１／２、ゲインカット（減衰）時であれば１／８した値を補間幅とし、補間回数をゲインブースト時であれば１、ゲインカット時であれば７に設定する（ステップＳ６）。

そして、変化中の現在の係数番号が７（係数番号７はブースト時であればゲインブースト量＋３．５ｄＢ、係数ＫＢ０３５に対応し、カット時であればゲインカット量−３．５ｄＢ、係数ＫＣ０３５に対応する）以上であるか否かを判定し（ステップＳ７）、この結果、係数番号が７以上であれば、さらに係数番号が１７（係数番号１７はブースト時であればゲインブースト量＋８．５ｄＢ、係数ＫＢ０８５に対応し、カット時であればゲインカット量−８．５ｄＢ、係数ＫＣ０８５に対応する）以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。この結果、係数番号が１７以上であれば、ステップＳ５で算出したゲイン係数の差分（次の係数番号のゲイン係数と現在の係数番号のゲイン係数との差分）を、ゲインブースト時であれば１／８、ゲインカット時であれば１／２した値を補間幅とし、係数変化カウンタへ補間回数をゲインブースト時７、ゲインカット時１に設定する（ステップＳ９）。ステップＳ８において係数番号が１７未満、すなわち係数番号が７以上かつ１７未満であれば、ステップＳ５で算出したゲイン係数の差分を、ゲインブースト時、ゲインカット時いずれの場合であっても共に１／４した値を補間幅とし、補間回数についてもゲインブースト時、ゲインカット時いずれの場合であっても共に３とし、係数変化カウンタへ設定する（ステップＳ１０）。そして、続くステップＳ１１においては係数をインクリメントし、このフローチャートをぬける。

なお、ステップＳ１において係数変化カウンタの補間回数計数値が“０”でなければ、現在の係数値に補間幅分を加算し、さらに前記ステップＳ９またはステップＳ１０において係数変化カウンタへ設定した補間回数をデクリメント、すなわち−１する（ステップＳ１２）。

この結果、ゲインブースト量またはゲインカット量を変化させる場合、図３に示す特性図から明らかなように、従来ではゲインブースト量が大きいほど、あるいはゲインカット量が小さいほど、係数Ｋの変化が大きく、ゲインブースト量が大きいほど、あるいはゲインカット量が小さいほど時間軸において信号が急激に変化し、ノイズが発生する可能性があったが、ゲインブースト量が大きいほど、またはゲインカット量が小さいほど補間回数を増加させることが出来るため、時間軸における信号の急激な変化を抑制でき、この結果、係数Ｋの急激な変化に伴うノイズの発生を軽減できるゲイン調整用ディジタルフィルタ回路を提供できる効果がある。

また、係数Ｋの刻み幅を除算を用いずシフト演算で算出できるように、係数テーブル要素間の補間回数は２のべき乗数から１少ない回数にしているなど、処理に大きな負荷を発生させずに、オーディオ信号のゲインブースト／カット処理中の時間軸における信号に一定な傾きの直線的な遷移状態を持たせ、係数の急激な変化に伴うノイズを軽減できるゲイン調整用ディジタルフィルタ回路を提供できる効果がある。

本発明の実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路のゲインブースト量テーブルおよびゲインカット量テーブルの説明図である。本発明の実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路におけるゲインブースト量テーブルおよびゲインカット量テーブルのゲインブースト／カット量と係数Ｋとの関係を示す特性図である。本発明の実施例１のゲイン調整用ディジタルフィルタ回路における係数調整部のコントローラの動作を示すフローチャートである。

１……ゲインブースト量テーブル、２……ゲインカット量テーブル、３……ゲインブースト／カット量調整プログラム、４……メモリ、５……コントローラ、６……フィルタ部、１１……係数調整部。

Claims

ディジタルフィルタ回路の音質調整に用いる係数を、設定値に対応して生成する制御部と、
前記係数を増加させるための一定間隔毎の複数の設定値に対して、設定値の増加に応じて値が指数関数的に変化する関係にある複数の強調用の係数が対応付けられた強調用テーブルと、
前記係数を減少させるための一定間隔毎の複数の設定値に対して、設定値の減少に応じて値が指数関数的に変化する関係にある複数の減衰用の係数が対応付けられた減衰用テーブルと、
を有し、
前記制御部は、
新たな設定値が設定された場合、
前記強調用テーブルおよび前記減衰用テーブルを用いて、当該新たに設定された設定値に対応する係数と、現在の設定値に対応する係数との差分を演算し、
前記演算した係数の差分を複数に分割する補間幅と、前記補間幅による分割数より１少ない補間回数とを演算し、
前記補間回数での係数の更新により、各回で前記ディジタルフィルタ回路へ出力する係数を、前記補間幅毎に変化させ、前記現在の係数から前記新たに設定された係数に向かって変化させる調整処理を実行し、
前記補間幅は、
前記強調用テーブルまたは前記減衰用テーブルにおける、前記現在の設定値の絶対値が大きいほど、小さい値に演算され、
前記補間回数は、
前記補間幅が小さいほど、多い回数として演算される
ディジタルフィルタの係数調整回路。
前記強調用テーブルには、
音量を増加させるために前記制御部に設定される一定値間隔毎の複数のゲイン量に対して、ディジタルフィルタ回路の音量を所定の基準に対して増加させるための、所定の指数関数曲線上の複数のゲイン係数が、前記ゲイン量の順に並べて対応付けられ、
前記減衰用テーブルには、
音量を減少させるために前記制御部に設定される一定値間隔毎の複数のゲイン量に対して、ディジタルフィルタ回路の音量を前記所定の基準に対して減少させるための、前記所定の指数関数曲線上の複数のゲイン係数が、前記ゲイン量の順に並べて対応付けられ、
前記制御部は、
前記ゲイン量の設定に応じて、前記強調用テーブルまたは前記減衰用テーブルから、新たに設定された前記ゲイン量に対応するゲイン係数と、現在の前記ゲイン量に対応するゲイン係数とを選択し、
前記強調用テーブルまたは前記減衰用テーブルにおける、前記現在のゲイン量の順番に基づいて、前記補間幅および前記補間回数を切り替える
請求項１記載のディジタルフィルタの係数調整回路。
前記制御部は、
前記演算した係数の差分をシフト演算することにより、前記補間幅を演算し、
前記補間回数として、２のべき乗の回数より１少ない回数を演算する
請求項１または２記載のディジタルフィルタの係数調整回路。