WO2009110087A1 - 信号処理装置 - Google Patents

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WO2009110087A1
WO2009110087A1 PCT/JP2008/054122 JP2008054122W WO2009110087A1 WO 2009110087 A1 WO2009110087 A1 WO 2009110087A1 JP 2008054122 W JP2008054122 W JP 2008054122W WO 2009110087 A1 WO2009110087 A1 WO 2009110087A1
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WO
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signal
band
frequency band
amplitude level
circuit
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Application number
PCT/JP2008/054122
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Inventor
泰 松本
和昭 前田
哲 宮田
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ティーオーエー株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/01—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in sound systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing apparatus, and more particularly to an improvement of a signal processing apparatus that divides an audio signal into a plurality of frequency bands and performs compression processing of a dynamic range.
  • a signal processing apparatus which divides an input signal into a plurality of frequency bands and compresses and outputs a dynamic range for each frequency band (for example, , Patent Document 1).
  • the audio signal is divided by a plurality of BPFs (band pass filters) having different pass bands, and compression processing of the dynamic range is performed by the compression circuit for each audio signal after passing through the BPF. To be done.
  • BPFs band pass filters
  • Patent Document 2 a signal processing apparatus capable of obtaining a desired compression effect even with an audio signal having a small amplitude level.
  • FIG. 8 is a diagram showing a signal processing device described in Patent Document 2.
  • the signal processing apparatus 100 is a digital signal processing apparatus that divides an audio signal input from another device into a plurality of frequency bands, compresses a dynamic range for each frequency band, and outputs the compressed signal. It comprises a circuit 102, a compress circuit 103 and a band synthesis circuit 104.
  • the band division circuit 101 is a circuit that divides an input signal into a plurality of frequency bands.
  • An AGC (Automatic Gain Control) circuit 102 is an amplification circuit that amplifies the audio signal divided by the band division circuit 101, and control is performed to adjust the gain according to the input power.
  • AGC Automatic Gain Control
  • the compression circuit 103 is a circuit for compressing the dynamic range of the audio signal processed by the AGC circuit 102.
  • the AGC circuit 102 and the compression circuit 103 are provided for each frequency band.
  • the band synthesis circuit 104 is a circuit that synthesizes each audio signal after compression processing by the compression circuit 103.
  • the audio signal is input to the compression circuit 103 after the amplitude level is increased by the AGC circuit 102.
  • the AGC circuit 102 automatically adjusts the gain according to the input power, a desired compression effect can be obtained even with an audio signal with a small amplitude level.
  • the gain is automatically adjusted for each frequency band by each AGC circuit 102, there is a problem that the amplitude level of the signal synthesized by the band synthesizing circuit 104 may exceed the upper limit. there were. If it is attempted to monitor each AGC circuit 102 and adjust the gain for each frequency band so that the amplitude level of the signal after synthesis does not exceed the upper limit value, then all AGC circuits 102 are monitored and the gain is adjusted. Needs to be adjusted, which complicates the configuration and increases the manufacturing cost.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an audio signal having a small amplitude level can obtain a desired compression effect, and the amplitude level of the output signal can be obtained without making the distortion of the sound noticeable. It is an object of the present invention to provide a signal processing device capable of suppressing that the value of R exceeds the upper limit value. In particular, it is an object of the present invention to provide a signal processing device capable of suppressing the amplitude level of an output signal from exceeding the upper limit value without increasing the manufacturing cost. Another object of the present invention is to provide a signal processing apparatus capable of obtaining desired compression characteristics and suppressing distortion of sound.
  • a signal processing apparatus includes band dividing means for dividing an audio signal into two or more frequency bands, and compression processing of dynamic range for each of the frequency bands with respect to each signal component after division by the band dividing means.
  • the band combining means for combining the signal components after the compression processing by the compression processing means, and the audio signal after combining by the band combining means.
  • Amplitude level converting means for converting the amplitude level to the upper limit value and outputting the same, and the compression processing means amplifies each signal component after division by the band division means with a predetermined gain, and corresponds to the input power.
  • Automatic gain adjustment amplification means for adjusting the gain for each frequency band, and each signal component after processing by the automatic gain adjustment amplification means Configured with a compress device for compressing the dynamic range with.
  • the signal components after band division are processed by the automatic gain adjustment amplification means, amplified at a predetermined gain, and the gain is adjusted according to the input power.
  • the signal component processed by this automatic gain adjustment amplification means is processed by the compression means to compress the dynamic range.
  • the audio signal after band synthesis is processed by the amplitude level conversion means, and the amplitude level is converted to the upper limit value and output when the amplitude level exceeds the upper limit value, so the amplitude level of the output signal is Exceeding the upper limit can be suppressed.
  • it is not necessary to monitor all the frequency bands and adjust the gain between the frequency bands it is possible to suppress the amplitude level of the output signal from exceeding the upper limit value without increasing the manufacturing cost.
  • it is not necessary to suppress the amplitude level for each frequency band it is possible to suppress the amplitude level of the output signal from exceeding the upper limit without making the distortion of the sound noticeable.
  • the compression means is based on the comparison result of the amplitude level and the first threshold value for the signal component processed by the automatic gain adjustment amplification means. It is a means for performing compression processing of the signal component, and is configured to have a constant time from when the amplitude level exceeds the first threshold to when compression processing is actually started.
  • the amplitude level conversion means processes the amplitude level so as not to exceed the upper limit value, so that the amplitude of the output signal can be obtained even if the attack time in the compression means differs between frequency bands. It is possible to suppress that the level exceeds the upper limit value.
  • the signal processing apparatus includes volume adjustment means for changing the amplitude level of the audio signal by a fixed amount in addition to the above configuration, and the band dividing means is an audio after volume adjustment by the volume adjustment means.
  • the automatic gain adjustment amplifying means amplifies the signal component when the amplitude level is less than or equal to the second threshold for the signal component after being divided by the band division means, and the amplitude level is It is configured to be means for converting the amplitude level to a constant value when it exceeds the second threshold.
  • the audio signal is inputted to the band dividing means after the amplitude level is changed by the fixed amount by the volume adjusting means, so the amplitude level of the audio signal is adjusted to an appropriate value according to the sound source. be able to.
  • the band dividing unit generates amplitude information for each of two or more frequencies in the frequency band from the input signal as the signal component for each frequency band.
  • the automatic gain adjustment amplification means is means for adjusting the gain based on the amplitude information, and the frequency is calculated when the gain is calculated based on a plurality of amplitude information belonging to a frequency band. Amplitude information in the vicinity of another frequency band adjacent to the band is excluded from the calculation target to calculate the gain.
  • the amplitude is calculated by excluding the amplitude information in the vicinity of another frequency band adjacent to the frequency band from the calculation target Therefore, it is possible to calculate the gain by removing the influence of the leakage of power from the adjacent band. Therefore, since the influence of the blur is removed at the time of the gain adjustment based on the amplitude information, and the accurate gain is calculated, the desired compression characteristic can be obtained, and the distortion of the sound can be suppressed.
  • the band dividing means generates amplitude information in the frequency band in time series from the input signal as the signal component for each frequency band.
  • the automatic gain adjustment amplification means is means for adjusting the gain based on the amplitude information, and when calculating the gain based on the amplitude information, a frequency band to which the gain is to be adjusted and the frequency
  • the amplitude information is weighted averaged for a plurality of frequency bands including at least adjacent bands adjacent to the band, and the gain is calculated based on the result of the weighted average.
  • the weighted average for a plurality of frequency bands at least including the frequency band for which the gain is to be adjusted and the adjacent bands adjacent to the frequency band is used. Since the gain is calculated on the basis of this, it is possible to calculate an accurate gain in consideration of the leakage of power to adjacent bands. In addition, since gain adjustment can be performed according to the input power in another frequency band including the adjacent band, generation of distortion in sound can be suppressed.
  • the automatic gain adjustment amplification means is based on gains in other frequency bands including an adjacent band adjacent to the frequency band for gain adjustment. It is configured to calculate the gain of the frequency band. According to such a configuration, the gain adjustment is performed in consideration of the gains of other frequency bands including the adjacent band for each frequency band for which the gain is to be adjusted. Characteristics can be obtained, and distortion of the sound can be effectively suppressed.
  • the signal processing device when the amplitude level of the audio signal after band synthesis exceeds the upper limit value, the amplitude level is converted to the upper limit value and output. Can be suppressed from exceeding the upper limit value.
  • the amplitude level of the output signal since it is not necessary to monitor all the frequency bands and adjust the gain between the frequency bands, it is possible to suppress the amplitude level of the output signal from exceeding the upper limit value without increasing the manufacturing cost. Further, since it is not necessary to suppress the amplitude level for each frequency band, it is possible to suppress the amplitude level of the output signal from exceeding the upper limit without making the distortion of the sound noticeable.
  • the device can be realized. Also, when calculating gains based on a plurality of amplitude information belonging to a frequency band, the gain is calculated by excluding amplitude information in the vicinity of another frequency band adjacent to the frequency band from the calculation target, or When calculating the gain based on the amplitude information, the gain is calculated based on a weighted average of amplitude information on a plurality of frequency bands including at least a frequency band to be adjusted in gain and an adjacent band adjacent to the frequency band. Therefore, desired compression characteristics can be obtained, and distortion of sound can be suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a signal processing apparatus according to a first embodiment of the present invention, and a digital signal processing apparatus 1 for dividing an audio signal into a plurality of frequency bands and performing dynamic range compression processing. It is shown.
  • the digital signal processing device 1 is a multi-band compressor that divides an audio signal input from another device into a plurality of frequency bands, compresses a dynamic range for each frequency band, and outputs the compressed signal. Processor).
  • the digital signal processing device 1 is configured of a volume adjustment circuit 2, a band division circuit 3, an AGC circuit 4, a compression circuit 5, a band synthesis circuit 6 and a clip circuit 7.
  • audio data as a digital signal generated in another acoustic device such as a microphone is input as an audio signal.
  • the frequency band of the sound to be processed by the digital processing circuit 1 includes, for example, an audible range of 20 Hz to 20 kHz.
  • the volume adjustment circuit 2 is a gain adjustment circuit that changes the amplitude level of an audio signal input from another device by a fixed amount and outputs it to the band dividing circuit 3. For example, the gain (amplification factor) according to input power Is working to adjust automatically. Specifically, when the average value on the time axis of the amplitude level is input power, the amplitude level of the audio signal is increased when the average value is small, and the amount of increase is increased as the average value of the amplitude level decreases. Let On the other hand, when the average value of the amplitude level is large, the amplitude level of the audio signal is decreased, and the amount of decrease is increased as the average value of the amplitude level is increased.
  • the volume adjustment circuit 2 is a circuit that automatically adjusts the gain so that the output range of the audio signal always falls within the predetermined range.
  • the gain may be automatically adjusted according to the peak value of the amplitude level on the time axis.
  • the band division circuit 3 is a circuit for dividing an input signal into signal components for each frequency band, and an audio signal from the volume adjustment circuit 2 is processed.
  • the band dividing circuit 3 is a circuit for converting amplitude information on the time axis into amplitude information on the frequency axis, and generates amplitude information for each frequency in the frequency band from the input signal as a signal component for each frequency band. Ru.
  • the AGC circuit 4 is a circuit for converting the amplitude level of the audio signal after division by the band division circuit 3, and for the signal component from the band division circuit 3, an amplification circuit for increasing the amplitude level with a gain according to the input power It has become. That is, an operation is performed to increase the amplitude level of the signal component after division by the band division circuit 3 by a fixed amount and adjust the increase amount of the amplitude level according to the input power.
  • both the vibration component on the time axis in the signal value before band division and the component value of each signal component after band division will be referred to as an amplitude level.
  • the shift amount is adjusted based on the input power.
  • the shift amount is determined by judging the input power from the average value of the amplitude level on the time axis and the peak value of the amplitude level on the frequency axis. For example, the peak value on the frequency axis of the amplitude level is extracted, and the input power is determined from the average value of the peak value on the time axis to determine the shift amount.
  • the shift amount is increased as the input power decreases, while the shift amount is decreased as the input power increases.
  • This AGC circuit 4 is a circuit that increases the amplitude level by a fixed amount for an input signal whose amplitude level is below a predetermined threshold, and converts the amplitude level to an upper limit value for an input signal whose amplitude level exceeds the threshold. ing. That is, the amplifier circuit saturates an input signal whose amplitude level exceeds the threshold.
  • the volume adjustment circuit 2 and the AGC circuit 4 are all circuits capable of changing parameters such as attack time, hold time and release time.
  • the AGC circuit 4 determines the shift amount in consideration of the set values of these parameters.
  • adjusting the shift amount instead of extracting the peak value on the frequency axis of the amplitude level, a simple average on the frequency axis or a weighted average of a plurality of pieces of amplitude information is obtained, and The shift amount may be determined based on that.
  • the compression circuit 5 is a circuit for compressing the dynamic range of the audio signal processed by the AGC circuit 4 and converts the amplitude level of the signal component processed by the AGC circuit 4 at a predetermined conversion ratio. Is going. The conversion process of the amplitude level is performed based on the comparison result of the amplitude level of the signal component processed by the AGC circuit 4 and a predetermined threshold value.
  • the signal is passed as it is, that is, the input / output ratio 1 is passed.
  • processing is performed to convert the amplitude level at a predetermined conversion ratio, that is, an input / output ratio of less than one.
  • the compress circuit 5 is also a circuit whose parameters such as attack time, hold time and release time can be changed.
  • the attack time is the time from when the amplitude level of the input signal exceeds the threshold until when processing such as compression processing is actually started.
  • the hold time is a time for which the processing is continued when the amplitude level exceeds the threshold and processing such as compression processing is started.
  • the release time is the time from when the amplitude level becomes equal to or less than the threshold until when processing such as compression processing is actually ended.
  • the AGC circuit 4 and the compression circuit 5 are provided for each frequency band created by the band division circuit 3, and convert the amplitude level of each signal component after being divided by the band division circuit 3 so as to be dynamic for each frequency band. It is a compression processing unit that performs range compression processing.
  • m (m: 1 or more integer) AGC circuits 4 are connected in series and n (n: 1 or more integer) compression circuits 5 are connected in series for each frequency band. There is.
  • the band synthesis circuit 6 is a circuit that synthesizes each audio signal after compression processing by the compression circuit 5, and has an operation of synthesizing signal components from the compression circuit 5 for all frequency bands and outputting the result to the clip circuit 7. To be done. The synthesis of signal components is performed based on amplitude information and phase information input for each frequency band.
  • the clip circuit 7 is an amplitude level converter that converts and outputs the amplitude level of the audio signal that has been synthesized by the band synthesis circuit 6, and the audio signal from the band synthesis circuit 6 is processed. Specifically, when the amplitude level of the input signal is equal to or lower than the upper limit value, the signal is allowed to pass through, that is, it is caused to pass through at an input / output ratio of 1. On the other hand, when the amplitude level of the input signal exceeds the upper limit value, the amplitude level of the output signal is clipped by converting the amplitude level to the upper limit value.
  • the audio signal after band synthesis is processed by the clipping circuit 7, and when the amplitude level exceeds the upper limit value, the amplitude level is converted to the upper limit value and output. It is possible to suppress that the amplitude level of the signal exceeds the upper limit value.
  • the amplitude level of the signal exceeds the upper limit value.
  • it is not necessary to monitor all the AGC circuits 4 and adjust the shift amount or the threshold between frequency bands it is easy to make the amplitude level of the output signal exceed the upper limit without increasing the manufacturing cost. It can be suppressed.
  • it is not necessary to suppress the amplitude level for each frequency band it is possible to suppress the amplitude level of the output signal from exceeding the upper limit without making the distortion of the sound noticeable.
  • the amplitude level of the audio signal can be adjusted to an appropriate value according to the sound source.
  • the AGC circuit 4 when the amplitude level of the input signal is equal to or less than the threshold, the amplitude level is increased by a fixed amount, and when the amplitude level exceeds the threshold, the amplitude level is set to the upper limit. It is assumed that a circuit to convert and an expander circuit are provided. Further, it is assumed that two compress circuits having different threshold values and conversion ratios are provided as the compress circuit 5.
  • the expander circuit converts the amplitude level at an input / output ratio greater than 1 when the amplitude level of the input signal is below a predetermined threshold, and when the amplitude level exceeds the threshold, the amplitude level It is a circuit that increases by a fixed amount.
  • a compress circuit having a relatively large input / output ratio may be referred to as a compressor (one having a low conversion ratio), and a compress circuit having a relatively small input / output ratio may be referred to as a limiter (one having a high conversion ratio).
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of input / output characteristics of the AGC circuit 4 in the digital signal processing device 1 of FIG.
  • input / output characteristics in which the horizontal axis is an input value and the vertical axis is an output value are shown by logarithmic scale.
  • Shift amount b 1 of the AGC circuit 4 is determined based on the set values of the parameters such as input power and attack time.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of input / output characteristics of the compression circuit 5 in the digital signal processing device 1 of FIG.
  • input / output characteristics in which the horizontal axis is an input value and the vertical axis is an output value are shown by logarithmic scale.
  • the compress circuit 5 when the amplitude level of the input signal is the predetermined threshold value a 2 or less, then through input and output ratio of 1, when the amplitude level is above the threshold value a 2, the amplitude level less than 1 A conversion process is performed at an input / output ratio of
  • such an input / output characteristic is a straight line with a slope of 1 in the input value range of 0 or more and a 2 or less, and a straight line with a slope d 2 / d 1 of less than 1 in the range of the input value of a 2 or more Is represented by a broken line.
  • the threshold value a 2 is determined based on the upper limit value b 2 of the AGC circuit 4 so that the compression circuit 5 can obtain an appropriate compression effect.
  • the threshold a 2 has a value smaller than the upper limit value b 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the input / output characteristics of the AGC circuit 4 in the digital signal processing device 1 of FIG. 1, and shows the characteristics of the expander circuit.
  • input / output characteristics in which the horizontal axis is an input value and the vertical axis is an output value are shown by logarithmic scale.
  • the amplitude level of the input signal is equal to or less than the predetermined threshold a 3
  • the amplitude level is converted at an input / output ratio (b 3 / a 3 ) larger than 1 and the amplitude level is the threshold a 3.
  • the amplitude level is increased by a fixed amount (b 3 -a 3 ).
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an example of the operation in the digital signal processing device 1 of FIG.
  • FIG. 5A shows a conversion characteristic when two AGC circuits 4 having different input / output characteristics are connected in series.
  • FIG. 5 (b) shows conversion characteristics when two compress circuits 5 having different threshold values and conversion ratios are connected in series.
  • the number of feature points called knee is larger than that in the case where one AGC circuit in a narrow sense represents conversion characteristics. Increase. That is, when only one AGC circuit in a narrow sense is provided as the AGC circuit 4, the number of bending points A is one, whereas in the case where an expander circuit and an AGC circuit in a narrow sense are provided, The number of bending points B1 and B2 is two. However, in expander circuit, the output value b 3 in the input value a 3 is assumed to be smaller than the threshold a 1 in a narrow sense of the AGC circuit, the input value is the a 1 output value at a 5 .
  • the number of bending points of the polygonal line representing the conversion characteristics is increased compared to the case where one compression circuit 5 is provided. That is, when only one compression circuit 5 is provided, the number of bending points C1 or C2 is one, whereas when two compression circuits 5 are provided, bending point D1 and The number of D2 is two.
  • the threshold a 2 is than the threshold value a 6 second compress circuit 5 assumes a small value, as a 6 output value when the input value is a 7 There is.
  • the multistage AGC circuit 4 and the compression circuit 5 increase the number of bending points, so that the conversion characteristics of input and output values can be made smoother. Thereby, it is possible to suppress that the distortion of the sound is noticeable. That is, when non-linear characteristics in human hearing are approximated by broken lines, it is possible to adjust the dynamic range more naturally than in the past. In particular, even when the conversion ratio or response time in the compression processing of an audio signal is different for each frequency band, it is possible to suppress that the distortion of the sound is noticeable.
  • the expander circuit may be provided in the front stage of the AGC circuit in the narrow sense or may be provided in the rear stage of the AGC circuit in the narrow sense. Since the gain of the AGC circuit in a narrow sense can be adjusted according to the setting value of the parameter in the circuit, the position of the expander circuit is preferably before the AGC circuit in a narrow sense.
  • a circuit having a function of a noise gate may be used for the volume adjustment circuit 2, the AGC circuit 4 or the compression circuit 5.
  • the noise gate is to remove an input signal having a small amplitude level, and can be realized by a circuit similar to the expander circuit.
  • the amplitude of the output signal is processed by processing the audio signal after band synthesis by the clip circuit 7 and converting the amplitude level to the upper limit value and outputting the amplitude level when the amplitude level exceeds the upper limit value.
  • the example in the case of suppressing that a level exceeds an upper limit was demonstrated.
  • the AGC circuit 4 determines the gain based on a plurality of pieces of amplitude information
  • the amplitude information in the vicinity of another frequency band adjacent to the frequency band to which the AGC circuit 4 belongs is calculated from The case of removing the influence of leakage of signal components between frequency bands by excluding gain and calculating gain will be described.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the AGC circuit 4 in the digital signal processing device according to the second embodiment of the present invention.
  • the AGC circuit 4 includes an operation target extraction unit 11, a shift amount calculation unit 12, and an amplitude level conversion unit 13.
  • the band dividing circuit 3 converts amplitude information on the time axis into amplitude information on the frequency axis, and generates a plurality of pieces of amplitude information having different frequencies as signal components for each frequency band.
  • amplitude information for each frequency obtained from a plurality of input data by a frequency conversion method such as FFT is referred to as a frequency bin, and each frequency band is configured by a plurality of adjacent frequency bins.
  • the calculation target extraction unit 11 performs an operation of extracting amplitude information to be calculated, in order to calculate an appropriate gain according to the input power.
  • the frequency bands F1 to AGC circuit 4 belongs, in order to calculate the shift amount b 1 from the frequency bin in the frequency bands F1, calculating the frequency bins in the vicinity of adjacent bands F2 adjacent to the frequency band F1
  • An operation of excluding the object from the object, extracting the remaining frequency bins as the object of operation, and outputting it to the shift amount calculation unit 12 is performed.
  • the shift amount calculation unit 12 performs an operation of calculating a gain based on the amplitude information extracted by the calculation target extraction unit 11. Specifically, based on the frequency bins extracted as a calculation target, the shift amount b 1 is calculated.
  • Amplitude level converter 13 based on the shift amount b 1 calculated by the shift amount calculation unit 12, performs processing to convert the amplitude level of the input signal. That is, the amplitude level threshold a 1 following input signal increases the amplitude level by the shift amount b 1, the input signal amplitude level is above the threshold value a 1, to convert the amplitude level at a constant value b 2 treatment Is done.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the operation in the digital signal processing device of FIG. 6, showing that a leak in the power 22 occurs between frequency bands.
  • Each band is constituted by a plurality of frequency bins 21.
  • the number of frequency bins 21 in the band is different for each band. For example, the higher the frequency band, the greater the number of frequency bins.
  • the center "band 1" contains seven frequency bins.
  • signal components within a certain frequency band include signal components within other frequency bands including adjacent bands adjacent to the frequency band, due to power leakage.
  • part of the power 22 of one frequency band “band 1” is in the adjacent frequency band "band 2”
  • part of the power 22 of frequency band “band 2” is frequency band By being in "band 1”
  • the overlapping area 23 of power is generated.
  • the power of a certain band includes leakage from the adjacent band, it is considered that it is not accurate to determine the input power using all frequency bins 21 in the band. Therefore, in the present embodiment, when the gain is determined based on a plurality of pieces of amplitude information, frequency bins in the vicinity of other frequency bands adjacent to the frequency band to which AGC circuit 4 belongs are excluded from calculation targets.
  • the two frequency bins from the one closest to the adjacent band are included in the overlapping area 23 and the remainder excluding these frequency bins.
  • the input power is determined with respect to the “band 1” using frequency bins of 3 or 3 frequency bins.
  • the amplitude information in the vicinity of another frequency band adjacent to the frequency band to which AGC circuit 4 belongs is excluded from the calculation target to calculate the gain, whereby the leakage of the signal component between the frequency bands can be obtained.
  • the present invention is not limited to this.
  • the AGC circuit 4 determines the gain based on a plurality of pieces of amplitude information
  • a weighted average of levels may be determined, and a gain may be calculated based on the result of this weighted average.
  • each amplitude information is weighted using the distance from the center frequency of the frequency band F1 whose gain is to be adjusted as a weight, and the gain is determined using the average value as the input power.
  • the amount of leakage of power from other frequency bands is known in advance, it may be considered to be weighted according to the amount of leakage.
  • the method of determining the gain of the frequency band F1 by weighted averaging of the amplitude information for a plurality of frequency bands including the frequency band F1 whose gain is to be adjusted and the adjacent band F2 is a band pass such as an FIR filter. It is suitable for band division of an input signal using a filter.
  • the gains in other frequency bands including the adjacent band F2 are referred to, and the gains of the other frequency bands, the frequency band F1, and the adjacent band F2
  • the gain may be calculated from a weighted average of amplitude information for a plurality of frequency bands including. According to this configuration, the gain adjustment is performed in consideration of the gains of the other frequency bands including the adjacent band for each frequency band to which the gain is to be adjusted. Therefore, the compression characteristics according to the gains in the other frequency bands Can be obtained, and distortion of the sound can be effectively suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of input / output characteristics of an AGC circuit 4 in the digital signal processing device 1 of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of input / output characteristics of the compression circuit 5 in the digital signal processing device 1 of FIG. 1.
  • FIG. 16 is a diagram showing another example of the input / output characteristics of the AGC circuit 4 in the digital signal processing device 1 of FIG. 1, showing the characteristics of the expander circuit.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an operation in the digital signal processing device 1 of FIG. 1; It is the block diagram which showed one structural example of the AGC circuit 4 in the digital signal processing apparatus by Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the operation of the digital signal processing device of FIG. 6, showing that a leak in the power 22 occurs between frequency bands. It is the figure which showed the conventional signal processing apparatus 100.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the operation of the digital signal processing device of FIG. 6, showing that a leak in

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  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

　入力レベルの小さなオーディオ信号であっても、所望の圧縮効果が得られ、音の歪みを目立たせることなく出力レベルが上限値を越えるのを抑制できる信号処理装置を提供する。オーディオ信号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割回路３と、帯域分割回路３による分割後の各信号成分について、周波数帯域ごとにダイナミックレンジの圧縮処理を行う圧縮処理手段と、圧縮処理手段による圧縮処理後の各信号成分を合成する帯域合成回路６と、帯域合成回路６による合成後のオーディオ信号について、振幅レベルが上限値を上回っている場合に振幅レベルを当該上限値に変換して出力するクリップ回路７により構成される。圧縮処理手段は、帯域分割回路３による分割後の信号成分を所定の利得で増幅するとともに、入力パワーに応じて利得を調整するＡＧＣ回路４と、ＡＧＣ回路４による処理後の信号成分についてダイナミックレンジを圧縮するコンプレス回路５からなる。

Description

信号処理装置
　本発明は、信号処理装置に係り、さらに詳しくは、オーディオ信号を複数の周波数帯域に分割してダイナミックレンジの圧縮処理を行う信号処理装置の改良に関する。
　いわゆる音作りのためにオーディオ信号の周波数特性を変化させる装置として、入力信号を複数の周波数帯域に分割し、周波数帯域ごとにダイナミックレンジを圧縮して出力する信号処理装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の信号処理装置では、通過帯域の異なる複数のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）によってオーディオ信号が分割され、ＢＰＦ通過後の各オーディオ信号について、コンプレス回路によってダイナミックレンジの圧縮処理が行われる。
　上述した信号処理回路では、ＢＰＦによって分割されたオーディオ信号がコンプレス回路に直接入力されることから、振幅レベルの小さなオーディオ信号の場合には、所望の圧縮効果が得られないという問題があった。そこで、本願の出願人らは、先の特許出願（特許文献２）において、振幅レベルの小さなオーディオ信号であっても、所望の圧縮効果が得られる信号処理装置を提案した。
　図８は、特許文献２に記載の信号処理装置を示した図である。この信号処理装置１００は、他の機器から入力されたオーディオ信号を複数の周波数帯域に分割し、周波数帯域ごとにダイナミックレンジを圧縮して出力するデジタル信号処理装置であり、帯域分割回路１０１、ＡＧＣ回路１０２、コンプレス回路１０３及び帯域合成回路１０４からなる。帯域分割回路１０１は、入力信号を複数の周波数帯域に分割する回路である。ＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）回路１０２は、帯域分割回路１０１による分割後のオーディオ信号を増幅する増幅回路であり、入力パワーに応じて利得を調整する制御が行われる。コンプレス回路１０３は、ＡＧＣ回路１０２による処理後のオーディオ信号についてダイナミックレンジを圧縮する回路である。ＡＧＣ回路１０２及びコンプレス回路１０３は、周波数帯域ごとに設けられている。帯域合成回路１０４は、コンプレス回路１０３による圧縮処理後の各オーディオ信号を合成する回路である。
　この信号処理装置１００では、ＡＧＣ回路１０２によって振幅レベルを増加させてからオーディオ信号がコンプレス回路１０３に入力される。その際、ＡＧＣ回路１０２が入力パワーに応じて利得を自動調整するので、振幅レベルの小さなオーディオ信号であっても、所望の圧縮効果を得ることができる。しかしながら、上述した様な信号処理装置では、出力信号の振幅レベルが上限値を越えないようにするために、周波数帯域ごとに振幅レベルを抑えこむと、音の歪みが目立ってしまうという問題があった。また、信号処理装置１００では、各ＡＧＣ回路１０２によって周波数帯域ごとに利得が自動調整されるので、帯域合成回路１０４による合成後の信号の振幅レベルが上限値を越える場合が生じてしまうという問題があった。仮に、各ＡＧＣ回路１０２を監視し、周波数帯域ごとの利得を調整することによって、合成後の信号の振幅レベルが上限値を越えないようにしようとすると、全てのＡＧＣ回路１０２を監視して利得を調整する必要があることから、構成が複雑化し、製造コストが増大してしまう。
　また、上述した様な従来の信号処理装置では、オーディオ信号を帯域分割回路によって複数の周波数帯域に分割した際に、ある周波数帯域の信号成分に当該周波数帯域に隣接する隣接帯域を含む他の周波数帯域の信号成分がもれによって付加されていることが考えられる。このため、信号成分に基づいて利得を自動調整するような信号処理装置の場合には、所望の圧縮特性が得られなかったり、音に歪が生じてしまうという問題もあった。
特開平９－３３１２２３号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３１９７６３
　上述した通り、従来の信号処理装置では、出力信号の振幅レベルが上限値を越えないようにするために、周波数帯域ごとに振幅レベルを抑えこむと、音の歪みが目立ってしまうという問題があった。また、周波数帯域ごとに利得が自動調整されるので、合成後の信号の振幅レベルが上限値を越える場合が生じるという問題があった。また、オーディオ信号を複数の周波数帯域に分割する際のもれによって、所望の圧縮特性が得られなかったり、音に歪が生じてしまうという問題があった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、振幅レベルの小さなオーディオ信号であっても、所望の圧縮効果が得られ、しかも、音の歪みを目立たせることなく出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる信号処理装置を提供することを目的とする。特に、製造コストを増大させることなく、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる信号処理装置を提供することを目的とする。また、所望の圧縮特性が得られ、音に歪が生じるのを抑制することができる信号処理装置を提供することを目的とする。
　第１の本発明による信号処理装置は、オーディオ信号を２以上の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、上記帯域分割手段による分割後の各信号成分について、上記周波数帯域ごとにダイナミックレンジの圧縮処理を行う圧縮処理手段と、上記圧縮処理手段による圧縮処理後の各信号成分を合成する帯域合成手段と、上記帯域合成手段による合成後のオーディオ信号について、振幅レベルが上限値を上回っている場合に振幅レベルを当該上限値に変換して出力する振幅レベル変換手段とを備え、上記圧縮処理手段が、上記帯域分割手段による分割後の各信号成分を所定の利得で増幅するとともに、入力パワーに応じて上記利得を上記周波数帯域ごとに調整する自動利得調整増幅手段と、上記自動利得調整増幅手段による処理後の各信号成分についてダイナミックレンジを圧縮するコンプレス手段とを有するように構成される。
　この信号処理装置では、帯域分割後の信号成分が自動利得調整増幅手段によって処理され、所定の利得で増幅されるとともに、入力パワーに応じて利得が調整される。この自動利得調整増幅手段による処理後の信号成分がコンプレス手段によって処理され、ダイナミックレンジが圧縮される。そして、帯域合成後のオーディオ信号は、振幅レベル変換手段によって処理され、振幅レベルが上限値を上回っている場合に、振幅レベルを上限値に変換して出力されるので、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。特に、全ての周波数帯域を監視して周波数帯域間で利得を調整する必要がないことから、製造コストを増大させることなく、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。また、周波数帯域ごとに振幅レベルを抑えこむ必要がないので、音の歪みを目立たせることなく出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。
　第２の本発明による信号処理装置は、上記構成に加えて、上記コンプレス手段が、上記自動利得調整増幅手段による処理後の信号成分について、振幅レベルと第１閾値との比較結果に基づいて当該信号成分の圧縮処理を行う手段であって、振幅レベルが第１閾値を上回ってから圧縮処理を実際に開始するまでに一定時間を有するように構成される。この様な構成によれば、振幅レベル変換手段によって振幅レベルが上限値を越えないように処理されるので、コンプレス手段におけるアタックタイムが周波数帯域間で異なる場合であっても、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。
　第３の本発明による信号処理装置は、上記構成に加えて、オーディオ信号の振幅レベルを一定量だけ変化させるボリューム調整手段を備え、上記帯域分割手段が、上記ボリューム調整手段によるボリューム調整後のオーディオ信号を分割する手段であり、上記自動利得調整増幅手段が、上記帯域分割手段による分割後の信号成分について、振幅レベルが第２閾値以下である場合に、当該信号成分を増幅し、振幅レベルが第２閾値を上回っている場合に、振幅レベルを一定値に変換する手段であるように構成される。この様な構成によれば、ボリューム調整手段によって振幅レベルを一定量だけ変化させてからオーディオ信号が帯域分割手段に入力されるので、音源に応じてオーディオ信号の振幅レベルを適切な値に調整することができる。
　第４の本発明による信号処理装置は、上記構成に加えて、上記帯域分割手段が、上記周波数帯域ごとの上記信号成分として、入力信号から周波数帯域内の２以上の周波数ごとの振幅情報を生成する手段であり、上記自動利得調整増幅手段が、上記振幅情報に基づいて上記利得を調整する手段であって、周波数帯域に属する複数の振幅情報に基づいて上記利得を算出する際に、当該周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の振幅情報を演算対象から除外して利得を算出するように構成される。この様な構成によれば、周波数帯域に属する複数の振幅情報に基づいて利得を算出する際に、当該周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の振幅情報を演算対象から除外して利得が算出されるので、隣接帯域からのパワーのもれの影響を除去して利得を算出することができる。従って、振幅情報に基づく利得調整の際にもれの影響が除去され、正確な利得が算出されるので、所望の圧縮特性が得られ、音に歪が生じるのを抑制することができる。
　第５の本発明による信号処理装置は、上記構成に加えて、上記帯域分割手段が、上記周波数帯域ごとの上記信号成分として、入力信号から周波数帯域内の振幅情報を時系列に生成する手段であり、上記自動利得調整増幅手段が、上記振幅情報に基づいて上記利得を調整する手段であって、振幅情報に基づいて上記利得を算出する際に、利得を調整しようとする周波数帯域と当該周波数帯域に隣接する隣接帯域とを少なくとも含む複数の周波数帯域について上記振幅情報を加重平均し、この加重平均の結果に基づいて利得を算出するように構成される。この様な構成によれば、振幅情報に基づいて利得を算出する際に、利得を調整しようとする周波数帯域と当該周波数帯域に隣接する隣接帯域とを少なくとも含む複数の周波数帯域についての加重平均に基づいて利得が算出されるので、隣接帯域へのパワーのもれを考慮して正確な利得を算出することができる。また、隣接帯域を含む他の周波数帯域における入力パワーに応じて利得調整を行うことができるので、音に歪が生じるのを抑制することができる。
　第６の本発明による信号処理装置は、上記構成に加えて、上記自動利得調整増幅手段が、利得を調整しようとする周波数帯域に隣接する隣接帯域を含む他の周波数帯域における利得に基づいて、当該周波数帯域の利得を算出するように構成される。この様な構成によれば、利得を調整しようとする周波数帯域ごとに、隣接帯域を含む他の周波数帯域の利得を考慮して利得調整が行われるので、他の周波数帯域における利得に応じた圧縮特性を得ることができ、音に歪が生じるのを効果的に抑制することができる。
　本発明による信号処理装置によれば、帯域合成後のオーディオ信号について、振幅レベルが上限値を上回っている場合には、振幅レベルを上限値に変換して出力されるので、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。特に、全ての周波数帯域を監視して周波数帯域間で利得を調整する必要がないことから、製造コストを増大させることなく、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。また、周波数帯域ごとに振幅レベルを抑えこむ必要がないので、音の歪みを目立たせることなく出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。従って、振幅レベルの小さなオーディオ信号であっても、所望の圧縮効果が得られ、しかも、音の歪みを目立たせることなく出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる信号処理装置を実現することができる。また、周波数帯域に属する複数の振幅情報に基づいて利得を算出する際に、当該周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の振幅情報を演算対象から除外して利得が算出され、或いは、複数の振幅情報に基づいて利得を算出する際に、利得を調整しようとする周波数帯域と当該周波数帯域に隣接する隣接帯域とを少なくとも含む複数の周波数帯域に関する振幅情報の加重平均に基づいて利得が算出されるので、所望の圧縮特性が得られ、音に歪が生じるのを抑制することができる。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による信号処理装置の一構成例を示したブロック図であり、オーディオ信号を複数の周波数帯域に分割してダイナミックレンジの圧縮処理を行うデジタル信号処理装置１が示されている。このデジタル信号処理装置１は、他の機器から入力されたオーディオ信号を複数の周波数帯域に分割し、周波数帯域ごとにダイナミックレンジを圧縮して出力するマルチバンドコンプレッサであり、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって構成される。
　このデジタル信号処理装置１は、ボリューム調整回路２、帯域分割回路３、ＡＧＣ回路４、コンプレス回路５、帯域合成回路６及びクリップ回路７により構成される。ここでは、マイクロホンなどの他の音響機器において生成されたデジタル信号としての音声データがオーディオ信号として入力されるものとする。また、デジタル処理回路１が処理対象とする音の周波数帯域は、例えば、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の可聴範囲を含むものとする。
　ボリューム調整回路２は、他の機器から入力されたオーディオ信号の振幅レベルを一定量だけ変化させて帯域分割回路３へ出力する利得調整回路であり、例えば、入力パワーに応じて利得（増幅率）を自動調整する動作を行っている。具体的には、振幅レベルの時間軸上における平均値を入力パワーとしてこの平均値が小さい場合に、オーディオ信号の振幅レベルを増加させるとともに、振幅レベルの平均値が小さくなるに従って、増加量を増大させる。一方、振幅レベルの平均値が大きい場合には、オーディオ信号の振幅レベルを減少させるとともに、振幅レベルの平均値が大きくなるに従って、減少量を増大させる。
　つまり、このボリューム調整回路２は、オーディオ信号の出力レンジが常に所定の範囲内に収まるように、利得を自動調整する回路となっている。なお、利得を調整する際に、振幅レベルの時間軸上におけるピーク値に応じて利得を自動調整させても良い。
　帯域分割回路３は、入力信号を周波数帯域ごとの信号成分に分割するための回路であり、ボリューム調整回路２からのオーディオ信号が処理される。この帯域分割回路３は、時間軸上の振幅情報を周波数軸上の振幅情報に変換する回路であり、周波数帯域ごとの信号成分として、入力信号から周波数帯域内の周波数ごとの振幅情報が生成される。
　時間軸上の振幅情報を周波数軸上の振幅情報に変換する方法としては、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）、ＭＤＣＴ（Modified Discrete Cosine Transform：変形離散コサイン変換）などを利用して周波数成分に変換する方法と、ＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限長インパルス応答）フィルタ、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response：無限長インパルス応答）フィルタなどのバンドパスフィルタを用いる方法とが考えられる。ここでは、ＦＦＴなどの周波数変換方法が用いられるものとし、帯域分割回路３によって、周波数帯域ごとの信号成分として、入力信号から周波数軸上の複数の振幅情報と、振幅情報ごとの位相情報とが生成される。
　ＡＧＣ回路４は、帯域分割回路３による分割後のオーディオ信号の振幅レベルを変換する回路であり、帯域分割回路３からの信号成分について、入力パワーに応じた利得で振幅レベルを増加させる増幅回路となっている。すなわち、帯域分割回路３による分割後の信号成分について振幅レベルを一定量だけ増加させるとともに、入力パワーに応じて振幅レベルの増加量を調整する動作が行われる。
　ここでは、帯域分割前の信号値における時間軸上の振動成分と、帯域分割後の各信号成分の成分値とをいずれも振幅レベルと呼ぶことにする。
　振幅レベルの増加量をシフト量と呼ぶことにすると、シフト量は、入力パワーに基づいて調整されることとなる。ここでは、振幅レベルの時間軸上における平均値と、振幅レベルの周波数軸上におけるピーク値とから入力パワーを判断して、シフト量が定められるものとする。例えば、振幅レベルの周波数軸上におけるピーク値を抽出し、このピーク値の時間軸上における平均値から入力パワーを判断して、シフト量が定められる。
　入力パワーとシフト量との関係について、具体的には、入力パワーが小さくなるに従って、シフト量を増加させ、一方、入力パワーが大きくなるに従って、シフト量を減少させる動作が行われる。
　このＡＧＣ回路４は、振幅レベルが所定の閾値以下の入力信号について、振幅レベルを一定量だけ増加させ、振幅レベルが閾値を上回っている入力信号について、振幅レベルを上限値に変換する回路となっている。つまり、振幅レベルが閾値を上回った入力信号については、飽和させる増幅回路となっている。
　ここでは、ボリューム調整回路２及びＡＧＣ回路４が、いずれもアタックタイム、ホールドタイム及びリリースタイムなどのパラメータを変更可能な回路であるものとする。ＡＧＣ回路４では、これらのパラメータの設定値を考慮して、上記シフト量が決定される。なお、シフト量を調整する際、振幅レベルの周波数軸上におけるピーク値を抽出するのに代えて、周波数軸上における単純平均、或いは、複数の振幅情報についての加重平均を求め、この平均値に基づいてシフト量を決定するようなものであっても良い。
　コンプレス回路５は、ＡＧＣ回路４による処理後のオーディオ信号のダイナミックレンジを圧縮するための回路であり、ＡＧＣ回路４による処理後の信号成分について、振幅レベルを所定の変換レシオで変換する処理を行っている。この振幅レベルの変換処理は、ＡＧＣ回路４による処理後の信号成分の振幅レベルと、所定の閾値との比較結果に基づいて行われる。
　具体的には、入力信号の振幅レベルが閾値以下である場合に、そのまま通過させ、すなわち、入出力比１でスルーさせる。一方、入力信号の振幅レベルが閾値を上回っている場合には、振幅レベルを所定の変換レシオ、すなわち、１未満の入出力比で変換する処理が行われる。
　このコンプレス回路５も、アタックタイム、ホールドタイム及びリリースタイムなどのパラメータが変更可能な回路となっている。アタックタイムとは、入力信号の振幅レベルが閾値を上回ったときから圧縮処理などの処理を実際に開始するまでの時間のことである。また、ホールドタイムとは、振幅レベルが閾値を上回って圧縮処理などの処理が開始された際に、処理を継続させる時間のことである。また、リリースタイムとは、振幅レベルが閾値以下となったときから圧縮処理などの処理を実際に終了するまでの時間のことである。
　ＡＧＣ回路４及びコンプレス回路５は、帯域分割回路３によって作成された周波数帯域ごとに設けられ、帯域分割回路３による分割後の各信号成分の振幅レベルを変換することによって、周波数帯域ごとにダイナミックレンジの圧縮処理を行う圧縮処理手段となっている。この例では、各周波数帯域について、ｍ（ｍ：１以上の整数）個のＡＧＣ回路４が直列接続され、かつ、ｎ（ｎ：１以上の整数）個のコンプレス回路５が直列接続されている。
　帯域合成回路６は、コンプレス回路５による圧縮処理後の各オーディオ信号を合成する回路であり、コンプレス回路５からの信号成分を全ての周波数帯域について合成してクリップ回路７へ出力する動作が行われる。信号成分の合成は、周波数帯域ごとに入力される振幅情報及び位相情報に基づいて行われる。
　クリップ回路７は、帯域合成回路６による合成後のオーディオ信号の振幅レベルを変換して出力する振幅レベルの変換手段であり、帯域合成回路６からのオーディオ信号が処理される。具体的には、入力信号の振幅レベルが上限値以下である場合に、そのまま通過させ、すなわち、入出力比１でスルーさせる。一方、入力信号の振幅レベルが上限値を上回っている場合には、振幅レベルを上限値に変換することによって出力信号の振幅レベルがクリップされる。
　この様に構成することにより、帯域合成後のオーディオ信号は、クリップ回路７によって処理され、振幅レベルが上限値を上回っている場合に、振幅レベルを上限値に変換して出力されるので、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。特に、全てのＡＧＣ回路４を監視して周波数帯域間でシフト量や閾値を調整する必要がないことから、製造コストを増大させることなく、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを容易に抑制することができる。また、周波数帯域ごとに振幅レベルを抑えこむ必要がないので、音の歪みを目立たせることなく出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制することができる。
　また、ボリューム調整回路２によって振幅レベルを一定量だけ変化させてからオーディオ信号が帯域分割回路３に入力されるので、音源に応じてオーディオ信号の振幅レベルを適切な値に調整することができる。
　本実施の形態では、ＡＧＣ回路４として、入力信号の振幅レベルが閾値以下である場合に、振幅レベルを一定量だけ増加させ、振幅レベルが閾値を上回っている場合に、振幅レベルを上限値に変換する回路と、エキスパンダ回路とが設けられているものとする。また、コンプレス回路５として、閾値及び変換レシオが異なる２つのコンプレス回路が設けられているものとする。
　上記エキスパンダ回路は、入力信号の振幅レベルが所定の閾値以下である場合に、振幅レベルを１よりも大きな入出力比で変換し、振幅レベルが閾値を上回っている場合には、振幅レベルを一定量だけ増加させる回路である。また、入出力比が比較的大きなコンプレス回路をコンプレッサー（変換レシオが低いもの）と呼び、入出力比が比較的小さなコンプレス回路をリミッタ（変換レシオが高いもの）と呼ぶこともある。
　図２は、図１のデジタル信号処理装置１におけるＡＧＣ回路４の入出力特性の一例を示した図である。この図２には、横軸を入力値とし、縦軸を出力値とする入出力特性が対数目盛りによって示されている。このＡＧＣ回路４では、入力信号の振幅レベルが所定の閾値ａ１以下である場合に、振幅レベルをシフト量ｂ１だけ増加させ、振幅レベルが閾値ａ１を上回っている場合に、振幅レベルを上限値ｂ２（ｂ２＝ｂ１＋ａ１）に変換する処理が行われる。
　つまり、この様な入出力特性は、入力値が０以上ａ１以下の範囲において、傾き１であって、入力値が０の時の出力値がｂ１である直線となり、入力値がａ１以上の範囲で傾き０の直線となるような折れ線によって表される。ここでは、この様な入出力特性を有するＡＧＣ回路４を狭義のＡＧＣ回路と呼んでエキスパンダ回路と区別する。
　ＡＧＣ回路４のシフト量ｂ１は、入力パワーやアタックタイムなどのパラメータの設定値に基づいて決定される。
　図３は、図１のデジタル信号処理装置１におけるコンプレス回路５の入出力特性の一例を示した図である。この図３には、横軸を入力値とし、縦軸を出力値とする入出力特性が対数目盛りによって示されている。このコンプレス回路５では、入力信号の振幅レベルが所定の閾値ａ２以下である場合に、入出力比１でスルーさせ、振幅レベルが閾値ａ２を上回っている場合に、振幅レベルを１未満の入出力比で変換する処理が行われる。
　つまり、この様な入出力特性は、入力値が０以上ａ２以下の範囲において、傾き１の直線となり、入力値がａ２以上の範囲で傾きｄ２／ｄ１が１未満の直線となるような折れ線によって表される。
　また、上記閾値ａ２は、コンプレス回路５によって適切な圧縮効果が得られるように、ＡＧＣ回路４の上限値ｂ２に基づいて決定される。この例では、閾値ａ２は、上限値ｂ２よりも小さな値となっている。
　図４は、図１のデジタル信号処理装置１におけるＡＧＣ回路４の入出力特性の他の一例を示した図であり、エキスパンダ回路の特性が示されている。この図４には、横軸を入力値とし、縦軸を出力値とする入出力特性が対数目盛りによって示されている。このエキスパンダ回路では、入力信号の振幅レベルが所定の閾値ａ３以下である場合に、振幅レベルを１よりも大きな入出力比（ｂ３／ａ３）で変換し、振幅レベルが閾値ａ３を上回っている場合に、振幅レベルを一定量（ｂ３－ａ３）だけ増加させる処理が行われる。
　つまり、この様な入出力特性は、入力値が０以上ａ３以下の範囲において、傾きが１よりも大きく、入力値がａ３の時の出力値がｂ３である直線となり、入力値がａ３以上の範囲で傾き１の直線となるような折れ線によって表される。なお、入力値がａ４以上の範囲では、出力値が飽和している。
　図５（ａ）及び（ｂ）は、図１のデジタル信号処理装置１における動作の一例を示した図である。図５（ａ）には、入出力特性の異なる２つのＡＧＣ回路４を直列接続した場合の変換特性が示されている。また、図５（ｂ）には、閾値及び変換レシオの異なる２つのコンプレス回路５を直列接続した場合の変換特性が示されている。
　エキスパンダ回路と狭義のＡＧＣ回路とを直列接続した場合、狭義のＡＧＣ回路が１つの場合に比べて、変換特性を表す折れ線の折曲点、すなわち、ｋｎｅｅ（膝）と呼ばれる特徴点の数が増える。すなわち、ＡＧＣ回路４として狭義のＡＧＣ回路を１つだけ設けた場合、折曲点Ａの数が１個であるのに対して、エキスパンダ回路と狭義のＡＧＣ回路とを設けた場合には、折曲点Ｂ１及びＢ２の数が２個となっている。ただし、エキスパンダ回路において、入力値ａ３における出力値ｂ３は、狭義のＡＧＣ回路の閾値ａ１よりも小さな値であるものとし、入力値がａ５の時の出力値をａ１としている。
　また、閾値及び変換レシオの異なる２つのコンプレス回路５を直列接続した場合、コンプレス回路５が１つの場合に比べて、変換特性を表す折れ線の折曲点の数が増える。すなわち、コンプレス回路５を１つだけ設けた場合、折曲点Ｃ１又はＣ２の数が１個であるのに対して、２つのコンプレス回路５を設けた場合には、折曲点Ｄ１及びＤ２の数が２個となっている。ただし、第１のコンプレス回路５において、閾値ａ２は、第２のコンプレス回路５の閾値ａ６よりも小さな値であるものとし、入力値がａ７の時の出力値をａ６としている。
　この様に、ＡＧＣ回路４及びコンプレス回路５を多段化することによって、折曲点の数が増えるので、入出力値の変換特性をより滑らかなものとすることができる。これにより、音の歪みが目立つのを抑制することができる。すなわち、人の聴覚における非線形特性を折れ線によって近似した際に、従来よりも自然にダイナミックレンジを調整することができる。特に、オーディオ信号の圧縮処理における変換レシオや応答時間が周波数帯域ごとに異なる場合であっても、音の歪が目立ってしまうのを抑制することができる。
　図５では、１つのエキスパンダ回路を設ける場合について説明したが、２以上のエキスパンダ回路を設けても良い。また、エキスパンダ回路と狭義のＡＧＣ回路とを同一帯域に設ける際、エキスパンダ回路を狭義のＡＧＣ回路の前段に設ける場合と、狭義のＡＧＣ回路の後段に設ける場合とが考えられるが、エキスパンダ回路におけるパラメータの設定値に応じて狭義のＡＧＣ回路の利得を調整することが可能となることから、エキスパンダ回路の位置は、狭義のＡＧＣ回路よりも前が望ましい。
　なお、ボリューム調整回路２、ＡＧＣ回路４又はコンプレス回路５には、ノイズゲートの機能を有する回路を用いても良い。このノイズゲートとは、振幅レベルの小さな入力信号を除去することであり、エキスパンダ回路と同様の回路によって実現することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、帯域合成後のオーディオ信号をクリップ回路７によって処理し、振幅レベルが上限値を上回っている場合に、振幅レベルを上限値に変換して出力させることにより、出力信号の振幅レベルが上限値を越えるのを抑制する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、複数の振幅情報に基づいてＡＧＣ回路４が利得を決定する際に、ＡＧＣ回路４が属する周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の振幅情報を演算対象から除外して利得を算出することによって、周波数帯域間における信号成分のもれの影響を除去する場合について説明する。
　図６は、本発明の実施の形態２によるデジタル信号処理装置におけるＡＧＣ回路４の一構成例を示したブロック図である。このＡＧＣ回路４は、演算対象抽出部１１、シフト量算出部１２及び振幅レベル変換部１３により構成される。
　帯域分割回路３では、時間軸上の振幅情報を周波数軸上の振幅情報に変換し、各周波数帯域について、周波数の異なる複数の振幅情報が信号成分として生成される。ここでは、複数の入力データからＦＦＴなどの周波数変換方法によって得られる周波数ごとの振幅情報を周波数ビンと呼び、隣接する複数の周波数ビンによって各周波数帯域が構成されているものとする。
　演算対象抽出部１１は、入力パワーに応じた適切な利得を算出するために、演算対象とする振幅情報を抽出する動作を行っている。具体的には、ＡＧＣ回路４が属する周波数帯域Ｆ１について、この周波数帯域Ｆ１内の周波数ビンからシフト量ｂ１を算出するために、当該周波数帯域Ｆ１に隣接する隣接帯域Ｆ２付近の周波数ビンを演算対象から除外し、残りの周波数ビンを演算対象として抽出してシフト量算出部１２へ出力する動作が行われる。
　シフト量算出部１２は、演算対象抽出部１１によって抽出された振幅情報に基づいて利得を算出する動作を行っている。具体的には、演算対象として抽出された周波数ビンに基づいて、シフト量ｂ１が算出される。
　振幅レベル変換部１３は、シフト量算出部１２によって算出されたシフト量ｂ１に基づいて、入力信号の振幅レベルを変換する処理を行っている。すなわち、振幅レベルが閾値ａ１以下の入力信号について、振幅レベルをシフト量ｂ１だけ増加させ、振幅レベルが閾値ａ１を上回っている入力信号について、振幅レベルを一定値ｂ２に変換する処理が行われる。
　図７は、図６のデジタル信号処理装置における動作の一例を示した図であり、周波数帯域（バンド）間でパワー２２にもれが生じている様子が示されている。各バンドは、複数の周波数ビン２１によって構成されている。バンド内の周波数ビン２１の数は、バンドごとに異なっている。例えば、周波数が高いバンドほど、周波数ビンの数が多くなっている。この例では、中央の「バンド１」に７個の周波数ビンが含まれている。
　一般に、ある周波数帯域内の信号成分には、当該周波数帯域に隣接する隣接帯域を含む他の周波数帯域内の信号成分がパワーのもれによって含まれる。この例では、ある周波数帯域「バンド１」のパワー２２の一部が、隣接する周波数帯域「バンド２」内にもれ、また、周波数帯域「バンド２」のパワー２２の一部が、周波数帯域「バンド１」内にもれることによって、パワーの重複領域２３が生じている。
　この様に、あるバンドのパワーには、隣接帯域からのもれが含まれることから、バンド内の全ての周波数ビン２１を用いて入力パワーを判断するのは、精度が良くないと考えられる。そこで、本実施の形態では、複数の振幅情報に基づいて利得を決定する際に、ＡＧＣ回路４が属する周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の周波数ビンを演算対象から除外している。
　図７では、「バンド１」の周波数帯域内の７個の周波数ビン２１のうち、隣接帯域に近いほうから２個の周波数ビンが重複領域２３に含まれており、これらの周波数ビンを除く残りの周波数ビン、すなわち、３個の周波数ビンを用いて当該「バンド１」に関して入力パワーが判断される。
　このように構成することにより、周波数帯域間における信号成分のもれの影響を除去することができるので、所望の圧縮特性が得られ、音に歪が生じるのを抑制することができる。
　なお、本実施の形態では、ＡＧＣ回路４が属する周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の振幅情報を演算対象から除外して利得を算出することによって、周波数帯域間における信号成分のもれの影響を除去する場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、複数の振幅情報に基づいてＡＧＣ回路４が利得を決定する際に、ＡＧＣ回路４が属する周波数帯域Ｆ１と、当該周波数帯域Ｆ１に隣接する隣接帯域Ｆ２とを少なくとも含む複数の周波数帯域について振幅レベルの加重平均を求め、この加重平均の結果に基づいて利得を算出しても良い。
　具体的には、利得を調整しようとする周波数帯域Ｆ１の中心周波数からの距離を重みとして各振幅情報に重み付けし、その平均値を入力パワーとして利得が決定される。或いは、他の周波数帯域からのパワーのもれ量が予め分かっている場合には、このもれ量に応じて重み付けするようなことも考えられる。
　この様に、利得を調整しようとする周波数帯域Ｆ１と、隣接帯域Ｆ２とを含む複数の周波数帯域について振幅情報を加重平均して周波数帯域Ｆ１の利得を決定する方法は、ＦＩＲフィルタなどのバンドパスフィルタを用いて入力信号を帯域分割する場合に好適である。この様に構成すれば、振幅情報に基づいて利得を算出する際に、利得を調整しようとする周波数帯域Ｆ１と当該周波数帯域Ｆ１に隣接する隣接帯域Ｆ２とを少なくとも含む複数の周波数帯域についての加重平均に基づいて利得が算出されるので、隣接帯域へのパワーのもれを考慮して正確な利得を算出することができる。また、隣接帯域Ｆ２を含む他の周波数帯域における入力パワーに応じて利得調整を行うことができるので、音に歪が生じるのを抑制することができる。
　なお、利得を調整しようとする周波数帯域Ｆ１について利得を算出する際に、隣接帯域Ｆ２を含む他の周波数帯域における利得を参照し、当該他の周波数帯域の利得と、周波数帯域Ｆ１と隣接帯域Ｆ２とを含む複数の周波数帯域についての振幅情報の加重平均とから利得を算出しても良い。この様に構成すれば、利得を調整しようとする周波数帯域ごとに、隣接帯域を含む他の周波数帯域の利得を考慮して利得調整が行われるので、他の周波数帯域における利得に応じた圧縮特性を得ることができ、音に歪が生じるのを効果的に抑制することができる。
　また、実施の形態１及び２では、デジタル信号として入力されたオーディオ信号が処理される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アナログ信号を処理するものにも適用することができる。
本発明の実施の形態１による信号処理装置の一構成例を示したブロック図である。 図１のデジタル信号処理装置１におけるＡＧＣ回路４の入出力特性の一例を示した図である。 図１のデジタル信号処理装置１におけるコンプレス回路５の入出力特性の一例を示した図である。 図１のデジタル信号処理装置１におけるＡＧＣ回路４の入出力特性の他の一例を示した図であり、エキスパンダ回路の特性が示されている。 図１のデジタル信号処理装置１における動作の一例を示した図である。 本発明の実施の形態２によるデジタル信号処理装置におけるＡＧＣ回路４の一構成例を示したブロック図である。 図６のデジタル信号処理装置における動作の一例を示した図であり、周波数帯域（バンド）間でパワー２２にもれが生じている様子が示されている。 従来の信号処理装置１００を示した図である。
符号の説明
１　デジタル信号処理装置
２　ボリューム調整回路
３　帯域分割回路
４　ＡＧＣ回路
５　コンプレス回路
６　帯域合成回路
７　クリップ回路
１１　演算対象抽出部
１２　シフト量算出部
１３　振幅レベル変換部

Claims (6)

  1. 　オーディオ信号を２以上の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、
    　上記帯域分割手段による分割後の各信号成分について、上記周波数帯域ごとにダイナミックレンジの圧縮処理を行う圧縮処理手段と、
    　上記圧縮処理手段による圧縮処理後の各信号成分を合成する帯域合成手段と、
    　上記帯域合成手段による合成後のオーディオ信号について、振幅レベルが上限値を上回っている場合に振幅レベルを当該上限値に変換して出力する振幅レベル変換手段とを備え、
    　上記圧縮処理手段が、上記帯域分割手段による分割後の各信号成分を所定の利得で増幅するとともに、入力パワーに応じて上記利得を上記周波数帯域ごとに調整する自動利得調整増幅手段と、
    　上記自動利得調整増幅手段による処理後の各信号成分についてダイナミックレンジを圧縮するコンプレス手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
  2. 　上記コンプレス手段は、上記自動利得調整増幅手段による処理後の信号成分について、振幅レベルと第１閾値との比較結果に基づいて当該信号成分の圧縮処理を行う手段であって、振幅レベルが第１閾値を上回ってから圧縮処理を実際に開始するまでに一定時間を有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
  3. 　オーディオ信号の振幅レベルを一定量だけ変化させるボリューム調整手段を備え、
    　上記帯域分割手段が、上記ボリューム調整手段によるボリューム調整後のオーディオ信号を分割する手段であり、
    　上記自動利得調整増幅手段は、上記帯域分割手段による分割後の信号成分について、振幅レベルが第２閾値以下である場合に、当該信号成分を増幅し、振幅レベルが第２閾値を上回っている場合に、振幅レベルを一定値に変換する手段であることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
  4. 　上記帯域分割手段が、上記周波数帯域ごとの信号成分として、入力信号から周波数帯域内の２以上の周波数ごとの振幅情報を生成する手段であり、
    　上記自動利得調整増幅手段は、上記振幅情報に基づいて上記利得を調整する手段であって、周波数帯域に属する複数の振幅情報に基づいて上記利得を算出する際に、当該周波数帯域に隣接する他の周波数帯域付近の振幅情報を演算対象から除外して利得を算出することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
  5. 　上記帯域分割手段が、上記周波数帯域ごとの信号成分として、入力信号から周波数帯域内の振幅情報を時系列に生成する手段であり、
    　上記自動利得調整増幅手段は、上記振幅情報に基づいて上記利得を調整する手段であって、振幅情報に基づいて上記利得を算出する際に、利得を調整しようとする周波数帯域と当該周波数帯域に隣接する隣接帯域とを少なくとも含む複数の周波数帯域について上記振幅情報を加重平均し、この加重平均の結果に基づいて利得を算出することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
  6. 　上記自動利得調整増幅手段は、利得を調整しようとする周波数帯域に隣接する隣接帯域を含む他の周波数帯域における利得に基づいて、当該周波数帯域の利得を算出することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
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