JPS59189712A - 周波数帯域分割回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は周波数帯域分割回路に係り、広帯域の入力信号
を低周波数帯域と高周波数帯域とに夫々分割して出力す
る周波数帯域分割回路に関する。

従来技術 従来よシ広帯域信号を低周波数帯域と高周波数帯域とに
夫々分割し、低周波数信号及び高周波数信号中々に所定
の信号処理を行なうことにより、例えば広帯域信号を記
録媒体に記録しこれを再生することにより生ずるノイズ
を低減したυ、あるいは各分割周波数帯域毎に所望のレ
ベル制御を行なってトーンコントロールを行なうことが
できることは良く知られている。例えば、映像機器分野
では再生輝度信号を高周波数帯域と低周波数帯域とに夫
々分割し、これによシ得られた高周波数信号をスライス
回路（又はクリッパ）に通して視覚的に目につき易い高
周波数信号中のノイズ成分をスライスして除去し、この
スライス回路を通した高周波数信号を、分離した前記低
周波数信号と加算して出力する映像信号のノイズ低減回
路が用いられることがある。

発明が解決しようとする問題点 このように、広帯域信号を高周波数帯域と低周波数帯域
とに夫々分割する周波数帯域分割回路は各種の用途に供
せられるが、従来はＣＲによる高域フィルタと低域フィ
ルタとを用いていたため、群遅延時間歪の発生は避けら
れなかった。この群遅延時間歪はリンギング等を生じさ
せ、上記の映像信号のノイズ低域回路などでは画質を劣
化させる原因となっていた。

そこで、本発明は高域周波数信号はコサインイコライザ
で取り出し、低域周波数信号はガウスフィルタで取り出
すことによシ、上記の問題点を解決した周波数帯域分割
回路を提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、入力信号よシ高周波数帯域の高周波数信号を
主に周波数選択して取シ出すコサインイコライザと、入
力信号より低周波数帯域の低周波数信号を主に周波数選
択して取シ出すガウスフィルタとより構成したものであ
り、以下図面と共にその一実施例について説明する。

実施例 本発明は上記した如く、コサインイコライザとガウスフ
ィルタとを夫々使用するものであるので、まずこれらに
ついて説明する。、ＢＢ　１図はコサインイコライザに
用いる遅延線の概念を示す回路図で、信号源１は特性イ
ンピーダンス３（値Ｒｏ　）　、長さｔの遅延ａ２によ
り遅延されて出力される。遅延線２の出力側は終端され
ていない。いま送端重圧をＶｓ　、遅延線２の入力電圧
をＶＩ、受端電圧′ｔｃＶＲとすると、遅延線２０入カ
インピーダンスＺ（イ）は次式で示される。

Ｚ（乃−−ＪＲＯｃｏｔβｔ（１） ここで、Ｒ０＝μＩ／ＣＩ　、　　β＝２π／λ−ωＢ
石下ｌである。ただし、Ｌｌ　、　Ｃ１は遅延線２の単
位長さ当りのインダクタンスと並列容量で、βは位相定
数である。また受端電圧ＶＢは ＶＢ　＝　　ＶＢ−ｅｘｐ　（Ｊβｔ　）　　　　　　
　　　　　　　　　　（２）で、入力電圧Ｖ□ば Ｖ□＝　Ｖ８−　Ｚ（／り／（）ｔｏ＋Ｚ（、／）　）
＝■８・ＣＯ５βｔ−ｅｘｐ　（−ｊｌｊｌ、　）　　
　　　　（３）となる。

このような入力インピーダンスＺ（Ａをもち、また受端
電圧ＶＲ及び入力電圧■■が（１）式〜（３）式で表わ
されるような遅延線２の出力端を第２図に示す如く差動
増幅器４の第２の入力端子に接続すると共に遅延線２の
入力端を差動増幅器４の第１の入力端子に接続した第２
図に示す回゛銘がコサインイコライザである。ここで、
差動増幅器４　ｔＪ、　ｋ＝　１の入力端子から出力端
子への利得が０１　　で、泥２の入力端子から出力端子
への利得が−０２であるものとすると、差動増幅器４の
出力電圧■。ｒｊ（２）弐及び（３）式を用いて次式で
示される。

Ｖ、　＝Ｑ、　＜ｔ□−Ｇ２Ｖ。

＝　ＶＳ−０２”　（１（ＧＩ／ｌ＋２）＋＋ｃ０５β
ｔ）−ｅｘｐ（−ｊβ７）（４）ただし、（４）式中負
の記号は極性が反転するたけなので省略している。

ここで、遅延線２は実際には第４図に示すように、Ｌ、
Ｃよりなるｎｗｌのセクションをもった遅延素子が用い
られる。ｎセクションの遅延時間τは τ＝ｎμで（５） で示される。遅延線２の遅延時間がτである、第２図に
示すコサインイコライザの周波数特性は、（４）式より
βｔがπのときの周波数ｆｐで最大値となる第３図に示
す如き特性となる。ここで、周波数ｆ、は（５）式中の
ｎ＝ｌとすると、 ｆｐ　＝　１／Ｔ２τ）（６） となる。第３図かられかるようにこのコサインイコライ
ザは、周波数ｆ、でピークをもち、またこれは遅延時間
τを調整すると・とにより任意に設定することができる
ので、高域周波数信号を周波数選択するのに使用するこ
とができる。しかも、このコサインイコライザは遅延時
間歪を生じないので、映像信号のような広帯域信号を帯
域分割するのに適している。

次にガウスフィルタについて文献（渡部和著。

伝送回路網の理論と設計、（株）オーム社、昭和４３年
１２月２６日第１版第１刷）を引用して説明する。一般
に波形の時間幅が短い程、その周波数スペクトラムの占
有幅は大きく、又その逆のこともいえるので、任意の波
形の時間幅とその周波数スペクトラムの占有幅（帯域幅
）とを夫々同時に限りなく狭くすることはできないこと
は良く知られている。これは物理学上ではノ・イゼンベ
ルク（Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ）が見出した゛不確定性原
理″が始まりであるが、信号伝送論についても多くの人
が指摘してきたものである、信号伝送の立場から見れば
、波形の時間幅と帯域幅のどちらか一方を与えられた許
容値以内に抑えたまま他の一方を可能な限り狭くするこ
とが望ましい。

ここで信号の波形表示をｆ　（ｔ）とし、そのフーリエ
変換をＦ（ハ）とする。当然のことであるがＦ（ハ）は
ｆ（りの周波数表示である。ここで信号波形の全エネル
ギーを Ｅ　＝　ｔｌｒ（ｔＢ２ｄｔ　＝ｆ”ＩＦ←）　Ｉ２ｄ
ω＝　１（７）−００＝　ｃｘｙ と規準化しておく。

時間幅、帯域幅でのエネルギー分散を考えるとＲ１１４
１幅：　Ｗ＝　、／”ｔ２１ｆ（ｔ）　１２ｃｔｔ＝　
、／’：ｌ讐１２ｄｃｉ、＋　（８）と表わされる。

ここで（７）式の条件の下にＷとＷの一方を一定にして
他方を最小とする変分問題を考察する。これはラグラン
ジェ（Ｌａｇｒａｎｇｅ　）の未定係数を導入して Ｗ＋λ２Ｗ＋バＥ　　１　）＝Ｍｉｎ：　（Ｗ　−一定
−ｃ’ｗを最小とする場合）叫 Ｗ＋λ２Ｗ＋／ｊ’（Ｅ−１）＝Ｍｉｎ　：　（Ｗ　＝
一定でｗを最小とする場合）αη という変分問題になる。

これらの変分問題に対するオイラー（Ｅｕ１ｅｒ　）ｘ
＝ｔ７ＪＴ、　２ｎ＋ｘ＝ｔｔ７λとオイテ（１２式を
書き直すと ２ｆ −７；　＋（２ｎ＋１−Ｘ２）　ｆ＝ｏ　　　　　　　
　　　（１３この微分方程式はｎ＝ｏ、］、２・・・に
対しＭが存＝　Ｈｎ（ｘ）−ｅｘｐ（−ｘ２／２　）　
　　　　　　　　α４）と表わされることは良く知られ
ている。ここでＨｎ（ｋ）は工／ｌ／　ミー　ト（Ｈｅ
ｒｍｉｔｅ　）多項式テする。

Ｆ←）についても全く同様に０→式で表わされるが、そ
れと同時に両者ｄ、フーリエ変換で結ばれていることか
ら Ｐｎ（ｏ＞）　　−１１ｎ（ｘ）−ｅｘｐ　　（−ｘ２
／２　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
Ｑ＄（ｘ　＝、＃−ｃｖ＋） となることがわかる。

ｎ＝０　、１　、２に対するｆｎ（ｔ）及びＦｎ（０７
）を求めると次表に示す如くになる。

上記表において、固有値ｎが０であるときのｆｏ（ｔ）
　、　Ｆｏ←）はＷとＷを同時に最も小さくする信号波
形とその周波数表示になっている。ｆｏ（ｉ）はガウス
分布密度関数と同一であることがらガウスパルスと呼ば
れ、δ（デルタ）関数入力に対しこのガウスパルス出力
を与えるフィルタ（その伝達関数はＦ←））をガウスフ
ィルタという。第５図は上記ｆｎ（ｔ）又は”ｎ（→の
波形を示す（ただし、同図ではｎ＝０．１．２）。

このように、ガウスパルスは時間制限１周波数制限がな
い場合に、そのエネルギーの分散を最も小さくする波形
としてパルス伝送の基本波形として重要視されているも
のである。しかし、ガウスフィルタは有限集中回路網で
は実現できないので、これに近似する伝達関数として実
現可能な崩理関数を求めることが必要となってくる。近
似の方法は種々あるが、ガウスパルスは対称波形である
から、ベッセル（Ｂｅ５ｓｅｌ　）多項式５ｎ（Ｉ））
を採用して波形モーメントを近似する方法は非常に効果
的である。しかし、ｆ（ｐ”）は複素根を持ち回路実現
には誘導線輪を必要とし難点とムる。しかし、ｆ（ｐ２
）の導入による波形の変化はかなシ小さいことが分って
おり通當はｆ（ｐ２）　＝　１として実用上差し支えな
い。

フルビッツ（Ｈｕｒｗｉｔｚ　）多項式についてもその
パルスレスポンスは略ガウスパルス波形ニ近イ。

しかし、ベッセル多項式以外のものは最大対称波形とは
ならないので主パルスの後に小さい遅れパルスが発生す
る。このようなガウスフィルタを用いると、群遅延時間
歪の発生を極めて小さくして高域を減衰させることがで
きる。特にベッセル多項式によるガウスフィルタは、ガ
ウスパルスが対称波形となるので、群遅延時間歪が極め
て小さく好適である。また周波数特性からみると、ガウ
スフィルタは直線傾斜形の高域減衰特性を得ることがで
きるので、用途によっては極めて有用である。

次に本発明回路につき説明するに、第６図は本発明回路
の一実施例のブロック系統図を示す。同図中、入力端子
５に入来した入力信号は第２図に示す如き構成のコサイ
ンイコライザ６及び前記したガウスフィルタ８に夫々供
給される。コサインイコライザ６は第３図と共に説明し
たように高域フィルタ特性を有しており、ここでは第７
図に破線Ｉで示す如き周波数特性を有している。従って
、入力信号はコサインイコライザ６により主に高周波数
信号が周波数選択されて取り出され、出力端子７より出
力される。

一方、ガウスフィルタ８は前記したように高域を減衰さ
せる周波数特性を有しており、ここでは第７図に実線■
で示す如き低域フィルタ特性を有している。従って、入
力端子５の入力信号はガウスフィルタ８によシ主に低周
波数信号が周波数選択されて取り出され、出力端子９よ
り出力される。

ガウスフィルタ８としては、ベッセル多項式によるもの
を用いると、特に群遅延時間歪が極めて小さくできるの
で、特に好適である。

効果 上述の如く、本発明によれば、コサインイコライザとガ
ウスフィルタとを夫々用いているので、広帯域信号を低
周波数帯域と高周波数帯域とに夫々分割しても、群遅延
時間歪を殆ど生ずることになく、よって分割して得られ
た低周波数（ｆｉ号及び高周波数イ菖号を夫々信号処理
するのが容易であり、また両（Ｆｔ号をその後ｅこ合成
処理して元の広帯域信号に戻し２ても群遅延時間歪によ
る信号の劣化（例えは画質の劣化など）は生ずることな
く、好適に信号処理を行なうことができる等の特長を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はコサインイコライザに用いる遅延線の一例の概
念図、第２図はコサインイコライザの構成の一例を示す
ブロック系統図、第３図はコサインイコライザの一例全
示す特性図、第４図はコサインイコライザに用いる遅延
線の一例を示す回路図、第５図はガウスフィルタを説明
子るための図、第６図は本発明回路の一実施例を示すブ
ロック系統図、第７図Ｆｉ第６図図示回路の各部の周波
数特性を示す図である。 １・・・信号源、２・・・遅延線、３・・・特性インピ
ーダンス、４・・・差動増幅器、５・・・入力端子、６
・・・コサインイコライザ、７・・・高周波数信号出力
端子、８・・・ガウスフィルタ、９・・・低周波数信号
出力端子。 特許出願人　日本ビクター株式会社 代理人弁理士伊東忠ｒ 第１図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を高周波数帯域と低周波数帯域とに夫々
   分割する周波数帯域分割回路であって、該入力信号よシ
   上記高周波数帯域の高周波数信号を主に周波数選択して
   取シ出すコサインイコライザと、該入力信号よシ上記低
   周波数帯域の低周波数信号を主に周波数選択して取り出
   すガウスフィルタとよシ構成したことを特徴とする周波
   数帯域分割回路。
2. （２）該ガウスフィルタは、ベッセル多項式によるフィ
   ルタであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の周波数帯域分割回路。