JP4907595B2 - 音響処理装置及び音響処理方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の補間処理に用いられる基本標本化関数f(t)及び制御標本化関数c0(t)が示す波形である。ここで、離散データの標本位置をtとし、当該離散データの標本位置[−2,2]間での基本標本化関数f(t)及び制御標本化関数c0(t)からなる標本化関数s2(t)は、次式、
次に、上述した標本化関数sN(t)用いて補間処理を実行するオーディオ装置について以下説明する。図2において、1はオーディオ装置を示し、音響処理部2がフイールドプログラマブルゲートアレイ(以下、これをFPGAと呼ぶ)3にプログラミングされて設けられている。因みに、このFPGA3は複数個の回路ブロックと配線ブロックとがチップ上に規則的に並べられ、当該回路ブロック及び配線ブロックの内部には回路の電気的な接続または非接続をプログラムできるデバイスが多数配置され、ユーザがこれらのデバイスをプログラム(定義)することによりブロック内部とブロック間接続をフイールド(利用現場)にて設計できるようになされている。
(3−1)音響処理部における補間処理の概略説明
実際上、FPGA3には、図3に示すような回路構成を有する音響処理部2がプログラミングされて設けられ得る。この音響処理部2は、所定数(この場合4つ)の離散データを順次抽出して保持する離散データ抽出部15と、離散データ抽出部15で抽出保持された所定数の離散データを一度に受け取り、これら離散データを用いて補間処理を実行する関数処理部14とから構成されており、入力部6から順次入力される離散データ間を所定の時間間隔でデータ補間し得るようになされている。
次に、時間的に連続して並ぶ4つの離散データに基づいて所定の2つの離散データ間の補間値を算出する補間処理について、連続する4つの離散データと、補間位置である着目点との位置関係を示す図4を用い、以下説明する。この図4では、標本位置t1、t2、t3、t4のそれぞれに対応して順次入力される離散データd1、d2、d3、d4の各値をY(t1)、Y(t2)、Y(t3)、Y(t4)とし、標本位置t2及びt3間の所定位置(すなわち補間位置(t2から距離b))t0に対応した補間値yを求める場合を考える。
基本補間値算出処理の内容としては、図6(A)〜(D)に示すように、各標本位置t1、t2、t3、t4毎に、基本標本化関数f(t)のt=0(中心位置)におけるピーク高さを一致させ、このときの補間位置t0におけるそれぞれの基本標本化関数f(t)の値を求めることになる。
そして、基本項演算部16は、補間位置t0の着目点に対応して得られた4つの値f(1+b)・Y(t1)、f(b)・Y(t2)、f(1−b)・Y(t3)、f(2−b)・Y(t4)を、基本項畳み込み回路24において畳み込み演算し、着目点に対応する基本補間値yaが計算される。因みに、この実施の形態の場合、補間位置t0の着目点に対応して得られた値f(1+b)・Y(t1)及びf(2−b)・Y(t4)は、図6(A)及び(D)に示すように0となるため、基本補間値yaは、{f(b)・Y(t2)}+{f(1−b)・Y(t3)}となる。
一方、制御補間値算出処理の内容としては、図7(A)〜(D)に示すように、各標本位置t1、t2、t3、t4毎に、制御標本化関数c0(t)のt=0(中心位置)を一致させて、各制御標本化関数c0(t)に対応した離散データd1、d2、d3、d4の値Y(t1)、Y(t2)、Y(t3)、Y(t4)を乗算し、このときの補間位置t0におけるそれぞれの制御標本化関数c0(t)の値を求めることになる。
線形加算部19は、基本項演算部16により算出された着目点に対応する基本補間値yaと、制御項演算部17及び係数乗算部18により算出された着目点に対応する制御補間値ybとを線形加算することにより、補間位置t0における補間値yを出力し得るようになされている。
かかる構成に加えて、音響処理部2は、パラメータ設定部7によって係数乗算部18の可変パラメータαの数値が変更されることにより標本化関数sN(t)の値が変更され、その結果、補間値yが変動してアナログ信号の周波数特性を変化させ得るようになされている。ここでは、可変パラメータαを変更した際に、標本化関数sN(t)がどのように変化するかについて、図1に示した基本標本化関数f(t)が示す波形と、制御標本化関数c0(t)が示す波形とを合成した波形に着目して以下説明する。
以上の構成において、音響処理部2では、基本項演算部16に基本標本化関数f(t)を記憶しておき、離散データ抽出部15によって抽出された各離散データd1、d2、d3、d4毎に補間位置t0までの距離をtとして基本標本化関数f(t)の値を計算し、離散データd1、d2、d3、d4のそれぞれに対応させた基本標本化関数f(t)の値を畳み込み演算することより、補間位置t0での基本補間値yaを計算するようにした。
なお、上述した実施の形態においては、基本項演算部16及び制御項演算部17によって、離散データ間にある複数の補間値を1つずつ順次算出してゆくようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、離散データ間にある複数の補間値を一括に算出するようにしてもよい。
3 FPGA(フイールドプログラマブルゲートアレイ)
10 セレクタ
14 関数処理部(関数処理手段)
15 離散データ抽出部(離散データ抽出手段)
16 基本項演算部(基本項演算手段)
17 制御項演算部(制御項演算手段)
18 係数乗算部(係数乗算手段)
19 線形加算部(線形加算手段)
32 基本項行列演算回路(基本項演算手段)
33 制御項行列演算回路(制御項演算手段)
Claims (22)
- 有限回微分可能であって有限台の値を有した基本標本化関数と、
有限回微分可能であって有限台の値を有し前記基本標本化関数が示す波形と異なる波形を示す制御標本化関数と
からなる標本化関数を用いて、
時間方向に並ぶ複数の離散データに対する前記基本標本化関数および前記制御標本化関数を用いたそれぞれの畳み込み演算と、前記標本化関数を用いた各畳み込み演算結果の線形加算とによって、前記離散データ間の補間値を算出する関数処理手段を備え、
前記関数処理手段は、ユーザによって任意の数値に設定可能な可変パラメータを前記制御標本化関数の値に乗算する係数乗算手段を有し、
前記離散データの標本位置をtとしたとき、
前記基本標本化関数をf(t)とし、前記基本標本化関数は、次式
前記制御標本化関数をC 0 (t)=C r (t)+C r (−t)とし、前記C r (t)は、次式
ユーザによって任意の数値に設定可能な可変パラメータをαとしたとき、
前記離散データの標本位置[−2,2]間での前記標本化関数をs 2 (t)とし、前記標本化関数は、次式
ことを特徴とする音響処理装置。 - 前記関数処理手段は、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを用いて、前記離散データに対する前記畳み込み演算をそれぞれ実行した後、前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを用いた前記畳み込み演算によって得られた各演算結果を、前記標本化関数を用いて線形加算することにより前記補間値を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の音響処理装置。 - 前記補間値が算出される着目点を挟んで存在する所定数の前記離散データを抽出する離散データ抽出手段を備え、
前記関数処理手段は、
前記離散データ抽出手段によって抽出された各前記離散データ毎に求めた前記着目点までの距離を用いて前記基本標本化関数の値を計算し、前記離散データのそれぞれに対応させた前記基本標本化関数の値を畳み込み演算することより、前記着目点での基本補間値を計算する基本項演算手段と、
前記離散データ抽出手段によって抽出された各前記離散データ毎に求めた前記着目点までの距離を用いて前記制御標本化関数の値を計算し、前記離散データのそれぞれに対応させた前記制御標本化関数の値を畳み込み演算することより、前記着目点での制御補間値を計算する制御項演算手段と、
前記基本項演算手段により算出した前記基本補間値と、前記制御項演算手段により算出した前記制御補間値との線形加算により前記補間値を算出する線形加算手段と
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の音響処理装置。 - 前記関数処理手段は、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを予め前記線形加算した前記標本化関数を用いて、前記離散データに対する前記畳み込み演算を行うことにより前記補間値を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の音響処理装置。 - 前記補間値が算出される着目点を挟んで存在する所定数の前記離散データを抽出する離散データ抽出手段を備え、
前記関数処理手段は、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを予め前記線形加算した前記標本化関数が記憶されており、各前記離散データ毎に求めた前記着目点までの距離を用いて前記標本化関数の値を計算する関数演算手段と、
前記離散データのそれぞれに対応させた前記標本化関数の値を畳み込み演算することより、前記着目点での補間値を計算する畳み込み演算手段と
を備えることを特徴とする請求項1又は4記載の音響処理装置。 - 前記基本標本化関数は、前記離散データの標本位置の区間[−1,1]において1回だけ微分可能な区分多項式で他の区間は恒等的に0で表される関数であり、
前記制御標本化関数は、前記離散データの標本位置の区間[−2、2]において1回だけ微分可能な区分多項式関数で他の区間では恒等的に0となる関数である
ことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項記載の音響処理装置。 - 数値が異なる複数の前記可変パラメータが予め記憶されており、前記複数の可変パラメータの中から前記制御標本化関数に乗算するいずれか1つの前記可変パラメータを選択させるためのセレクタを備える
ことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の音響処理装置。 - 前記関数処理手段は、
ユーザの指定したプログラムデータに基づいてユーザ所望の制御形態でなる回路構成を形成するフイールドプログラマブルゲートアレイにプログラミングされる
ことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項記載の音響処理装置。 - 前記関数処理手段は、
ユーザの指定したプログラムデータに基づいてユーザ所望の制御形態でなる演算構成を形成するプログラマブル信号処理デバイスにプログラミングされる
ことを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1項記載の音響処理装置。 - 前記基本標本化関数及び前記制御標本化関数は、
着目する前記離散データ間の所定の区分数に応じて予め計算された前記基本標本化関数及び前記制御標本化関数の演算値をそれぞれテーブル化しておき、
前記制御標本化関数のテーブル値と前記離散データとの畳み込み演算と、
該畳み込み演算の出力と前記可変パラメータとの乗算と、
該乗算結果と前記基本標本化関数のテーブル値と前記離散データとの畳み込み演算との前記線形加算と
を前記離散データの入力毎に演算して、前記補間値を出力する
ことを特徴とする請求項1〜9のうちいずれか1項記載の音響処理装置。 - 前記離散データ間の前記区分数が複数の場合、それら区分数の最小公倍数の区分数で前記テーブル値を予め演算しておき、前記離散データの入力開始時に設定される前記区分数に応じて、前記テーブル値を最小公倍数/区分数の間隔毎に選択抽出して、該テーブル値と前記離散データとの畳み込み演算を実行する
ことを特徴とする請求項10記載の音響処理装置。 - ユーザにより任意の数値に可変パラメータが設定されるパラメータ設定ステップと、
有限回微分可能であって有限台の値を有した基本標本化関数と、前記可変パラメータが乗算され有限回微分可能であって有限台の値を有し前記基本標本化関数が示す波形と異なる波形を示す制御標本化関数とからなる標本化関数を用いて、時間方向に並ぶ複数の離散データに対する前記基本標本化関数および前記制御標本化関数を用いたそれぞれの畳み込み演算と、前記標本化関数を用いた各畳み込み演算結果の線形加算とによって、前記離散データ間の補間値を算出する関数処理ステップと
を備え、
前記離散データの標本位置をtとしたとき、
前記基本標本化関数をf(t)とし、前記基本標本化関数は、次式
前記制御標本化関数をC 0 (t)=C r (t)+C r (−t)とし、前記C r (t)は、次式
ユーザによって任意の数値に設定可能な可変パラメータをαとしたとき、
前記離散データの標本位置[−2,2]間での前記標本化関数をs 2 (t)とし、前記標本化関数は、次式
ことを特徴とする音響処理方法。 - 前記関数処理ステップは、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを用いて、前記離散データに対する前記畳み込み演算をそれぞれ実行する畳み込み演算ステップと、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを用いた前記畳み込み演算によって得られた各演算結果を前記線形加算することにより前記補間値を算出する線形加算ステップと
を備えることを特徴とする請求項12記載の音響処理方法。 - 前記補間値が算出される着目点を挟んで存在する所定数の前記離散データを抽出する離散データ抽出ステップを備え、
前記関数処理ステップは、
前記離散データ抽出ステップにおいて抽出された各前記離散データ毎に求めた前記着目点までの距離を用いて前記基本標本化関数の値を計算し、前記離散データのそれぞれに対応させた前記基本標本化関数の値を畳み込み演算することより、前記着目点での基本補間値を計算する基本項演算ステップと、
前記離散データ抽出ステップにおいて抽出された各前記離散データ毎に求めた前記着目点までの距離を用いて前記制御標本化関数の値を計算し、前記離散データのそれぞれに対応させた前記制御標本化関数の値を畳み込み演算することより、前記着目点での制御補間値を計算する制御項演算ステップと、
前記基本項演算ステップにおいて算出した前記基本補間値と、前記制御項演算ステップにおいて算出した前記制御補間値とを線形加算して前記補間値を算出する線形加算ステップとを備える
ことを特徴とする請求項12又は13記載の音響処理方法。 - 前記関数処理ステップは、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを予め前記線形加算した前記標本化関数を用いて、前記離散データに対する前記畳み込み演算を行うことにより前記補間値を算出する
ことを特徴とする請求項12記載の音響処理方法。 - 前記補間値が算出される着目点を挟んで存在する所定数の前記離散データを抽出する離散データ抽出ステップを備え、
前記関数処理ステップは、
前記基本標本化関数と前記制御標本化関数とを予め前記線形加算した前記標本化関数を記憶しておき、各前記離散データ毎に求めた前記着目点までの距離を用いて前記標本化関数の値を計算する関数演算ステップと、
前記離散データのそれぞれに対応させた前記標本化関数の値を畳み込み演算することより、前記着目点での補間値を計算する畳み込み演算ステップと
を備えることを特徴とする請求項12又は15記載の音響処理方法。 - 前記基本標本化関数は、前記離散データの標本位置の区間[−1,1]において1回だけ微分可能な区分多項式で他の区間は恒等的に0で表される関数であり、
前記制御標本化関数は、前記離散データの標本位置の区間[−2、2]において1回だけ微分可能な区分多項式関数で他の区間では恒等的に0となる関数である
ことを特徴とする請求項12〜16のうちいずれか1項記載の音響処理方法。 - 前記パラメータ設定ステップでは、予め記憶された前記数値が異なる複数の前記可変パラメータの中から、前記制御標本化関数に乗算するいずれか1つの前記可変パラメータを選択させる
ことを特徴とする請求項12〜17のうちいずれか1項記載の音響処理方法。 - 前記関数処理ステップを、
ユーザの指定したプログラムデータに基づいてフイールドプログラマブルゲートアレイにプログラミングされたユーザ所望の制御形態でなる回路構成で実行する
ことを特徴とする請求項12〜18のうちいずれか1項記載の音響処理方法。 - 前記関数処理ステップを、
ユーザの指定したプログラムデータに基づいてプログラマブルな信号処理デバイスにプログラミングされたユーザ所望の制御形態でなる演算回路構成で実行する
ことを特徴とする請求項12〜19のうちいずれか1項記載の音響処理方法。 - 前記関数処理ステップは、
着目する前記離散データ間の所定の区分数に応じて予め計算された前記基本標本化関数及び前記制御標本化関数の演算値をそれぞれテーブル化しておき、
前記制御標本化関数のテーブル値と前記離散データとの畳み込み演算と、
該畳み込み演算の出力と前記可変パラメータとの乗算と、
該乗算結果と前記基本標本化関数のテーブル値と前記離散データとの畳み込み演算との前記線形加算と
を前記離散データの入力毎に演算して、前記補間値を出力することを特徴とする請求項12〜20のうちいずれか1項記載の音響処理方法。 - 前記関数処理ステップは、
前記離散データ間の前記区分数が複数の場合、それら区分数の最小公倍数の区分数で前記テーブル値を予め演算しておき、前記離散データの入力開始時に設定される前記区分数に応じて、前記テーブル値を最小公倍数/区分数の間隔毎に選択抽出して、該テーブル値と前記離散データとの畳み込み演算を実行する
ことを特徴とする請求項21記載の音響処理方法。
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