JPH0691392B2 - デジタルレベル検出回路 - Google Patents

デジタルレベル検出回路

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JPH0691392B2
JPH0691392B2 JP60289865A JP28986585A JPH0691392B2 JP H0691392 B2 JPH0691392 B2 JP H0691392B2 JP 60289865 A JP60289865 A JP 60289865A JP 28986585 A JP28986585 A JP 28986585A JP H0691392 B2 JPH0691392 B2 JP H0691392B2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers

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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で説明する。
A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術 D発明が解決しようとする問題点 E問題点を解決するための手段(第1図) F作用 G実施例 G1第1の実施例(第1図) G2第2の実施例(第2図) G3他の実施例 H発明の効果 A産業上の利用分野 この発明はデジタルレベル検出回路に関する。
B発明の概要 この発明は、デジタルレベル検出回路において、アタッ
ク応答の開始時点付近におけるレベル検出出力を制限す
ることにより、アタック応答特性のばらつきを小さくし
たものである。
C従来の技術 8ミリビデオや電子スチルカメラなどのオーディオ信号
系においては、記録時、そのオーディオ信号のレベルを
所定の特性で圧縮して記録し、再生時、再生されたオー
ディオ信号のレベルを、記録時とは相補な特性で伸張し
てもとのオーディオ信号を得るようにしている。
また、8ミリビデオにおいては、オーディオ信号をPCM
信号に変換して記録し、電子スチルカメラにおいては、
記録時、オーディオ信号をアナログ信号からデジタル信
号に変換してから時間軸圧縮を行っている。
そこで、オーディオ信号のレベル圧縮回路として第6図
に示すようなものが考えられている。
すなわち、同図において、アナログのオーディオ信号Sa
が、入力端子(1)を通じてオペアンプ(2)に供給さ
れるとともに、このオペアンプ(2)の負帰還路には可
変アッテネータ(乗算回路)(3)が接続される。した
がって、アッテネータ(3)の減衰量を制御することに
より、アンプ(2)からはレベル圧縮されたオーディオ
信号Scが取り出される。
そして、この信号ScがA/Dコンバータ(4)に供給され
て所定のビット数のデジタル信号Sdに変換され、この信
号Sdが出力端子(5)に取り出される。また、このと
き、信号Sdがデジタルレベル検出回路(6)に供給され
て信号Sdが示すレベル(信号Sdをアナログ信号に変換し
たときのそのアナログ信号のレベル)の検出信号V
(t)がデジタル信号の状態で取り出され、この信号V
(t)がアッテネータ(3)に制御信号として供給され
る。
したがって、端子(5)の信号Sdは、オーディオ信号Sa
が、レベル圧縮され、かつ、A/D変換されたデジタル信
号である。
この場合、信号Sdに対するアタック応答特性,ホールド
応答特性およびリカバリ応答特性は、第8図に示すとお
りである。ただし、同図は、これらの応答性をアナログ
信号に変換して示す。
そして、同図Aはアタック応答特性を示し、信号Sdのレ
ベルが時点t=0に値aから値bまでステップ的に上昇
したとき、信号(電圧)V(t)のアタック応答特性
は、 V(t)=((bN−aN)(1-exp(-t/T)+aN)1/N ・・・(i) N,Tは定数 で示される。また、同図Bはホールド応答特性およびリ
カバリ応答特性を示し、信号Sdのレベルが時点t=0に
値aから値bまでステップ的に下降したとき、信号V
(t)のホールド応答特性は、t≦tHの期間について V(t)=a ・・・(ii) で示され、リカバリ応答特性は、t≧tHについて、 V(t)=(b−a)exp(−(t−tH)/TR)+a ・・・(iii) tH,TRは定数 で示される。
なお、このようなホールド応答特性およびリカバリ応答
特性を持たせるのは、信号Saの周波数が低いとき、信号
V(t)のリップル成分が増大して信号Scが変調され、
この結果、低域の歪みが増大することを防止するためで
ある。
そして、第8図Aからも明らかなように、アタック応答
特性においては、任意の時点t=iの電圧Vi(=V
(i))は、時点t=iよりも1つ前のサンプリング時
点t=i−1の電圧Vi-1(=V(i−1))に、その差
分ΔVを加算すればよく、この差分ΔVは、電圧Vi-1
信号Sdの絶対値|Sd|との比で決まるアタックの応答用の
定数をもとにして求められる。したがって、初期値を値
aとしてサンプリング期間ごとの差分を順次加算してい
けば、その時点tの電圧V(t)が求まる。また、ホー
ルド応答特性は、(ii)式にも示すように平坦であり、
リカバリ応答特性は(iii)式にも示すように、コンデ
ンサの放電カープ(指数関数特性)と同じであり、した
がって、時間軸を離散的にして漸化式で示すと、(ii
i)式は、 V(t)=(|Sd|−V(t−1))k+a ・・・(iv) となる。つまり、電圧V(t)は、値aを初期値とし、
現時点t=iの電圧|Sd|と1つ前のサンプリング時点t
=i−1の電圧Vi-1との差に一定値kを乗算したもの
を、値aに繰り返し加算すれば、求めることができる。
したがって、以上のような応答特性を有する検出回路
(6)は、第7図のように構成することができる。
すなわち、同図において、デジタル信号Sdが、入力端子
(11)を通じて絶対値の検出回路(12)に供給されて現
時点t=iにおける信号Sdの絶対値|Sd|を示す信号|Sd|
とされ、この信号|Sd|が除算回路(13)に供給されると
ともに、後述するラッチ(18)から現時点t=iよりも
1つ前のサンプリング時点t=i−1における信号Vi-1
(=V(i−1))が除算回路(13)に供給される。こ
の除算回路(13)は、(Vi-1−|Sd|)の減算と、信号V
i-1のビットシフトとを繰り返すことによりVi-1/|Sd|の
除算を実現するものである。そして、その1回の除算に
おいて第1回目の(Vi-1−|Sd|)の減算を行ったとき、
第8図から明らかなように、 アタック応答時・・・Vi-1−|Sd|<0 リカバリ応答時・・・Vi-1−|Sd|≧0 (ホールド応答時) となるので、その第1回目の減算後の(Vi-1−|Sd|)の
MSB(符号ビット)は、 アタック応答時・・・“1" リカバリ応答時・・・“0" (ホールド応答時) となる。そこで、このMSBがラッチ(31)を通じてスイ
ッチ回路(32)に制御信号として供給される。
そして、アタック応答時には、除算回路(13)からの除
算信号Vi-1/|Sd|がアドレス信号形成回路(14)に供給
されて比率Vi-1/|Sd|から各時点に対応するアドレス信
号が形成され、このアドレス信号がROM(15)に供給さ
れて各時点における差分ΔV(=Vi−Vi-1)を百分率化
したアタック係数A(t)が取り出され、この係数A
(t)が乗算回路(16)に供給されるとともに、検出回
路(12)から信号Viが乗算回路(16)に供給されて信号
|Sd|に係数A(t)が乗算されることにより各時点にお
ける差分ΔVが求められる。
そして、アタック応答時は、スイッチング回路(32)は
図の状態に切り換えられているので、乗算回路(16)か
らの差分ΔVがスイッチ回路(32)を通じて加算回路
(17)に供給されるとともに、ラッチ(18)から信号V
i-1が加算回路(17)に供給され、したがって、加算回
路(17)において、信号Vi-1に差分ΔVが加算されて現
時点の信号Viが形成される。そして、この信号Viがラッ
チ(18)を通じて出力端子(19)に取り出されるので、
この信号Viは、第8図Aに示すアタック応答特性を有す
る。
一方、ホールド応答時およびリカバリ応答時には、上述
のように、除算回路(13)から“0"のMSBが出力される
が、このMSBがラッチ(31)を通じてタイマ用のリトリ
ガブルカウンタ(2)にカウントのクリアおよびスター
ト信号(カウントイネーブル信号)として供給されてカ
ウンタ(21)は時点t=0からクロック(図示せず)の
カウントをカウント値0からはじめる。そして、カウン
タ(21)の出力がROM(22)にアドレス信号として供給
され、カウント値がt≦tHの期間にはROM(22)からホ
ールド係数として値0が取り出され、t>tHの期間には
リカバリ係数として一定値kが取り出され、この値0ま
たはkが乗算回路(23)に供給される。
さらに、検出回路(12)からの信号|Sd|が減算回路(2
4)に供給されるとともに、ラッチ(18)からの信号V
i-1が減算回路(24)に供給されて差分ΔV(=|Sd|−V
i-1)が取り出され、この差分ΔVが乗算回路(23)に
供給されて値0またはkと乗算される。この場合、差分
ΔVは、第8図Bにも示すように一定のサンプリング期
間ごとのものであり、リカバリ応答特性は(iii)式に
も示すように単純な指数関数特性に値aを加えたもので
あるから、差分Δvと値0またはkとの乗算出力は、ホ
ールド応答時(t≦tH)またはリカバリ応答時(t≧
tH)における信号V(t)の減少分(変化分)を示して
いることになる。
そして、このとき、スイッチ回路(32)は図とは逆の状
態に切り換えられているので、乗算回路(23)の乗算出
力がスイッチ回路(32)を通じて加算回路(17)に供給
される。したがって、加算回路(17)からは、第8図B
に示すホールド応答特性およびリカバリ応答特性を有す
る信号Viが得られ、これが端子(19)に取り出される。
こうして、この検出回路(6)によれば、(i)〜(ii
i)式に示したアタック応答特性,ホールド応答特性お
よびリカバリ応答特性を有する検出信号V(t)を得る
ことができる。
(文献:特願昭60−57215号の明細書および図面) D発明が解決しようとする問題点 ところで、上述のアタック応答係数A(t)は、ROM(1
5)のアドレスpに対して次のように計算される。すな
わち、第9図に示すように、入力信号Sdとして単位ステ
ップ信号を与えて検出回路(6)の理論的なアタック応
答特性((i)式)を使用する。そして、ROM(15)の
アドレスpに対して、 V(t)=p/2n となる時点tをt1とし、この時点t1から次のサンプリン
グ時点t2(=t1+Ts.Tsはサンプリング周期)における
信号V(t)を、 V(t2)=q とすると、ROM(15)のp番地のデータ、すなわち、p
番地のアタック係数A(p)は、 A(p)=q−P/2n ・・・(v) 0≦P<2n となり、これは第3図の曲線のようになる。なお、同
図における横軸、すなわち、アドレスpは、形成回路
(14)により時間tとともに変化するので、この横軸の
時間軸と考えることもできる。
ところが、実際のレベル検出回路(6)においては、ア
タック係数A(p)が(v)式で示される理論値のとき
には、問題を生じてしまうことが判明した。
すなわち、上述のレベル圧縮回路において、D/Aコンバ
ータ(4)などの信号処理に遅延がなければ、アタック
応答時の各信号の波形は、第4図Aに示すとおりであり
(同図においては、デジタル信号はA/D変換してアナロ
グ信号の波形として示す)、これは上述のとおりのもの
であり、別に問題はない。
しかし、実際には、A/Dコンバータ(4)などの信号処
理に遅延があるので、その遅延を考慮すると、このレベ
ル圧縮回路の等価回路は第10図のようになる。ただし、
この図では、遅延要素(7)が主信号ラインの伝播時間
の遅延を代表し、これは数サンプリング期間程度の遅延
時間である。
このため、実際のレベル圧縮回路におけるアタック応答
時には、第4図Bに示すように、信号Saの変化に対して
信号Sd,V(t)が遅延し、この結果、信号Sdの立ち下が
りが早くなり、すなわち、アタック応答が速くなってし
まう。
この場合、アタック応答の時間がはじめから長く設定さ
れているとき、あるいは信号Saに対するサンプリング周
波数が十分に高く設定されているときには、遅延要素
(7)による遅延は小さいので、アタック応答の速くな
る割り合い(速くなった時間と正規のアタック応答の期
間との比)は小さく、したがって、あまり問題にならな
い。
しかし、8ミリビデオや電子スチルカメラなどのよう
に、アタック応答の期間が短く設定され、しかも、2倍
のオーバーサンプリング程度のときには、アタック応答
の速くなる割り合いが大きくなり、これは無視できな
い。
さらに、上述のレベル検出回路(6)においては、信号
Sdが時間的に離散した信号なので、信号Sa(Sc)に対す
るサンプリング時点の位相により信号V(t)のアタッ
ク応答特性がばらついてしまう。
すなわち、第5図は、信号Sd,V(t)をアナログ信号に
変換して示す。そして、信号Sdが時間的に連続した信号
であるときに、破線で示すように変化するものとすれ
ば、時間的に離散している実際の信号Sdは、サンプリン
グごとに得られるので、同図に○印で示すように分布す
る。なお、同図AとBとでは、信号Sdのサンプリング時
点に位相が異なる状態を示す。
そして、アタック応答の開始時点付近(t0)では、
アタック係数A(p)が大きいので、同図A,Bに実線で
示すように、信号Sdのサンプリング時点により信号V
(t)の立ち上がり量が大きく異なってしまう。そし
て、信号Sdに対するサンプリング時点は、信号Sdによっ
て異なるので、アタック応答特性は信号Sdによってばら
ついてしまう。
この発明は、以上のような問題点を一掃しようとするも
のである。
E問題点を解決するための手段 このため、この発明においては、アタック応答の開始時
点付近におけるアタック係数A(p)を、(v)式で示
される理論値よりも小さくする。
F作用 遅延要素(7)があっても、信号Sd,V(t)は第4図C
に示すように変化し、正しいアタック応答特性に近似さ
れた特性となる。また、第5図に太い破線で示すよう
に、信号V(t)の立ち上がり量のばらつきが小さくな
り、アタック応答特性のばらつきが小さくなる。
G実施例 G1第1の実施例 第1図において、ROM(15)にはアタック係数A(p)
として第3図に曲線あるいはで示す特性の値が書き
込まれる。この場合、アドレスpの小さい領域において
は、係数A(p)は遅延要素(7)の遅延量に応じて小
さくされているものであり、曲線においては、ほぼ直
線に近いが、コンデンサの充電カーブ(指数関数特性)
と同一であり、曲線は曲線に対してさらに丸みを持
たせたものである。
このような構成によれば、ROM(15)のアドレスpの小
さい領域、すなわち、アタック応答の開始時点付近で
は、アタック係数A(p)が(v)式で示される正規の
値よりも小さいので、信号Sd,V(t)は第4図Cに示す
ように変化することになり、信号Sdは、期間Tdを除く
と、遅延要素(7)がないときの正規の変化(同図A)
に近似される。
また、期間Tdには、信号Sdが、正規の変化からはずれて
いるが、この期間Tdは数m秒程度であり、よく知られて
いるように、マスキング効果、特に、一瞬の過大な音が
その後に続く音でマスクされる後向性マスキング効果に
より、この期間Tdの信号Sdの違いは識別できない。
さらに、例えば8ミリビデオのPCM音声の規格によれ
ば、レベル圧縮時のアタック応答特性は、周波数が5kHz
の入力信号のレベルがステップ状に20dB大きくなってか
ら、収れんするレベルよりも2dB大きいレベルとなるま
での期間が3m秒と規定されているので、信号Sdの期間Td
におけるレベルのずれは、問題にならない。
したがって、この発明によれば、主信号ラインに遅延要
素(7)があっても、聴感上、正規のアタック応答特性
と同等のアタック応答特性を得ることができる。
さらに、アタック応答の開始時点付近では、アタック係
数A(p)が小さいので、第5図A,Bに太い破線で示す
ように、信号Sdのサンプリング時点の位相が異なってい
ても、信号V(t)の立ち上がり量が小さくなってアタ
ック応答特性のばらつきが小さくなり、比較的均一なア
タック応答特性を得ることができる。
また、アタック係数A(p)を制限することにより信号
Sdが、すべてをアナログ処理した場合の特性にも似てく
るので、そのようなアナログ方式のものとの互換性も向
上する。
G2第2の実施例 第2図に示す例においては、アタック応答の動作時、差
分ΔVに係数A(p)を乗算するとともに、順次加算す
ることにより所定のアタック特性を得るようにした場合
である。
G3他の実施例 上述においては、アタック係数A(p)を制限すること
によりアタック応答特性を改善したが、乗算回路(23)
あるいは加算回路(17)における演算時に同様の制限を
与えてアタック応答特性を改善することもできる。さら
に、ホールド係数を非零としてホールドタイムのばらつ
きを改善することもできる。また、レベル伸張回路のレ
ベル検出回路にも適用できる。
H発明の効果 この発明によれば、アタック応答の開始時点付近におけ
るアタック係数A(p)を正規の値よりも小さくしてい
るので、主信号ラインに遅延要素(7)があっても、聴
感上、正規のアタック応答特性と同等のアタック応答特
性を得ることができる。
さらに、アタック応答の開始時点付近では、アタック係
数A(p)が小さいので、第5図A,Bに太い破線で示す
ように、信号Sdのサンプリング時点の位相が異なってい
ても、信号V(t)の立ち上がり量が小さくなってアタ
ック応答特性のばらつきが小さくなり、比較的均一なア
タック応答特性を得ることができる。
また、アタック係数A(p)を制限することにより信号
Sdが、すべてをアナログ処理した場合の特性にも似てく
るので、そのようなアナログ方式のものとの互換性も向
上する。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図はこの発明の一例の系統図、第3図〜第
10図はその説明のための図である。 (12)は検出回路、(15),(22)はROMである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力されたデジタルデータの絶対値を検出
    する検出回路と、上記絶対値とレベル検出出力との比を
    求める除算回路と、アタック応答用の係数が記憶されて
    いる第1のメモリと、ホールド応答用およびリカバリ応
    答用の係数が記憶されている第2のメモリと、演算回路
    とを有し、 上記アタック応答用の係数はアタック応答時の時間経過
    につれて変化する値とされ、 上記ホールド応答用およびリカバリ応答用の係数は所定
    値とされ、 上記除算回路の出力に基いてアタック応答動作とホール
    ド応答動作およびリカバリ応答動作とが切り換えられ、 上記アタック応答動作のときには、上記演算回路におい
    て上記アタック応答用の係数と上記レベル検出出力との
    間で乗算および加算が行われて上記入力されたデジタル
    データのレベルを示す上記レベル検出出力が取り出され
    るとともに、上記アタック応答の動作の開始時点付近に
    おいては、上記レベル検出出力の変化が制限され、 上記ホールド応答動作およびリカバリ応答動作のときに
    は、上記演算回路において上記ホールド応答用およびリ
    カバリ応答用の係数と上記レベル検出出力との間で乗算
    および加算が行われて上記入力されたデジタルデータの
    レベルを示す上記レベル検出出力が取り出されるデジタ
    ルレベル検出回路。
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