KR20040029470A

KR20040029470A - 음질 조정 장치 및 이것에 사용되는 필터 장치, 음질 조정방법, 및 필터 설계 방법

Info

Publication number: KR20040029470A
Application number: KR10-2004-7003449A
Authority: KR
Inventors: 고야나기유키오
Original assignee: 유겐가이샤 뉴로솔루션
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-06
Also published as: JPWO2003023961A1; CN100391102C; JP4300273B2; US20040161114A1; WO2003023961A1; TW577193B; EP1427104A1; EP1427104A4; CN1554148A

Abstract

필터 회로를 FIR 필터로 구성하고, 그 필터 계수를 대칭형으로 함으로써, 직선 위상 특성을 실현하며, 원하는 주파수 대역을 강조한 경우라도 위상 불균일이 생기지 않도록 한다. 또한 로우 패스 필터에 대한 제1 필터 계수군을, 그 수열의 합계치가 비제로이고 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 함으로써, 제1 필터 계수군의 부호를 일부 변환시키는 것만으로, 수열의 합계치가 제로이고 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 하이패스 필터에 대한 제2 필터 계수군을 용이하게 결정할 수 있도록 한다.

Description

음질 조정 장치 및 이것에 사용되는 필터 장치, 음질 조정 방법, 및 필터 설계 방법{SOUND QUALITY ADJUSTING DEVICE AND FILTER DEVICE USED THEREFOR, SOUND QUALITY ADJUSTING METHOD, AND FILTER DESIGNING METHOD}

종래, 음성 신호를 출력하는 장치에 있어서, 출력 음성의 음질을 개선하기 위한 방법으로서 여러 가지의 것이 제안되어 있다. 그 중에서도 비교적 간단한 방법의 하나로서, 입력 음성 신호에 대해서 로우 패스 필터 처리나 하이 패스 필터 처리를 실시하는 것이 있다.

이런 종류의 음질 조정 장치에서는, 입력 음성 신호를 로우 패스 필터와 하이 패스 필터에 통과시켜, 각 필터의 출력 신호와 입력 음성 신호와의 이득을 제어하여 모두 합산한다. 이 때, 각 필터 출력에 대한 이득과 입력 음성 신호에 대한 이득을 임의로 설정함으로써, 원하는 주파수 대역의 음을 임의로 강조하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 저주파 영역의 음(이른바 저음)을 강조하고 싶을 때는, 로우 패스 필터의 출력 신호에 대한 이득을 크게 하면 된다. 또한, 고주파 영역의 음(이른바 고음)을 강조하고 싶을 때는, 하이 패스 필터의 출력 신호에 대한 이득을 크게 하면 된다.

상기 종래의 음질 조정 장치에서는, 로우 패스 필터와 하이 패스 필터가 모두 직선 위상 특성을 가지며, 또한, 각 필터의 출력 신호를 이득 제어없이 가산했을 경우에, 모든 주파수 대역에서 게인이 완전하게 1(기준치)로 되는 것이 바람직하다.

직선 위상 특성이 요구되는 것은, 음성 신호가 필터를 통과함으로써 위상이 어긋나면, 위상 불균일에 의한 음질의 열화가 생겨 경우에 따라서는(특히 음량이 작은 경우 등) 음을 듣기 어렵게 되는 일이 있기 때문이다. 또한, 가산한 결과의 게인이 모든 주파수 대역에서 완전하게 기준치로 되는 것이 요구되는 것은, 이득 제어를 하지 않을 때에, 음질 조정을 하지 않은 상태를 실현하기 위해서다.

그런데, 종래부터 디지털 필터로서는, IIR(Infinite Impulse Response: 무한 길이 임펄스 응답) 필터나 FIR(Finite Impulse Response: 유한 길이 임펄스 응답) 필터가 많이 이용되어 있다. 이 중 FIR 필터는 다음과 같은 이점을 가진다. 첫째, FIR 필터의 전달 함수의 극은 z 평면의 원점에만 있기 때문에, 회로는 항상 안정하다. 둘째, 완전하게 정확한 직선 위상 특성을 실현할 수 있다.

따라서, 전술한 요구에 대응하기 위해, 음질 조정 장치에서는, 서로 대칭적인 주파수 특성을 가지는 로우 패스 필터와 하이 패스 필터의 쌍으로 이루어지는대칭형 FIR 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 통상, FIR 필터에서 기본이 되는 것은 로우 패스 필터이며, 하이 패스 필터는 로우 패스 필터로부터 주파수 변환에 의해 도출된다. 따라서, 대칭형 FIR 필터는 먼저 기본이 되는 로우 패스 필터를 설계하고 이것을 주파수 변환시킴으로써 로우 패스 필터와 특성이 대칭적인 하이 패스 필터를 설계할 필요가 있다.

종래, FIR형의 로우 패스 필터로부터 하이 패스 필터를 도출하는 주파수 변환에서는 필터의 컷오프 주파수를 변환하는 처리가 행해졌다. 구체적으로는, 샘플링 주파수와 컷오프 주파수의 비율에 기초해서, 창(窓)함수나 체비세브(chevyshev) 근사법 등을 이용한 삽입 연산 등을 행함으로써, 필터의 전달 함수를 구하고, 그것을 다시 주파수 성분으로 치환하는 처리를 행하였다.

그러나, 창함수나 체비세브 근사법 등을 이용한 주파수 변환은 그 계산이 매우 복잡하다. 그러므로, 이것을 소프트웨어로 실현하면 처리 부하가 무거워지고, 하드웨어로 실현하면 회로 규모가 커지게 되는 문제가 있었다.

또한, 종래의 설계법으로 얻어지는 필터의 주파수 특성은 창함수나 근사식에 의존하므로, 이들을 잘 설정하지 않으면 양호한 주파수 특성을 얻을 수 없다. 그러나, 창함수나 근사식을 적절하게 설정하는 것은 일반적으로 곤란하고, 원하는 주파수 특성을 가지는 필터를 설계하는 것은 매우 큰 일이었다.

또한, 주파수 변환에 의하지 않고, 하이 패스 필터 등의 필터 계수를 직접적으로 구하는 방법도 고려된다. 그러나, 이 경우는, 원하는 주파수 특성을 얻는데 필요한 필터 계수를 시행 착오 과정을 통해 구해야 하므로, 간단하게 설계할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 원하는 주파수 대역을 강조한 경우라도 위상 불균일이 생기지 않고, 청감상 양질의 음성을 디지털 신호 처리에 의해 얻을 수 있도록 하는 동시에 그와 같은 음질 조정을 위해서 사용하는 필터 회로를 용이하게 설계 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 음질 조정 장치 및 이것에 사용하는 필터 장치, 음질 조정 방법, 및 필터 설계 방법에 관한 것이며, 특히, 디지털 신호 처리에 의해 음성 신호의 원하는 주파수 대역을 강조 또는 비강조해서 음질을 개선하기 위한 장치 및 방법에 사용하기에 적절한 것이다.

도 1은 본 실시예에 의한 음질 조정 장치의 개략적인 구성예를 도시하는 블록도이다.

도 2는 FIR형 필터의 기본적인 구성예를 도시하는 도면이다.

도 3은 본 실시예에서 사용되는 필터 계수군의 설명도이다.

도 4는 도 3에 나타낸 필터 계수군의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다.

도 5는 도 3의 ④에 도시하는 수열 및 이것을 일부 부호 변환시킨 수열의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다.

도 6은 3탭 FIR 필터의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 7은 3탭 FIR 필터의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.

도 8은 5탭 FIR 필터의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 9는 5탭 FIR 필터의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.

도 10은 7탭 FIR 필터의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 11은 7탭 FIR 필터의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.

도 12는 7탭 FIR 필터의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 13은 7탭 FIR 필터의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.

도 14는 본 실시예에 의한 음질 조정 장치 이외의 구성예를 도시하는 블록도이다.

도 15는 각 필터의 종속접속에 관한 주파수 특성을 나타내는 도면이다.

도 16은 4채널 필터 뱅크의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다.

도 17은 도 14에 도시한 음질 조정 장치의 구체적인 구성예를 도시하는 블록도이다.

도 18은 각 채널의 중심 주파수의 데이터로 이루어지는 행렬을 도시하는 도면이다.

도 19는 게인 제어 신호를 구하는 연산에 이용하는 행렬을 도시하는 도면이다.

도 20은 4채널 필터 뱅크를 사용한 음질 조정 장치에 의한 주파수 제어의 결과를 도시하는 주파수-게인 특성도이다.

도 21은 본 실시예에서 사용되는 디지털 기본 함수의 의미를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 음질 조정 장치는, 입력 음성 신호를 복수의 디지털 필터에 통과시켜, 상기 복수의 디지털 필터의 출력 신호의 이득을 각각 제어하고, 상기 이득 제어된 음성 신호를 합산하여 출력하도록 된 음질 조정 장치로서, 복수의 지연기로 이루어지는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제1 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제1 필터와, 복수의 지연기로 이루어지는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제2 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제2 필터를 구비하며, 상기 제1 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것이며, 상기 제2 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에서는, 상기 제2 필터 계수군은 상기 제1 필터 계수군의 수열의 절대치를 그대로 하여 상기 수열의 중앙치 이외를 부호 변환시킨 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 그 외의 양태에서는, 상기 제2 필터 계수군은 상기 제1 필터 계수군의 수열의 중앙치 이외에 대해서는 절대치를 그대로 하여 부호 반전시키는 동시에 상기 수열의 중앙치에 대해서는 기준치로부터 상기 중앙치를 감산한 것임을 특징으로 한다.

예를 들면, 상기 제1 필터 계수군의 수열이 -1, 0, 9, 16, 9, 0, -1의 비율로 이루어지며, 상기 제2 필터 계수군의 수열이 1, 0, -9, 16, -9, 0, 1의 비율로 이루어진다.

본 발명의 그 외의 양태에서는, 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터의 적어도 한쪽의 후단에, 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 중 적어도 한쪽을 종속(縱續)접속한 것을 특징으로 한다.

예를 들면, 상기 제1 필터의 후단에 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 병렬로 종속접속하는 동시에 상기 제2 필터의 후단에 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 병렬로 종속접속하고, 상기 종속접속된 후단측의 각 필터로부터의 출력 신호의 이득을 각각 제어하고, 상기 이득 제어된 음성 신호를 합산하여 출력하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 필터 장치는 복수의 지연기로 이루어지는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제1 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제1 필터와, 복수의 지연기로 이루어지는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제2 필터 계수군으로 각각 수 배가 된 후, 가산하여 출력하는 제2 필터를 구비하며, 상기 제1 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것이며, 상기 제2 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 음질 조정 방법은, 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 제1 필터 계수군을 사용하여, 입력 음성 신호를 지연시키는 탭 첨부 지연선의 각 탭의 신호를 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제1 필터링 단계와, 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 제2 필터 계수군을 사용하여, 상기 입력 음성 신호를 지연시키는 탭 첨부 지연선의 각 탭의 신호를 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제2 필터링 단계와, 상기 제1 필터링 단계를 통과한 음성 신호 및 상기 제2 필터링 단계를 통과한 음성 신호의 이득을 각각 제어하는 이득 제어 단계와, 상기 이득 제어 단계에서 이득 제어된 각각의 음성 신호를 합산해서 출력하는 합산 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 필터 설계 방법은 주파수 특성이 상보 관계에 있고, 각 필터의 게인의 토탈이 모든 주파수에 대해 기준치로 되도록 복수의 디지털 필터를 설계하는 방법으로서, 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되는 제1 필터 계수군에 기초해서, 상기 제1 필터 계수군의 수열을 변환시킴으로써, 수열이 대칭형이고상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되는 제2 필터 계수군을 구하고, 상기 제1 필터 계수군과 상기 제2 필터 계수군을 상기 복수의 디지털 필터의 필터 계수군으로서 사용하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 실시예에 의한 음질 조정 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.

도 1에 도시하는 음질 조정 장치에서는, 입력 음성 신호를 로우 패스필터(LPF)(1)와 하이 패스 필터(HPF)(2)로 통과시켜, 각 필터의 출력 신호의 이득을 각각 곱셈기(3, 4)에 의해 제어하고, 그것들의 결과를 가산기(5)에서 합산해서 출력한다.

이와 같은 구성에 있어서, 각 필터(1, 2)가 직선 위상 특성을 가지며, 또한, 각 필터(1, 2)의 출력 신호를 이득 제어 없음(L게인 = H게인 = 1)으로 가산한 결과의 게인이 모든 주파수 대역에서 완전하게 1(기준치)로 되는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시예에서는, 음질 조정 장치를 구성하는 필터 회로로서, FIR형의 것을 사용한다. 이것은 필터 회로에 대해서 주어지는 복수의 계수의 수열이 대칭형이면, 위상 특성은 직선이 되고, 또한, 회로가 항상 안정하게 된다.

도 2는 FIR 필터의 기본적인 구성예를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시하는 필터는 7탭 FIR 필터의 구성을 나타내고 있다. 이 FIR 필터에서는, 종속접속된 7개의 D형 플립플롭(11 ~ 17)에 의해 입력 음성 신호를 1 클록 CK씩 순차 지연시킨다. 그리고, 각 D형 플립플롭(11 ~ 17)의 출력 탭으로부터 추출된 신호에 대해, 7개의 계수기(21 ~ 27)에 의해 각각 필터 계수를 곱셈하고, 그것들의 곱셈 결과를 모두 가산기(30)에서 가산하여 출력한다.

본 실시예에서는, 이와 같은 FIR 필터에 대해서 주어지는 대칭형의 필터 계수군으로서, 도 3의 ④에 도시하는 바와 같은 수열 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}을 사용한다. 이 ④에 도시하는 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 수열의 합계치가 비제로이며 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 된다고 하는 성질을 가지고 있다(-1 + 9 + 9 + (-1) = 16, 0 + 16 + 0 = 16).

상기 도 3의 ④에 도시하는 필터 계수는 동 도면의 ③에 도시하는 디지털 기본 함수를 1회 이동평균 연산시킴으로써 얻어지는 것이다. 이 디지털 기본 함수는 1클록마다 데이터 값이 -1, 1, 8, 8, 1, 1로 변화하는 함수이다. 이 디지털 기본 함수의 수열은 동 도면의 ①에 도시하는 수열을 2회 이동평균 연산함으로써 얻어진다.

그리고, 여기서는 도 3의 ④에 도시하는 정수열을 필터 계수군으로서 사용하고 있다. 이 경우, 모든 필터 계수치를 가산한 결과는 32가 되며, 이것이 기준치로 된다. 실제로는 게인을 1로 기준화하기 위해서, 전술한 수열의 각 값을 1/32배 한 것을 필터 계수군으로서 사용한다. 이 경우, 기준치는 1이다.

여기서, 상기 디지털 기본 함수의 수열의 의미에 대하여, 도 21을 사용하여 설명한다.

도 21은 상기 디지털 기본 함수를 1회 이동평균해서 얻어지는 전술한 수치열 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}에 대해서, 4배의 오버샘플링과 콘볼루션 연산을 행한 결과를 도시하는 도면이다.

도 21(a)에 있어서, 제일 왼쪽의 열에 도시되는 일련의 수치열은 원래의 수치열 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}에 대해서 4배의 오버샘플링을 행한 값이다. 또한, 제일 왼쪽에서 오른쪽을 향하는 4열분의 수치열은 제일 왼쪽의 열에 도시되는 수치열을 1개씩 아래방향으로 시프트해 간 것이다. 도 21(a)의 열 방향은 시간축을 나타내며, 수치열을 아래방향으로 시프트한다고 하는 것은 제일 왼쪽의 열에 도시하는 수치열을 서서히 지연시켜 가는 것에 대응한다.

즉, 왼쪽으로부터 2번째의 수치열은 제일 왼쪽의 열에 나타내는 수치열을 4배 주파수의 클록 4CK의 1/4 위상분만큼 늦춘 수치열인 것을 도시한다. 또한, 왼쪽으로부터 3번째의 수치열은 왼쪽으로부터 2번째에 나타내는 수치열을 4배 주파수의 클록 4CK의 1/4위상분만큼 늦춘 수치열, 왼쪽으로부터 4번째의 수치열은 왼쪽으로부터 3번째에 나타내는 수치열을 4배 주파수의 클록 4CK의 1/4 위상분만큼 더 늦춘 수치열인 것을 나타낸다.

또한, 왼쪽으로부터 5번째의 수치열은 1 ~ 4번째의 각 수치열을 대응하는 행끼리 가산하여 4로 나눈 값이다. 이 왼쪽으로부터 5번째까지의 처리에 의해, 4상의 콘볼루션 연산을 수반하는 4배의 오버샘플링이 디지털적으로 실행되는 것으로 된다.

상기 5번째로부터 오른쪽을 향해 4열분의 수치열은 5번째에 도시되는 수치열을 1개씩 아래방향으로 시프트해 간 것이다. 또한, 왼쪽으로부터 9번째의 수치열은 5 ~ 8번째의 각 수치열을 대응하는 행끼리 가산하여 4로 나눈 값이다. 이 왼쪽으로부터 9번째까지의 처리에 의해, 4상의 콘볼루션 연산을 수반하는 4배의 오버샘플링이 디지털적으로 2회 실행되는 것으로 된다.

또한, 왼쪽으로부터 10번째의 수치열은 9번째에 나타내는 수치열을 1개씩 아래방향으로 시프트해 간 것이다. 또한, 왼쪽으로부터 11번째(제일 오른쪽의 열)의 수치열은 9번째의 수치열과 10번째의 수치열을 대응하는 행끼리 가산하여 2로 나눈 값이다.

이 도 21(a)의 제일 오른쪽의 열에 도시되는 최종적으로 얻어진 수치열을 그래프화한 것이 도 21(b)이다. 이 도 21(b)에 도시된 바와 같은 파형을 가지는 함수는 가로축에 따른 표본 위치가 t1로부터 t4의 사이에 있을 때에만 "0" 이외의 유한한 값을 가지며, 그 이외의 영역에서는 값이 모두 "0"으로 되는 함수, 즉 표본 위치 t1, t4에 있어서 값이 "0"으로 수렴하는 함수이다. 이와 같이 함수의 값이 국소적인 영역에서 "O" 이외의 유한의 값을 가지며, 그 이외의 영역에서 "O"으로 되는 경우를 「유한대」라고 칭한다.

또한, 이 도 21(b)에 도시하는 함수는 중앙의 표본 위치 t5에 대해서만 극대값을 받아, t1, t2, t3, t4의 4개의 표본 위치에 있어서 값이 "O"으로 된다라는 특징을 가지는 표목화 함수이며, 평활한 파형의 데이터를 얻기 위해 필요한 샘플점은 모두 통과한다.

도 4는 도 3의 ① ~ ④에 도시하는 수열을 FFT(Fast Fourier Transfer: 고속 푸리에 변환)한 결과의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다. 그리고, 이 도 4에서는, 게인을 1로 기준화하고 있다. 이 특성도로부터 알 수 있듯이, ④의 수열을 필터 계수에 사용한 경우에는 중심 주파수에 있어서 게인이 0.5가 되고, 또한, 저주파 영역에서의 오버슛이나 고주파 영역에서의 링잉도 존재하지 않는 양호한 로우 패스 필터 특성을 얻을 수 있다.

이와 같은 로우 패스 필터 특성을 실현하는 전술한 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}의 수치열은 도 19(b)에 도시하는 유한대의 표본화 함수의 기초로 되는 것이다. 종래 일반적으로 이용되고 있던 표본화 함수는 t = ±∞의 표본 위치에서 "0"으로 수렴하는 것에 대해, 도 19(b)에 도시하는 표본화 함수는 t = t1, t4의 유한의 표본 위치에서 "0"으로 수렴한다.

그러므로, 전술한 수치열을 FFT 변환했을 경우, t = t1 ~ t4의 범위 내에 상당하는 데이터만이 의미를 가진다. t = t1 ~ t4의 범위밖에 상당하는 데이터에 대해서는, 본래 이것을 고려해야 하는 것을 무시한다고 하는 것이 아니고, 논리적으로 고려할 필요가 없기 때문에, 컷오프 오차는 발생하지 않는다. 따라서, 전술한 수치열을 필터 계수로서 이용하면, 창함수를 사용하여 계수의 컷오프를 행할 필요도 없고, 양호한 로우 패스 필터 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 이것을 기본 로우 패스 필터로 한다.

로우 패스 필터와 함께 대칭형 FIR 필터를 구성하는 다른 한편의 하이 패스 필터는 전술한 기본 로우 패스 필터로부터 도출된다. 여기서 구하는 하이 패스 필터는 그 주파수-게인 특성이 기본 로우 패스 필터와 비교하여 중심 주파수 축에 대해 상하 좌우에 대칭인 특성을 가지며, 또한, 기본 로우 패스 필터와 하이 패스 필터의 게인 출력을 합산하면, 모든 주파수 대역에서 게인이 완전하게 1(기준치)로 된다.

전술한 바와 같이, 기본 로우 패스 필터에 대해서 이용되는 필터 계수군은 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1} 이다. 이 필터 계수군의 수열의 합계치는 32, 수열의 하나 건너 뛴 합계치는 16(= (-1) + 9 + 9 + (-1)) 및 16(= 0 + 16 + 0) 이 되어, 모두 동등하게 된다.

수열의 합계치가 32에서 0으로 되지 않는다고 하는 것은 입력 음성 신호의 직류분 또는 저주파 성분의 출력이 0이 되지 않는다고 하는 것이다. 또한, 수열의하나 건너 뛴 합계치가 모두 동등하게 된다고 하는 것은, 입력 음성 신호의 고주파 성분의 출력(각 탭의 출력)이 일정하게 변함없다고 하는 것이다. 이것은 바야흐로 로우 패스 필터의 특성을 나타내는 것이라고 해석할 수 있다.

한편, 하이 패스 필터에 대해서 이용되는 필터 계수는 기본 로우 패스 필터와의 대칭성을 유지하기 위해서, 수열의 절대치는 그대로 해서 중앙치 이외를 부호 변환시키고, 필터 계수군의 수열의 합계치가 0, 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 같은 값이 되도록 한다. 이와 같은 조건을 만족시키는 필터 계수군의 수열은 {(1, 0, -9, 16, -9, 0, 1}이 된다. 즉, 이 필터 계수군의 수열의 합계치는 O, 수열의 하나 건너 뛴 합계치는 -16(= 1 + (-9) + (-9) + 1) 및 16(= 0 + 16 + 0)이 된다.

수열의 합계치가 0이 된다고 하는 것은, 입력 음성 신호의 직류분 또는 저주파 성분의 출력이 0이 된다고 하는 것이다. 또한, 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 같은 값이 된다고 하는 것은, 입력 음성 신호의 고주파 성분의 출력(각 탭의 출력)이 교대로 변한다고 하는 것이다. 이것은 하이 패스 필터의 특성을 나타내는 것이라고 해석할 수 있다.

도 5는 도 3의 ④에 도시하는 수열 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}과 이것을 일부 부호 변환시킨 수열 {(1, 0, -9, 16, -9, 0, 1}을 FFT한 결과의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다. 이 도 5에서도 게인을 1로 기준화하고 있다. 이 특성도로부터 알 수 있듯이, 양자의 주파수 특성은 중심 주파수의 게인 0.5의 부분에서 교차하고, 상하 좌우에 대칭인 특성을 가지며, 또한, 각각의 게인의 토탈이 모든 주파수 대역에서 완전하게 1로 되어 있다. 즉, 이들 주파수 특성은 로우 패스 필터와 하이 패스 필터와의 쌍으로 이루어지는 대칭형 FIR 필터의 특성을 나타내고 있다.

이상의 것을 더욱 상세하게 설명한다. 본 실시예의 음질 조정 장치를 구성하는 대칭형 FIR 필터의 설계 조건은 다음과 같다.

(1) FIR 필터는 대칭 특성의 로우 패스 필터와 하이 패스 필터로 이루어지며, 각각의 게인의 토탈은 모든 주파수 대역에서 완전하게 1로 된다.

(2) 필터 계수는 단부로부터 중앙으로 향해 커진다.

(3) 필터 계수의 중앙치는 0이 아니다(0이면 노치가 생긴다).

(3탭 필터)

도 6(a)는 3탭 FIR 필터의 기본적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 6(a)에 있어서, 31 ~ 33은 종속접속된 3개의 D형 플립플롭이며, 이것에 의해 입력 음성 신호를 1클록 CK씩 순차 지연시킨다.

34 ~ 36은 3개의 계수기이며, 각 D형 플립플립(31 ~ 33)의 출력 탭으로부터 추출된 신호를, 주어진 대칭형의 필터 계수군(a, b, a)에 의해 각각 수 배가 된다. 37은 가산기이며, 각 계수기(34 ~ 36)의 출력 신호를 가산하여 출력한다. 이와 같이 구성한 FIR 필터에 주어지는 필터 계수군을 적절하게 정함으로써, 해당 FIR 필터를 로우 패스 필터 또는 하이 패스 필터로 설계할 수 있다.

상기 3탭 FIR 필터가 로우 패스 필터로 되는 절대 조건은 기준치를 1로서 고려한 경우,

① 계수의 수열의 총합이 1(저주파수조건)

② 계수의 수열의 하나 건너 뛴 합의 차가 O(최고 주파수 조건)

이며, 로우 패스 필터의 중간 주파수의 게인이 0.5로 되는 조건은

③ 계수의 수열의 2개씩 2개 건너 뛴 합의 차가 0.5(중간 주파수 조건)

이다.

상기 ① ~ ③의 조건은 다음과 같이 표현된다.

조건 ① … 2a + b = 1

조건 ② … 2a - b = 0

조건 ③ … a + b - a = 0.5

이로부터, a = 1/4, b = 1/2로 구해진다. 따라서, 로우 패스 필터의 회로는 도 6(b)과 같이 된다.

한편, 상기 3탭 FIR 필터가 하이 패스 필터로 되는 절대조건은

④ 계수의 수열의 총합이 0(저주파수조건)

⑤ 계수의 수열의 하나 건너 뛴 합의 차가 1(최고 주파수 조건)

이며, 하이 패스 필터의 중간 주파수의 게인이 0.5로 되는 조건은

⑥ 계수의 수열의 2개씩 2개 건너 뛴 합의 차가 0.5(중간 주파수 조건)

이다.

상기 ④ ~ ⑥의 조건은 다음과 같이 표현된다.

조건 ④ … 2a + b = 0

조건 ⑤ … 2a - b = 1

조건 ⑥ … a + b - a = 0.5

이로부터, a = -1/4, b = 1/2로 구해진다. 따라서, 하이 패스 필터의 회로는 도 6(c)와 같이 된다.

도 7(a)는 도 6(b)(c)에 도시한 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터의 주파수-게인 특성을 도시하고, 도 7(b)는 도 6(b)에 도시한 로우 패스 필터의 주파수-위상 특성을 도시한 도면이다. 이들 특성도로부터 알 수 있듯이, 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터의 주파수 특성은 중심 주파수의 게인이 0.5의 부분에서 교차하고, 상하 좌우로 대칭 특성을 가지며, 또한, 각각의 게인의 토탈이 모든 주파수 대역에서 완전하게 1로 되어 있다. 또한, 완전한 직선 위상 특성도 얻을 수 있다.

(5탭 필터)

도 8(a)는 5탭 FIR 필터의 기본적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 8(a)에 있어서, 41 ~ 45는 종속접속된 5개의 D형 플립플롭이며, 이것에 의해 입력 음성 신호를 1클록 CK씩 순차 지연시킨다.

46 ~ 50은 5개의 계수기이며, 각 D형 플립플롭(41 ~ 45)의 출력 탭으로부터 추출한 신호를, 주어진 대칭형의 필터 계수군(a, b, c, b, a)에 의해 각각 수 배가 되게 한다. 51은 가산기이며, 각 계수기(46 ~ 50)의 출력 신호를 가산하여 출력한다.

상기 5탭 FIR 필터가 로우 패스 필터로 되는 절대 조건은

① 계수의 수열의 총합이 1(저주파수 조건)

이다.

상기 ① ~ ③의 조건은 다음과 같이 표현된다.

조건 ① … 2a + 2b + c = 1

조건 ② … 2a + c - 2b = 0

조건 ③ … (a + b) - (c + b) + a = 0.5

이다.

이로부터, a = b = 1/4, c = O으로 구해진다. 따라서, 로우 패스 필터의 회로는 도 8(b)와 같이 된다. 그러나, 이 경우는 필터 계수군의 수열의 중앙치 c가 O으로 되어 노치가 발생하므로, 바람직한 형태는 아니다.

한편, 상기 5탭 FIR 필터가 하이 패스 필터로 되는 절대 조건은

④ 계수의 수열의 총합이 O(저주파수조건)

이다.

상기 ④ ~ ⑥의 조건은 다음과 같이 표현된다.

조건 ④ … 2a + 2b + c = 0

조건 ⑤ … 2a + c - 2b = 1

조건 ⑥ … {a + (b + a)} - (b + c) = 0.5

이로부터, a = 1/4, b = -1/4, c = 0으로 구해진다. 따라서, 하이 패스 필터의 회로는 도 8(c)과 같이 된다. 그러나, 이 경우는 필터 계수군의 수열의 중앙치 c가 O으로 되어 노치가 발생하므로, 바람직한 형태는 아니다.

도 9는 도 8(b)(c)에 도시한 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터의 주파수-게인 특성을 도시하는 도면이다. 이 특성도로부터 알 수 있듯이, 필터 계수군의 수열의 중앙치 c가 O이므로 노치가 생기고 있다.

(7탭 필터)

도 10은 7탭 FIR 필터의 기본적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 10에 있어서, 61 ~ 67은 종속접속된 7개의 D형 플립플롭이며, 이것에 의해 입력 음성 신호를 1클록 CK씩 순차 지연시킨다.

68 ~ 74는 7개의 계수기이며, 각 D형 플립플롭(61 ~ 67)의 출력 탭으로부터 추출한 신호를, 주어진 대칭형의 필터 계수군(a, b, c, d, c, b, a)에 의해 각각 수 배가 되게 한다. 75는 가산기이며, 각 계수기(68 ~ 74)의 출력 신호를 가산하여 출력한다. 이와 같이 구성한 FIR 필터에 주어지는 필터 계수군을 적절하게 정함으로써, 해당 FIR 필터를 로우 패스 필터 또는 하이 패스 필터로서 설계할 수 있다.

상기 7탭 FIR 필터가 로우 패스 필터로 되는 절대 조건은

① 계수의 수열의 총합이 1(저주파수조건)

② 계수의 수열의 하나 건너 뛴 합의 차가 0(최고 주파수 조건)

③ 계수의 수열의 2개씩 2개 건너 뛴 합의 차가 0 5(중간 주파수 조건)

이다.

상기 ① ~ ③의 조건은 다음과 같이 표현된다.

조건 ① … 2a + 2b + 2c + d = 1

조건 ② … 2a + 2c - 2b - d = 0

조건 ③ … { a + (d + c)} - {(b + c) + (b + a)} = d - 2b = 0.5

조건 ①②로부터, d + 2b = 1/2로 되며, 이것과 조건 ③으로부터, b = 0, d = 1/2로 구해진다.

이 결과로부터, 계수 a, c의 값으로서는 다음과 같은 조합이 고려된다.

a = -1/32, c = 9/32

a = -2/32, c = 10/32

a = -3/32, c = 11/32

a = -4/32, c = 12/32

도 11은 상기 b = 0, d = 1/2의 값과, 상기 a, c의 값에 관한 4패턴의 조합을 필터 계수군의 수열로서 주어진 경우에 얻어지는 주파수-게인 특성을 도시한 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 4패턴의 어느 수열이 주어진 경우에도, 그 주파수 특성은 도면 중의 3점 A, B, C를 통과한다(점 B는 중심 주파수에서 게인이 0.5로 되는 점). 그러나, 이 안에서 상하 대칭인 특성을 가지는 것은 a = -1/32, c = 9/32로 한 경우뿐이다. 따라서, 계수 a, c의 값에 관해서는 이 조합을 사용한다. 이 경우의 로우 패스 필터의 회로는 도 12(a)와 같이 된다.

이상으로부터 알 수 있듯이, 7탭 로우 패스 필터의 주파수-게인 특성으로 상하 좌우에 대칭으로 되는 필터 계수군의 수열은 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1} 뿐이다. 따라서, 디지털 기본 함수의 수열 {-1, 1, 8, 8, 1, -1} 및 이것을 1회 이동평균 해 얻어지는 상기 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}의 수열은 디지털 신호 처리에 있어서 매우 유용한 것임을 알 수 있다.

한편, 상기 3탭 FIR 필터가 하이 패스 필터로 되는 절대 조건은

④ 계수의 수열의 총합이 O(저주파수조건)

⑤ 계수의 수열의 하나 건너 뛴 합의 차이 1(최고 주파수 조건)

이다.

상기 ④ ~ ⑥의 조건은 다음과 같이 표현된다.

조건 ④ … 2a + 2b + 2c + d = 0

조건 ⑤ … 2a + 2c - 2b - c1 = 1

조건 ⑥ … {a + (d + c)} - {( b + c) + (b + a)} = d - 2b = 0.5

조건 ④⑤로부터, d + 2b = 1/2로 되며, 이것과 조건 ⑥으로부터, b = 0, d = 1/2로 구해진다.

이 결과로부터, 로우 패스 필터의 경우와 마찬가지로, 계수 a, c의 값으로서는 a = 1/32, c = -9/32의 조합을 사용한다. 이 경우의 하이 패스 필터의 회로는 도 12(b)와 같이 된다. 이상으로부터 알 수 있듯이, 7탭 하이 패스 필터의 주파수-게인 특성에서 상하 좌우로 대칭으로 되는 필터 계수군의 수열은 {1, 0, -9, 16,-9, 0, 1} 뿐이다.

도 13(a)은 도 12(a)(b)에 도시한 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터의 주파수-게인 특성을 도시하며, 도 13(b)는 같은 도 12(a)(b)에 도시한 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터의 주파수-위상 특성을 도시한 도면이다. 이들 특성도로부터 알 수 있듯이, 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터의 주파수 특성은 중심 주파수의 게인이 0.5의 부분에서 교차하고, 상하 좌우로 대칭인 특성을 가지며, 또한, 각각의 게인의 토탈이 모든 주파수 대역에서 완전하게 1로 되어 있다. 또한, 완전한 직선 위상 특성도 얻어진다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 음질 조정 장치의 필터를 FIR 필터로 구성하고, 이것에 주어지는 필터 계수를 대칭형으로 하였으므로, 직선 위상 특성을 실현할 수 있다. 이에 의해, 원하는 주파수 대역을 강조한 경우라도 위상 불균일이 생기지 않고, 청감상 양질의 음성을 디지털 신호 처리에 의해 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 의하면, FIR 로우 패스 필터에 주어지는 필터 계수군으로서, 소정 조건을 만족하는 수열이 주어지도록 하였으므로, 로우 패스 필터에 대한 필터 계수군의 부호를 일부 바꾸는 정도의 간단한 조작만으로, 하이 패스 필터를 설계할 수 있다. 이에 의해 음질 조정을 위해서 사용하는 대칭형 FIR 필터(로우 패스 필터와 하이 패스 필터와의 쌍)를 지극히 용이하게 설계할 수 있다.

그리고, 이상에서는, {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}의 비율로 이루어지는 수열을 필터 계수군으로서 이용하는 로우 패스 필터를 기본으로 하여, 해당 필터 계수군을 변환시킴으로써, 하이 패스 필터의 필터 계수군을 구하는 예에 대하여 설명하였다.이와는 반대로, {1, O, -9, 16, -9, 0, 1}의 비율로 이루어지는 수열을 필터 계수군으로서 이용하는 하이 패스 필터를 기본으로 하여, 해당 필터 계수군을 변환시킴으로써, 로우 패스 필터의 필터 계수군을 구하는 것도 가능하다.

다음에, 이상으로 도시한 대칭형 FIR 필터의 대응예에 대하여 설명한다. 도 14는 본 실시예에 의한 음질 조정 장치 이외의 개략 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 14에 도시하는 음질 조정 장치에서는, 도 1에 도시한 로우 패스 필터(1)와 마찬가지의 로우 패스 필터(81)의 후단에, 로우 패스 필터(83) 및 하이 패스 필터(84)를 병렬로 종속접속하고 있다. 또한, 도 1에 도시한 하이 패스 필터(2)와 마찬가지의 하이 패스 필터(82)의 후단에, 하이 패스 필터(85) 및 로우 패스 필터(86)를 병렬로 종속접속하고 있다.

여기서는, 종속접속된 후단측의 각 필터(83 ~86)의 주파수축은 전단측의 각 필터(81 ~ 82)의 주파수축의 것의 1/2로 한다. 이 경우에서의 각 필터(81 ~ 86)의 종속접속에 관한 주파수-게인 특성을 도 15에 도시한다. 도 15에 있어서는, 각 필터(81 ~ 86)의 주파수 특성을 '가 붙여진 부호로 도시하고 있다. 도 15(a) ~ (d)는 로우 패스 필터(81)와 그 후단의 로우 패스 필터(83)와의 종속접속에 관한 주파수 특성, 로우 패스 필터(81)와 그 후단의 하이 패스 필터(84)와의 종속접속에 관한 주파수 특성, 하이 패스 필터(82)와 그 후단의 하이 패스 필터(85)와의 종속접속에 관한 주파수 특성, 하이 패스 필터(82)와 그 후단의 로우 패스 필터(86)와의 종속접속에 관한 주파수 특성을 각각 도시하고 있다.

이와 같은 종속접속에 의해, 도 15(a) ~ (d)와 같이 2개의 주파수 특성으로오버랩된 부분이 추출된다. 이에 의해, 후단측의 각 필터(83 ~ 86)로부터는, 통과 주파수 대역이 저역측으로부터 광역측으로 조금씩 어긋난, 상이한 주파수 특성을 가지는 4채널의 음성 신호가 출력된다. 도 16은 이 4채널분의 음성 신호의 주파수-게인 특성을 모아서 도시한 도면이다. 여기서는 설명의 편의상, 각 필터(83 ~ 86)로부터 출력되는 음성 신호 중, 통과 주파수 대역이 낮은 쪽으로부터 높은 쪽으로 차례로 L출력, ML출력, MH출력, H출력이라고 칭한다.

도 14에 도시된 4개의 곱셈기(87 ~90)는 주어지는 게인 제어 신호(L게인, ML게인, MH게인, H게인)에 따라, 각 필터(83 ~ 86)로부터의 출력 신호의 이득을 각각 제어한다. 가산기(91)는 각 곱셈기(87 ~ 90)에 의해 이득 제어된 음성 신호를 모두 합산해서 출력한다.

도 17은 상기 도 14에 개략적으로 도시한 음질 조정 장치의 구체적인 구성예를 도시하는 블록도이다. 이 도 17에 있어서, 도 14에 도시된 구성 요소와 동일한 기능을 가지는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 전단측의 필터(81 ~ 82)에서는, 종속접속된 6개의 D형 플립플롭에 의해 입력 음성 신호를 1클록 CK씩 지연시킨다. 그리고, D형 플립플롭의 입출력 탭으로부터 추출된 신호에 대해, 5개의 계수기에 의해 각각 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}/32 또는 {1, 0, -9, 16, -9, 0, 1}/32의 수열로 이루어지는 필터 계수를 곱셈하고, 그러한 곱셈 결과를 모두 가산하여 출력한다.

또한, 후단측의 필터(83 ~ 86)에서는, 전단측의 각 필터(81 ~ 82)와 비교하여 주파수축을 1/2로 하기 위해서, 전단측의 2배에 상당하는 12개의 D형 플립플롭을 종속접속하여 탭 부착 지연선을 구성하는 동시에 5개의 계수기를 설치하는 탭의 간격도 전단측의 2배로 한다.

즉, 후단측의 필터(83 ~ 86)에서는, 종속접속된 12개의 D형 플립플롭에 의해 입력 음성 신호를 1클록 CK씩 지연시킨다. 그리고, D형 플립플롭의 입출력 탭으로부터 추출된 신호에 대해, 5개의 계수기에 의해 각각 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}/32 또는 {1, 0, -9, 16, -9, 0, 1}/32의 수열로 이루어지는 필터 계수를 곱셈하고, 그러한 곱셈 결과를 모두 가산하여 출력한다.

4개의 곱셈기(87 ~ 90)는 주어지는 게인 제어 신호(L게인, ML게인, MH게인, H게인)에 따라, 각 필터(83 ~ 86)로부터의 출력 신호(L출력, ML출력, MH출력, H출력)의 이득을 각각 제어한다. 가산기(91)는 각 곱셈기(87 ~ 90)에 의해 이득 제어된 음성 신호를 모두 합산하여 출력한다. 전술한 게인 제어 신호는 매트릭스 계산부(100)에 의해 요구된다.

그리고, 후단측의 필터(83 ~ 86)에 있어서, 전단측의 필터(81 ~ 82)와 비교하여 주파수축을 1/2로 하는 방법은 도 17의 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 후단측의 필터(83 ~ 86)도 전단측의 필터(81 ~ 82)와 같게 구성하고, 후단측의 D형 플립플롭에 주어지는 클록의 주파수를, 전단측의 것의 1/2로 하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, D형 플립플롭의 사용수를 적게 하여 회로 구성을 간략화 할 수 있는 이점을 가진다.

다음에, 매트릭스 계산부(100)에 의한 계산예(음질 조정 장치의 주파수 특성 제어 방법)에 대하여 설명한다.

각 채널의 게인 제어 신호(L게인, ML게인, MH게인, H게인)가 모두 1일 때, 각 채널의 주파수-게인 특성은 도 16과 같이 되어 있다. 이 도 16으로부터 명백한 바와 같이, 어느 주파수에서의 게인은 4채널의 게인의 토탈로서 요구된다.

따라서, 전후의 주파수 특성을 제어하기 위해서는, 각 채널의 중심, 주파수에서의 게인 성분을 연산하여 각 채널의 게인 제어 신호를 구할 필요가 있다. 그러므로, 먼저, 각 채널의 중심 주파수(도 16의 경우, 주파수의 값이 9, 25, 41, 57의 부분)에 있어서, 각 채널의 게인 성분을 다음과 같이 추출한다.

L출력의 중심 주파수(주파수값 = 19)에서의 각 채널의 게인 성분은

0.938 0.058 0 0

이다(왼쪽으로부터 차례로 L, ML, MH, H). 마찬가지로, ML출력, MH출력, H출력의 중심 주파수에서의 각 채널의 게인 성분은 각각 ,

0.045 0.728 0.214 0.013

0.013 0.214 0.728 0.045

0 0 0.058 0.938

이다. 이들을 행렬식으로서 표시한 것이, 도 18이다(행렬 A로 한다).

한편, 음질 조정 장치를 이용하는 유저는 각 채널의 중심 주파수에서의 게인으로서 희망하는 값 G1 ~ G4를, 임의로 설정한다. 매트릭스 계산부(100)는 도 18과 같이 중심 주파수의 게인 성분을 표시한 행렬 A와 유저에 의해 설정된 중심 주파수에서의 게인 희망치 G1 ~ G4를 사용하여, 이하와 같은 행렬 연산을 행함으로써, 각 채널의 게인 제어 신호(L게인, ML게인, MH게인, H게인)를 구한다.

즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 행렬 A의 각 열의 값을 게인 희망값 G1 ~ G4에 치환해서 4개의 행렬 B1 ~ B4를 만들어, 다음과 같은 행렬 연산을 행한다.

L게인 = 행렬 B1/행렬 A = 0.585

ML게인 = 행렬 B2/행렬 A = 0.893

MH게인 = 행렬 B3/행렬 A = 1.419

H게인 = 행렬 B4/행렬 A = 1.512

이들 게인 제어 신호를 각 곱셈기(87 ~ 90)의 승수로서 사용한 경우, 그 결과 얻어지는 음성 신호의 주파수-게인 특성은 도 20과 같이 된다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 간단한 행렬 연산만으로 각 채널의 게인 제어 신호를 구할 수 있다. 또한, 이 행렬 연산의 원으로 되는 행렬 A는 4채널 필터 뱅크 고유의 것이므로, 미리 수치 데이터 또는 테이블 정보 등으로서 보관해 둘 수가 있다. 따라서, 미리 준비된 고정값과 유저에 의해 설정된 희망값으로부터, 지극히 간단한 연산으로 주파수 특성을 제어하는 것이 가능하다.

이상으로 설명한 본 실시예에 의한 음질 조정의 수법은 하드웨어 구성, DSP, 소프트웨어의 어느 쪽에 의해서도 실현될 수 있다. 하드웨어 구성에 의해 실현되는 예에 대하여, 이상에서 설명했다. 또한, 예를 들면 소프트웨어에 의해 실현되는 경우, 본 실시예의 음질 조정 장치는 실제로는 컴퓨터의 CPU 또는 MPU, RAM, ROM 등으로 구성되며, RAM이나 ROM에 기억된 프로그램이 동작함으로써 실현될 수 있다.

따라서, 컴퓨터가 상기 본 실시예의 기능을 완수하도록 동작시키는 프로그램을 예를 들면 CD-ROM과 같은 기록 매체에 기록하고, 컴퓨터에 읽어들이게 함으로써실현될 수 있는 것이다. 상기 프로그램을 기록하는 기록 매체로서는, CD-ROM 이외에, 플렉시블 디스크, 하드디스크, 자기테이프, 광디스크, 광자기디스크, DVD, 비휘발성 메모리 카드 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 프로그램을 인터넷 등의 네트워크를 통하여 컴퓨터에 다운로드함으로써도 실현될 수 있다.

또한, 컴퓨터가 공급된 프로그램을 실행함으로써 전술한 실시예의 기능이 실현될 뿐만 아니라, 그 프로그램이 컴퓨터에 있어서 가동하고 있는 0S(operating system) 또는 다른 애플리케이션 소프트웨어 등과 공동으로 해서 전술한 실시예의 기능이 실현되는 경우나, 공급된 프로그램의 처리의 전부 또는 일부가 컴퓨터의 기능 확장 보드나 기능 확장 유닛에 의해 실행되어 전술한 실시예의 기능이 실현되는 경우도, 관련 프로그램은 본 발명의 실시예에 포함된다.

그리고, 상기 실시예에서는, 로우 패스 필터에 대한 필터 계수군으로서 {-1, 0, 9, 16, 9, 0, -1}의 비율로 이루어지는 수열을 사용하고, 하이 패스 필터에 대한 필터 계수군으로서 {1, 0, -9, 16, -9, 0, 1}의 비율로 이루어지는 수열을 사용하지만, 상기 실시예로 설명한 조건을 만족시키는 수열이면, 이것 이외의 수열을 필터 계수군으로서 사용해도 된다.

또한, 상기 실시예에서는, 도 1에 2채널 필터 밴드의 예를 나타내고, 도 14에 4채널 필터 뱅크의 예를 도시하였지만, 로우 패스 필터와 하이 패스 필터와의 조를 n단 종속접속함으로써, 2n 채널 필터 뱅크를 구성하는 것이 가능하다.

또한, 종속접속의 방법도, 도 14와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉, 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터 중 적어도 한쪽의 후단에, 로우 패스 필터 및 하이패스 필터 중 적어도 한쪽을 종속접속하는 것이면, 본 발명에 포함된다.

또한, 상기 실시예에서는, 로우 패스 필터와 하이 패스 필터의 주파수 특성이, 도 5와 같이 상하 좌우로 완전하게 대칭인 것을 사용하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 주파수 특성이 상보 관계에 있고, 각 필터의 게인의 토탈이 모든 주파수에 있어서 기준선으로 되는 것이면, 그와 같은 필터 계수군을 사용해도 된다. 그와 같은 필터 계수군은 기본이 되는 필터 계수군의 수열의 중앙치 이외에 대해서는 절대치를 그대로 해서 부호 반전시키는 동시에 수열의 중앙치에 대하여는 기준치로부터 중앙치를 감산함으로써 구할 수 있다. 그리고, 대칭형의 경우는 이 방법과 상기 실시예 방법의 어디에 필터를 설계해도, 얻어지는 필터 계수는 완전히 같게 된다.

그 외, 상기 실시예는 어느 것도 본 발명을 실시하는데 있어서의 구체화의 일례를 나타낸 것에 지나지 않으며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안 된다. 즉, 본 발명은 그 정신 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 원하는 주파수 대역을 강조한 경우라도 위상 불균일이 생기지 않고, 청감상 양질의 음성을 디지털 신호 처리에 의해 얻을 수 있도록 하는 동시에, 그와 같은 음질 조정을 위해서 사용되는 필터 회로를 용이하게 설계할 수 있다.

본 발명은 원하는 주파수 대역을 강조한 경우라도 위상 불균일이 생기지 않고, 청감상 양질의 음성을 디지털 신호 처리에 의해 얻을 수 있도록 하는 동시에 그와 같은 음질 조정을 위해서 사용되는 필터 회로를 용이하게 설계 가능하도록 하는 것에 유용하다.

Claims

입력 음성 신호를 복수의 디지털 필터에 통과시켜 상기 복수의 디지털 필터의 출력 신호의 이득을 각각 제어하고, 상기 이득 제어된 음성 신호를 합산해서 출력하는 음질 조정 장치에 있어서,

복수의 지연기로 이루어진 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제1 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제1 필터와,

복수의 지연기로 이루어진 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제2 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제2 필터

를 구비하며,

상기 제1 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것이며,

상기 제2 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것인 음질 조정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 필터 계수군은 상기 제1 필터 계수군의 수열의 절대치를 그대로 해서 상기 수열의 중앙치 이외를 부호 변환시킨 것임을 특징으로 하는 음질 조정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 필터 계수군은 상기 제1 필터 계수군의 수열의 중앙치 이외에 대해서는 절대치를 그대로 해서 부호 반전시키는 동시에, 상기 수열의 중앙치에 대해서는 기준치로부터 상기 중앙치를 감산한 것임을 특징으로 하는 음질 조정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 필터 계수군의 수열은 -1, 0, 9, 16, 9, 0, -1의 비율로 이루어지며, 상기 제2 필터 계수군의 수열은 1, 0, -9, 16, -9, 0, 1의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음질 조정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 중 적어도 한쪽의 후단에 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 중 적어도 한쪽을 종속접속한 것을 특징으로 하는 음질 조정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 필터의 후단에 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 병렬로 종속접속하는 동시에, 상기 제2 필터의 후단에 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 병렬로 종속접속하며, 상기 종속접속된 후단측의 각 필터로부터의 출력 신호의 이득을 각각 제어하고, 상기 이득 제어된 음성 신호를 합산해서 출력하는 것을 특징으로 하는 음질 조정 장치.
복수의 지연기로 이루어지는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제1 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제1 필터와,

복수의 지연기로 이루어지는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를, 주어진 제2 필터 계수군으로 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제2 필터

를 구비하며,

상기 제1 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것이며,

상기 제2 필터 계수군은, 그 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 것인 필터 장치.
제7항에 있어서,

상기 제2 필터 계수군은 상기 제1 필터 계수군의 수열의 절대치를 그대로 해서 상기 수열의 중앙치 이외를 부호 변환시킨 것임을 특징으로 하는 필터 장치.
제7항에 있어서,

상기 제2 필터 계수군은 상기 제1 필터 계수군의 수열의 중앙치 이외에 대해서는 절대치를 그대로 해서 부호 반전시키는 동시에, 상기 수열의 중앙치에 대해서는 기준치로부터 상기 중앙치를 감산한 것임을 특징으로 하는 필터 장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 필터 계수군의 수열은 -1, 0, 9, 16, 9, 0, -1의 비율로 이루어지며, 상기 제2 필터 계수군의 수열은 1, 0, 9, 16, -9, 0, 1의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 중 적어도 한쪽의 후단에 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 중 적어도 한쪽을 종속접속한 것을 특징으로 하는 필터 장치.
수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 제1 필터 계수군을 사용하여, 입력 음성 신호를 지연시키는 탭 부착 지연선의 각 탭의 신호를 각각 수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제1의 필터링 단계와,

수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되도록 값을 설정한 제2 필터 계수군을 사용하여, 상기 입력 음성 신호를 지연시키는 탭 첨부 지연선의 각 탭의 신호를 각각수 배가 되게 한 후, 가산하여 출력하는 제2 필터링 단계와,

상기 제1 필터링 단계를 통과한 음성 신호 및 상기 제2 필터링 단계를 통과한 음성 신호의 이득을 각각 제어하는 이득 제어 단계와,

상기 이득 제어 단계에서 이득 제어된 각각의 음성 신호를 합산해서 출력하는 합산 단계를 포함하는 음질 조정 방법.
제12항에 있어서,

상기 제1 필터 계수군의 수열은 -1, 0, 9, 16, 9, 0, 1의 비율로 이루어지며, 상기 제2 필터 계수군의 수열은 1, 0, 9, 16, -9, 0, 1의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음질 조정 방법.
주파수 특성이 상보 관계에 있고 각 필터 게인의 토탈이 모든 주파수에 대해 기준치로 되도록 복수의 디지털 필터를 설계하는 방법에 있어서,

수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되는 제1 필터 계수군에 기초해서 상기 제1 필터 계수군의 수열을 변환시킴으로써, 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되는 제2 필터 계수군을 구하며, 상기 제1 필터 계수군과 상기 제2 필터 계수군을 상기 복수의 디지털 필터의 필터 계수군으로서 사용하는 필터 설계 방법.
주파수 특성이 상보 관계에 있고 각 필터의 게인의 토탈이 모든 주파수에 대해 기준치로 되도록 복수의 디지털 필터를 설계하는 방법에 있어서,

수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 역부호로 서로 동등하게 되는 제2 필터 계수군에 기초해서 상기 제2 필터 계수군의 수열을 변환시킴으로써, 수열이 대칭형이고 상기 수열의 합계치가 비제로이며 상기 수열의 하나 건너 뛴 합계치가 동일부호로 서로 동등하게 되는 제2 필터 계수군을 구하며, 상기 제1의 필터 계수군과 상기 제2 필터 계수군을 상기 복수의 디지털 필터의 필터 계수군으로서 사용하는 필터 설계 방법.