JP2008109279A

JP2008109279A - オーディオ信号処理装置及びオーディオ信号処理方法

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Publication number: JP2008109279A
Application number: JP2006288892A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Nakazato; 光男中里
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】サンプリング周波数の異なるオーディオ信号をディジタルフィルタリングするＦＩＲフィルタの回路規模を低減等することが可能なオーディオ信号処理装置を提供する。
【解決手段】サンプルレート変換器１が、オーディオ信号Ｘｓを比βに基づいてダウンコンバートしてＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂに供給し、ディジタルフィリタリングさせる。ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂは、基準周波数ｆｂａｓｅと等しい動作周波数ｆａ，ｆｂの下で、基準周波数ｆｂａｓｅと等しいサンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号を所定の周波数帯域の範囲でディジタルフィルタリングする場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせてタップ数が決められたＦＩＲフィルタで形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、サンプリング周波数の異なるオーディオ信号をディジタルフィルタによって処理するオーディオ信号処理装置及びオーディオ信号処理方法に関する。

離散化されたオーディオ信号を扱うディジタルオーディオ機器では、ＦＩＲ(Finite Impulse Response) フィルタを備えたオーディオFinite Impulse Response Filter信号処理装置によって、周波数帯域分割や音質調整（イコライジング）等のディジタル信号処理を行う構成となっている。

図１（ａ）は、従来のオーディオ信号処理装置の構成例を示している。
このオーディオ信号処理装置には、４系統のＦＩＲディジタルフィルタ（以下、「ＦＩＲフィルタ」と称する）Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４とＤＡ変換器と音量調整用の増幅器とが形成されたディジタルシグナルプロセッサ(ＤＳＰ：Digital Signal Processor)が設けられている。各系統において、ＣＤプレーヤ等の信号源から供給される所定サンプリング周波数ｆsでサンプリングされたオーディオ信号Ｘに対し、低域スピーカＳLと低中域スピーカＳLMと中高域スピーカＳMHと高域スピーカＳHとの各周波数帯域に合わせて、図１（ｂ）の特性図に示す周波数帯域分割や音質調整等の処理を行う構成となっている。

ここで、各々のＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、次式（１ａ）の伝達関数Ｈ(z)で表され、サンプリング周期Ｔ（つまり、１／ｆs）毎の時刻ｎにおいて入力系列であるオーディオ信号Ｘ(n)が供給されると、その時刻ｎのオーディオ信号Ｘ(n)及び過去に供給されたオーディオ信号Ｘ(n-1)，Ｘ(n-2)，…，Ｘ(n-N)と、インパルス応答の継続時間に基づいて定められたタップ数（Ｎ＋１）のフィルタ係数（タップ係数）ｈ₀，ｈ₁，ｈ₂，…，ｈ_Nとを積和演算することで、次式（１ｂ）の非再帰型の差分方程式で表される出力系列Ｙ(n)を生成して出力する。

つまり、各ＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４におけるフィルタ係数ｈ₀，ｈ₁，ｈ₂，…，ｈ_Nが夫々特定の係数に設定されることで、ＦＩＲフィルタＦ１が低域通過フィルタ、ＦＩＲフィルタＦ２が低中域通過フィルタ、ＦＩＲフィルタＦ３が中高域通過フィルタ、ＦＩＲフィルタＦ４が高域通過フィルタとなっている。

ところで、上記従来のオーディオ信号処理装置は、ＣＤプレーヤ等の信号源から供給される例えば４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされたオーディオ信号Ｘだけを信号処理する構成となっている。

しかし、ＣＤ（Compact Disc）のみならずＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の多様なメディアが開発され、また、マルチメディア化等の進展に伴って、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数だけでなく、３２ｋＨｚ、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚ等のサンプリング周波数でサンプリングされたオーディオ信号を処理することが可能なコンパチビリティを有するオーディオ信号処理装置が必要とされている。

ところが、サンプリング周波数ｆsが高くなると、一般に、各ＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ３のタップ数を増やしてタップ長を長くしなければならず、上記式（１ａ）（１ｂ）から明らかな通り、積和演算するための乗算器と遅延素子の数が増加し、また信号処理を行う際に必要となるバッファメモリの記憶容量が増大することから、回路規模が大きくなってしまい、更に、ディジタルシグナルプロセッサ(ＤＳＰ）の処理量が増大し、処理の負担が大きくなる等の問題を生じる。

例えば、上述した最も高いサンプリング周波数である１９２ｋＨｚに合わせて、全てのＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を設計しておけば、１９２ｋＨｚより低いサンプリング周波数である３２ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ等のオーディオ信号を信号処理することが理論的に可能となるが、各ＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４のタップ数が膨大となり、回路規模の増大、ディジタルシグナルプロセッサ(ＤＳＰ）の処理負担が大きくなる等の問題を生じる。また、タップ長が長くなると、インパルス応答の収束速度が劣化する問題を生じる。

また、上述したように、最も高いサンプリング周波数である１９２ｋＨｚに合わせて、全てのＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を設計した場合、低域や低中域のオーディオ信号を処理するＦＩＲフィルタＦ１，Ｆ２では、無信号の期間（入力されるオーディオ信号がほぼ０レベルとなる期間）にエコー（誤差成分）が発生し、そのエコーが出力系列Ｙとなって出力されるため、低域スピーカＳLと低中域スピーカＳLMで再生される再生音の音質が劣化してしまう。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、サンプリング周波数の異なるオーディオ信号に対して、ＦＩＲフィルタによって周波数帯域分割や音質調整等の処理を施すオーディオ信号処理装置において、ＦＩＲフィルタの回路規模の低減や処理量の低減等を実現することが可能なオーディオ信号処理装置とオーディオ信号処理方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、信号源から出力される、異なるサンプリング周波数でサンプリングされている複数のオーディオ信号をディジタルフィルタリングするＦＩＲフィルタを有するオーディオ信号処理装置であって、前記サンプリング周波数のうちの所定サンプリング周波数を基準周波数として、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数と前記基準周波数とを比較し、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数が前記基準周波数より高い周波数と判定すると、前記サンプリング周波数と前記基準周波数との比を再サンプリング比として演算する制御手段と、前記信号源から出力されるオーディオ信号を前記再サンプリング比に基づいてダウンコンバートして前記ＦＩＲフィルタに供給するサンプルレート変換手段とを具備し、前記ＦＩＲフィルタは、前記基準周波数と等しい動作周波数の下で、前記基準周波数と等しいサンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号を所定の周波数帯域の範囲でディジタルフィルタリングする場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせてタップ数が決められたＦＩＲフィルタであること、を特徴とする。

請求項５に記載の発明は、信号源から出力される、異なるサンプリング周波数でサンプリングされている複数のオーディオ信号をディジタルフィルタリングするオーディオ信号処理方法であって、前記サンプリング周波数のうちの所定サンプリング周波数を基準周波数として、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数と前記基準周波数とを比較し、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数が前記基準周波数より高い周波数と判定すると、前記サンプリング周波数と前記基準周波数との比を再サンプリング比として演算する制御工程と、前記信号源から出力されるオーディオ信号を前記再サンプリング比に基づいてダウンコンバートするサンプルレート変換工程と、前記サンプルレート変換工程でダウンコンバートされたダウンコンバート後のオーディオ信号をディジタルフィルタリングするＦＩＲフィルタ工程とを具備し、前記ＦＩＲフィルタ工程は、前記基準周波数と等しい動作周波数の下で、前記基準周波数と等しいサンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号を所定の周波数帯域の範囲でディジタルフィルタリングする場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせてタップ数が決められたＦＩＲフィルタ工程であること、を特徴とする。

本発明の好適な実施形態について、図２、図３を参照して説明する。図２は本実施形態のオーディオ信号処理装置の構成を表したブロック図、図３（ａ）〜（ｄ）はＦＩＲフィルタの基本構成を表したブロック図である。

なお、以下の説明では、便宜上、サンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号を「サンプリング周波数のオーディオ信号」、サンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号のそのサンプリング周波数を「オーディオ信号のサンプリング周波数」として説明することとする。

図２において、本実施形態のオーディオ信号処理装置は、制御部２０とディジタルシグナルプロセッサ３０とを有し、ディジタルシグナルプロセッサ３０によって、サンプルレート変換器１と、４系統のＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとＤＡ変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ及び音量調整用の増幅器４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが形成されている。

そして、ディジタルシグナルプロセッサ３０が、ＭＤやＣＤやＤＶＤ等のメディアを再生するＭＤプレーヤやＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤ、ディジタル放送を受信する受信機、インターネットを介してオーディオソースを受信するモデム等の信号源１０から供給されるオーディオ信号Ｘsに対して、低域スピーカＳLと低中域スピーカＳLMと中高域スピーカＳMHと高域スピーカＳHとの各周波数帯域に合わせて、周波数帯域分割や音質調整等の処理を行う。

また、詳細については後述するが、本実施形態のオーディオ信号処理装置は、ＣＤやＤＶＤ等の規格で規定されている３２ｋＨｚ、４４．１ｋＨｚ、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの何れのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsに対しても、周波数帯域分割や音質調整等の処理を行うコンパチビリティを発揮する構成となっている。

制御部２０は、信号源１０から出力される所定のコントロールデータを調べることで、信号源１０から出力されるオーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsを検出し、検出したサンプリング周波数ｆsに応じて、サンプルレート変換器１にダウンサンプリングさせる際の再サンプリング比βを設定する制御信号（符号省略）を生成し、更に、検出したサンプリング周波数ｆsに応じて、ＦＩＲフィルタ２ａ〜２ｄとＤＡ変換器３ａ〜２ｄと増幅器４ａ〜４ｄの動作周波数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdを設定するための各クロック信号（符号省略）を発生する。

なお、再サンプリング比βとは、サンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsを、それより低いサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvにダウンサンプリングする場合に、サンプリング周波数ｆvとｆsとの比（ｆv／ｆs）として定義される。

ここで、制御部２０は、次の処理によって、再サンプリング比βを指定する制御信号と、動作周波数ｆaを設定するためのクロック信号と、動作周波数ｆbを設定するためのクロック信号と、動作周波数ｆcを設定するためのクロック信号と、動作周波数ｆdを設定するためのクロック信号を生成する。

まず、制御部２０には、所定の基準周波数ｆbaseを示すデータが予め記憶されており、本実施形態では、基準周波数ｆbaseが、上述の規格で規定されている最も低いサンプリング周波数（３２ｋＨｚ）から最も高いサンプリング周波数（１９２ｋＨｚ）までの範囲のうち、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsと等しい周波数に決められている。

そして、制御部２０が、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsを検出して基準周波数ｆbaseと比較し、サンプリング周波数ｆsと基準周波数ｆbaseとの大小関係に応じて再サンプリング比βを設定する制御信号と、動作周波数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdを設定するための各クロック信号を生成する。

《ｆsとｆbaseが等しいとき》
サンプリング周波数ｆsと基準周波数ｆbaseを比較し、両者の周波数が等しいとき（４４．１ｋＨｚのとき）には、比（ｆbase／ｆs）を演算して再サンプリング比βを１にする。これにより、サンプルレート変換器１にダウンサンプリングをさせず、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsをそのまま、オーディオ信号Ｘvとして出力させる。更に、ＦＩＲフィルタ２ａ〜２ｄに供給するクロック信号の周波数（動作周波数）ｆa，ｆb，ｆc，ｆdを、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsと等しい４４．１ｋＨｚに設定する。

したがって、制御部２０は、サンプリング周波数ｆsと基準周波数ｆbaseが等しいときには、次式（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）で表される条件設定を行う。

《ｆsがｆbaseより低い周波数のとき》
サンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseより低い周波数のときには、再サンプリング比βを１にする。これにより、サンプルレート変換器１にダウンサンプリングをさせず、３２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsをそのまま、オーディオ信号Ｘvとして出力させる。更に、ＦＩＲフィルタ２ａ〜２ｄに供給するクロック信号の周波数（動作周波数）ｆa，ｆb，ｆc，ｆdを、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsと等しい３２ｋＨｚに設定する。

したがって、制御部２０は、サンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseより低い周波数のときには、次式（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）で表される条件設定を行う。

《ｆsがｆbaseより高い周波数のとき》
サンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseより高い周波数のときには、基準周波数ｆbaseとサンプリング周波数ｆsの比（ｆbase／ｆs）を演算し、再サンプリング比βとする。これにより、サンプルレート変換器１に再サンプリング比βでダウンサンプリングを行わせ、サンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsを、それより低いサンプリング周波数ｆvにサンプルレート変換させたオーディオ信号Ｘvを生成して出力させる。ここで、基準周波数ｆbaseは４４．１ｋＨｚに決められているため、再サンプリング比βは、４４．１ｋＨｚ／ｆsとなる。そして、サンプルレート変換器１がこの再サンプリング比βに基づいてオーディオ信号Ｘsをダウンサンプリングすると、基準周波数ｆbaseと等しいサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvを生成して出力することとなる。

更に、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂに供給するクロック信号の周波数（動作周波数）ｆa，ｆbを、基準周波数ｆbaseと等しい４４．１ｋＨｚに設定し、ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄに供給するクロック信号の周波数（動作周波数）ｆc，ｆdを、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsと等しい周波数に設定する。

したがって、制御部２０は、サンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseより高い周波数のとき、すなわちサンプリング周波数ｆsが、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの何れかのときには、次式（４ａ）（４ｂ）（４ｃ）で表される条件設定を行う。

次に、サンプルレート変換器１は、ダウンサンプラで形成されており、制御部２０で条件設定された再サンプリング比βでオーディオ信号Ｘsをダウンサンプリングし、次式（５）で表されるサンプリング周波数ｆvにサンプルレート変換させたオーディオ信号Ｘvを生成して出力する。

これにより、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsが上述の基準周波数ｆbaseより低い周波数のとき（３２ｋＨｚのとき）、または、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseと等しいとき（４４．１ｋＨｚのとき）には、上記式（２ａ）（３ａ）（５）の関係に基づいて、オーディオ信号Ｘsをそのままオーディオ信号Ｘvとして出力し、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseより高い周波数のとき（４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの何れかのとき）には、上記式（４ａ）（５）の関係に基づいて、サンプリング周波数ｆsのオーディオ信号Ｘsを基準周波数ｆbaseと等しいサンプリング周波数ｆv（つまり、４４．１ｋＨｚ）のオーディオ信号Ｘvにサンプルレート変換して出力する。

次に、第１の系統に属するＦＩＲフィルタ２ａは、図３（ａ）に示すタップ数ＴpがＰ＋１に決められたＦＩＲフィルタで形成され、遅延時間τaで示されているＰ個の遅延素子から成るシフトレジスタと、各遅延素子の入力又は出力に対してタップ係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，…，ａ_P-1，ａ_Pを乗算するＰ＋１個の乗算器と、全ての乗算器の出力を加算する加算器ＡＤaとを備えた基本構成を有している。

ここで、タップ数Ｔpは、Ｐ個の各遅延素子の遅延時間τaを上述の基準周波数ｆbaseの逆数（すなわち、サンプリング周期１／ｆbase）に設定して、基準周波数ｆbaseと等しい４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号を低域スピーカＳLの周波数帯域の範囲でローパスフィルタリングした場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせて、設計されている。つまり、タップ長がインパルス応答の継続時間以上で同程度となるようにタップ数Ｔpを決めることで、ＦＩＲフィルタ２ａが不必要に大型とならないように設計されている。

そして、ＦＩＲフィルタ２ａは、次式（６ａ）に示すｚ変換表記の伝達関数Ｈa(z)を発揮し、サンプルレート変換器１から出力されるオーディオ信号Ｘvを入力し、サンプリング周期Ｔv（つまり、１／ｆv）毎の時刻ｍにおいて入力系列であるオーディオ信号Ｘv(m)が供給されると、その時刻ｍのオーディオ信号Ｘv(m)及び過去に供給されたオーディオ信号Ｘv(m-1)，Ｘv(m-2)，…，Ｘv(m-P)と、タップ数Ｔpのフィルタ係数（タップ係数）ａ₀，ａ₁，ａ₂，…，ａ_Pとを積和演算することで、次式（６ｂ）で表される出力系列Ｙa(m)を生成して出力する。そして、出力系列Ｙa(m)をＤＡ変換器３ａでディジタルアナログ変換させ、更に増幅器４ａで音量調整させて、高域スピーカＳL側へ出力させる。また、ＤＡ変換器３ａと増幅器４ａも、動作周波数ｆaのクロック信号に同期してディジタルアナログ変換の処理と増幅処理を行う構成となっている。

更に、上記式（６ａ）（６ｂ）は、サンプルレート変換器１における再サンプリング比βが１に設定され、３２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsがそのまま３２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvでサンプリングされているオーディオ信号Ｘvとして供給される場合（以下、「第１の場合」）と、サンプルレート変換器１における再サンプリング比βが１に設定され、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsがそのまま４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvでサンプリングされているオーディオ信号Ｘvとして供給される場合（以下、「第２の場合」）と、サンプルレート変換器１における再サンプリング比βが比（ｆbase／ｆs）に設定され、４４．１ｋＨｚより高い周波数のサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsが４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvにダウンコンバートされて供給される場合（以下、「第３の場合」）とを総括して示しているが、「第２の場合」と「第３の場合」では、同じフィルタ係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，…，ａ_Pによって所定の周波数特性の得られるローパフィルタリングが行われ、「第１の場合」には、フィルタ係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，…，ａ_Pが調整されて、「第２の場合」と「第３の場合」の上記所定の周波数特性と同じ周波数特性の得られるローパフィルタリングが行われるようになっている。なお、図示していないが、フィルタ係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，…，ａ_Pを、データベースに記憶されているデータに基づいて調整する調整手段が制御部２０内に形成されている。

次に、第２の系統に属するＦＩＲフィルタ２ｂは、図３（ｂ）に示すタップ数ＴqがＱ＋１に決められたＦＩＲフィルタで形成され、遅延時間τbで示されているＱ個の遅延素子から成るシフトレジスタと、各遅延素子の入力又は出力に対してタップ係数ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，…，ｂ_Q-1，ｂ_Qを乗算するＱ＋１個の乗算器と、全ての乗算器の出力を加算する加算器ＡＤbとを備えた基本構成を有している。

ここで、タップ数Ｔqは、Ｑ個の各遅延素子の遅延時間τbを上述の基準周波数ｆbaseの逆数（すなわち、サンプリング周期１／ｆbase）に設定して、基準周波数ｆbaseと等しい４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号を低中域スピーカＳLMの周波数帯域の範囲でバンドパスフィルタリングした場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせて、設計されている。つまり、タップ長がインパルス応答の継続時間以上で同程度となるようにタップ数Ｔqを決めることで、ＦＩＲフィルタ２ｂが不必要に大型とならないように設計されている。

そして、ＦＩＲフィルタ２ｂは、次式（７ａ）に示すｚ変換表記の伝達関数Ｈb(z)を発揮し、サンプルレート変換器１から出力されるオーディオ信号Ｘvを入力し、サンプリング周期Ｔv（つまり、１／ｆv）毎の時刻ｍにおいて入力系列であるオーディオ信号Ｘv(m)が供給されると、その時刻ｍのオーディオ信号Ｘv(m)及び過去に供給されたオーディオ信号Ｘv(m-1)，Ｘv(m-2)，…，Ｘv(m-Q)と、タップ数Ｔqのフィルタ係数（タップ係数）ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，…，ｂ_Qとを積和演算することで、次式（７ｂ）で表される出力系列Ｙb(m)を生成して出力する。そして、出力系列Ｙb(m)をＤＡ変換器３ｂでディジタルアナログ変換させ、更に増幅器４ｂで音量調整させて、高域スピーカＳLM側へ出力させる。また、ＤＡ変換器３ｂと増幅器４ｂも、動作周波数ｆbのクロック信号に同期してディジタルアナログ変換の処理と増幅処理を行う構成となっている。

更に、上記式（７ａ）（７ｂ）は、サンプルレート変換器１における再サンプリング比βが１に設定され、３２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsがそのまま３２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvでサンプリングされているオーディオ信号Ｘvとして供給される場合（以下、「第４の場合」）と、サンプルレート変換器１における再サンプリング比βが１に設定され、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsがそのまま４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvでサンプリングされているオーディオ信号Ｘvとして供給される場合（以下、「第５の場合」）と、サンプルレート変換器１における再サンプリング比βが比（ｆv／ｆs）に設定され、４４．１ｋＨｚより高い周波数のサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsが４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvにダウンコンバートされて供給される場合（以下、「第６の場合」）とを総括して示しているが、「第５の場合」と「第６の場合」では、同じフィルタ係数ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，…，ｂ_Qによって所定の周波数特性の得られるローパフィルタリングが行われ、「第４の場合」には、フィルタ係数ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，…，ｂ_Qが調整されて、「第５の場合」と「第６の場合」の上記所定の周波数特性と同じ周波数特性の得られるローパフィルタリングが行われるようになっている。なお、図示していないが、フィルタ係数ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，…，ｂ_Qを、データベースに記憶されているデータに基づいて調整する調整手段が制御部２０内に形成されている。

次に、第３の系統に属するＦＩＲフィルタ２ｃは、図３（ｃ）に示すタップ数ＴrがＲ＋１に決められたＦＩＲフィルタで形成され、遅延時間τcで示されているＲ個の遅延素子から成るシフトレジスタと、各遅延素子の入力又は出力に対してタップ係数ｃ₀，ｃ₁，ｃ₂，…，ｃ_R-1，ｃ_Rを乗算するＲ＋１個の乗算器と、全ての乗算器の出力を加算する加算器ＡＤcとを備えた基本構成を有している。

ここで、タップ数Ｔrは、Ｒ個の各遅延素子の遅延時間τcを上述の規格で規定されている最も高いサンプリング周波数（１９２ｋＨｚ）の逆数（すなわち、サンプリング周期１／１９２ｋＨｚ）に設定して、１９２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号を中高域スピーカＳMHの周波数帯域の範囲でバンドパスフィルタリングした場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせて、設計されている。つまり、タップ長がインパルス応答の継続時間以上で同程度となるようにタップ数Ｔrを決めることで、ＦＩＲフィルタ２ｃが不必要に大型とならないように設計されている。

そして、ＦＩＲフィルタ２ｃは、次式（８ａ）に示すｚ変換表記の伝達関数Ｈc(z)を発揮し、信号源１０から出力されるオーディオ信号Ｘsを入力し、サンプリング周期Ｔs（つまり、１／ｆs）毎の時刻ｎにおいて入力系列であるオーディオ信号Ｘs(n)が供給されると、その時刻ｎのオーディオ信号Ｘs(n)及び過去に供給されたオーディオ信号Ｘs(n-1)，Ｘs(n-2)，…，Ｘs(n-R)と、タップ数Ｔrのフィルタ係数（タップ係数）ｃ₀，ｃ₁，ｃ₂，…，ｃ_Rとを積和演算することで、次式（８ｂ）で表される出力系列Ｙc(n)を生成して出力する。そして、出力系列Ｙc(n)をＤＡ変換器３ｃでディジタルアナログ変換させ、更に増幅器４ｃで音量調整させて、高域スピーカＳMH側へ出力させる。また、ＤＡ変換器３ｃと増幅器４ｃも、動作周波数ｆcのクロック信号に同期してディジタルアナログ変換の処理と増幅処理を行う構成となっている。

更に、上記式（８ａ）（８ｂ）は、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの何れかのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsが供給される場合について総括して示しているが、何れのサンプリング周波数ｆsのオーディオ信号Ｘsに対して同じ周波数特性でバンドパスフィルタリングを行うように、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの各サンプリング周波数ｆs毎にフィルタ係数ｃ₀，ｃ₁，ｃ₂，…，ｃ_Rが調整されようになっている。なお、図示していないが、フィルタ係数ｃ₀，ｃ₁，ｃ₂，…，ｃ_Rを、データベースに記憶されているデータに基づいて調整する調整手段が制御部２０内に形成されている。

次に、第４の系統に属するＦＩＲフィルタ２ｄは、図３（ｄ）に示すタップ数ＴuがＵ＋１に決められたＦＩＲフィルタで形成され、遅延時間τdで示されているＵ個の遅延素子から成るシフトレジスタと、各遅延素子の入力又は出力に対してタップ係数ｄ₀，ｄ₁，ｄ₂，…，ｄ_U-1，ｄ_Uを乗算するＵ＋１個の乗算器と、全ての乗算器の出力を加算する加算器ＡＤdとを備えた基本構成を有している。

ここで、タップ数Ｔuは、Ｕ個の各遅延素子の遅延時間τdを上述の規格で規定されている最も高いサンプリング周波数（１９２ｋＨｚ）の逆数（すなわち、サンプリング周期１／１９２ｋＨｚ）に設定して、１９２ｋＨｚのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号を高域スピーカＳHの周波数帯域の範囲でハイパスフィルタリングした場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせて、設計されている。つまり、タップ長がインパルス応答の継続時間以上で同程度となるようにタップ数Ｔuを決めることで、ＦＩＲフィルタ２ｄが不必要に大型とならないように設計されている。

そして、ＦＩＲフィルタ２ｄは、次式（９ａ）に示すｚ変換表記の伝達関数Ｈd(z)を発揮し、信号源１０から出力されるオーディオ信号Ｘsを入力し、サンプリング周期Ｔs（つまり、１／ｆs）毎の時刻ｎにおいて入力系列であるオーディオ信号Ｘs(n)が供給されると、その時刻ｎのオーディオ信号Ｘs(n)及び過去に供給されたオーディオ信号Ｘs(n-1)，Ｘs(n-2)，…，Ｘs(n-U)と、タップ数Ｔrのフィルタ係数（タップ係数）ｄ₀，ｄ₁，ｄ₂，…，ｄ_Uとを積和演算することで、次式（９ｂ）で表される出力系列Ｙd(n)を生成して出力する。そして、出力系列Ｙd(n)をＤＡ変換器３ｄでディジタルアナログ変換させ、更に増幅器４ｄで音量調整させて、高域スピーカＳH側へ出力させる。また、ＤＡ変換器３ｄと増幅器４ｄも、動作周波数ｆdのクロック信号に同期してディジタルアナログ変換の処理と増幅処理を行う構成となっている。

更に、上記式（９ａ）（９ｂ）は、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの何れかのサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsが供給される場合について総括して示しているが、何れのサンプリング周波数ｆsのオーディオ信号Ｘsに対して同じ周波数特性でバンドパスフィルタリングを行うように、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの各サンプリング周波数ｆs毎にフィルタ係数ｄ₀，ｄ₁，ｄ₂，…，ｄ_Uが調整されようになっている。なお、図示していないが、フィルタ係数ｄ₀，ｄ₁，ｄ₂，…，ｄ_Uを、データベースに記憶されているデータに基づいて調整する調整手段が制御部２０内に形成されている。

次に、本実施形態のオーディオ信号処理装置の動作について、図２を参照して説明する。

信号源１０から、基準周波数ｆbaseと等しい４４．１ｋＨｚのオーディオ信号Ｘsが出力されると、制御部２０は信号源１０から出力される所定のコントロールデータを調べて、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsが４４．１ｋＨｚであると判定する。そして、再サンプリング比βを１に設定し、更に動作周波数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdを基準周波数ｆbaseと等しい（別言すれば、サンプリング周波数ｆsと等しい）４４．１ｋＨｚに設定する。

これにより、サンプルレート変換器１が、サンプリング周波数ｆsのオーディオ信号Ｘsをダウンコンバートすることなく、サンプリング周波数ｆsと等しいサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvとして出力する。

更に、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂが、基準周波数ｆbase及びサンプリング周波数ｆsと等しい動作周波数ｆa，ｆbで、オーディオ信号Ｘvをディジタルフィルタリングすることで出力系列Ｙa，Ｙbを生成し、ＤＡ変換器３ａ，３ｂと増幅器４ａ，４ｂを介して、スピーカＳL，ＳLMに供給し、ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄも同様に、基準周波数ｆbase及びサンプリング周波数ｆsと等しい動作周波数ｆc，ｆdで、オーディオ信号Ｘsをディジタルフィルタリングすることで出力系列Ｙc，Ｙdを生成し、ＤＡ変換器３ｃ，３ｄと増幅器４ｃ，４ｄを介して、スピーカＳMH，ＳHに供給する。

次に、信号源１０から、基準周波数ｆbaseより低いサンプリング周波数ｆs（３２ｋＨｚ）のオーディオ信号Ｘsが出力された場合には、制御部２０は信号源１０から出力される所定のコントロールデータを調べて、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsが３２ｋＨｚであると判定する。そして、再サンプリング比βを１に設定し、更に動作周波数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdをサンプリング周波数ｆsと等しい３２ｋＨｚに設定する。

更に、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂが、サンプリング周波数ｆsと等しい動作周波数ｆa，ｆbで、オーディオ信号Ｘvをディジタルフィルタリングすることで出力系列Ｙa，Ｙbを生成し、ＤＡ変換器３ａ，３ｂと増幅器４ａ，４ｂを介して、スピーカＳL，ＳLMに供給し、ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄも同様に、サンプリング周波数ｆsと等しい動作周波数ｆc，ｆdで、オーディオ信号Ｘsをディジタルフィルタリングすることで出力系列Ｙc，Ｙdを生成し、ＤＡ変換器３ｃ，３ｄと増幅器４ｃ，４ｄを介して、スピーカＳMH，ＳHに供給する。

次に、信号源１０から、基準周波数ｆbaseより高いサンプリング周波数ｆs（４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１７６．４ｋＨｚ、１９２ｋＨｚの何れかのサンプリング周波数）のオーディオ信号Ｘsが出力された場合には、制御部２０は信号源１０から出力される所定のコントロールデータを調べて、オーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsを判定する。そして、再サンプリング比βを比（ｆbase／ｆs）に設定し、更に動作周波数ｆa，ｆbを基準周波数ｆbaseと等しい４４．１ｋＨｚに設定し、動作周波数ｆc，ｆdをサンプリング周波数ｆsと等しい周波数に設定する。

これにより、サンプルレート変換器１が、サンプリング周波数ｆsのオーディオ信号Ｘsを再サンプリング比βでダウンコンバートし、基準周波数ｆbaseと等しい４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数ｆvにサンプルレート変換したオーディオ信号Ｘvを出力する。

更に、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂが、基準周波数ｆbase及びサンプリング周波数ｆvと等しい動作周波数ｆa，ｆbで、オーディオ信号Ｘvをディジタルフィルタリングすることで出力系列Ｙa，Ｙbを生成し、ＤＡ変換器３ａ，３ｂと増幅器４ａ，４ｂを介して、スピーカＳL，ＳLMに供給し、ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄが、サンプリング周波数ｆsと等しい動作周波数ｆc，ｆdで、オーディオ信号Ｘsをディジタルフィルタリングすることで出力系列Ｙc，Ｙdを生成し、ＤＡ変換器３ｃ，３ｄと増幅器４ｃ，４ｄを介して、スピーカＳMH，ＳHに供給する。

以上に説明したように、本実施形態のオーディオ信号処理装置によれば、次に述べる効果が得られる。

まず、複数のサンプリング周波数ｆsのうちの特定のサンプリング周波数（４４．１ｋＨｚ）を基準周波数ｆbaseと決め、低域と低中域のディジタルフィルタリングを行うＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂが、基準周波数ｆbaseと等しい動作周波数ｆa，ｆbで動作する所定のタップ数Ｔp，ＴqのＦＩＲフィルタで予め形成されている。そして、信号源１０から出力されるオーディオ信号Ｘsのサンプリング周波数ｆsが基準周波数ｆbaseより高い周波数のときには、制御部２０の制御下でサンプルレート変換器１がオーディオ信号Ｘsをダウンサンプリングして、基準周波数ｆbaseと等しいサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvを生成し、そのサンプリング周波数ｆvのオーディオ信号Ｘvを、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂが基準周波数ｆbaseと等しい動作周波数ｆa，ｆbでディジタルフィルタリングする。

このため、複数のサンプリング周波数ｆsのうちの最も高いサンプリング周波数（１９２ｋＨｚ）でサンプリングされているオーディオ信号Ｘsを処理すべくタップ長の長い（タップ数の多い）ＦＩＲフィルタでＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂを予め形成しておく必要が無く、オーディオ信号処理装置の回路規模の低減や処理量の低減等を実現することが可能となっている。

また、低域と低中域のディジタルフィルタリングを行うＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂが、基準周波数ｆbase（４４．１ｋＨｚ）と等しい動作周波数ｆa，ｆbで動作する所定のタップ数Ｔp，ＴqのＦＩＲフィルタで予め形成されていることから、基準周波数ｆbaseより低いサンプリング周波数ｆs（３２ｋＨｚ）のオーディオ信号Ｘsが信号源１０から出力された場合、十分なタップ長を確保して、その低いサンプリング周波数ｆsのオーディオ信号Ｘsがサンプルレート変換されなくとも、ディジタルフィルタリングすることが可能である。

なお、以上に説明した実施形態では、基準周波数ｆbaseを４４．１ｋＨｚとしているが、基準周波数ｆbaseを、最も低いサンプリング周波数（３２ｋＨｚ）から最も高いサンプリング周波数（１９２ｋＨｚ）の範囲内の他のサンプリング周波数（例えば、４８ｋＨｚ、８８．２ｋＨｚ、９６ｋＨｚの何れか）に決めて、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂをその基準周波数ｆbaseで動作するように予め形成しておき、制御部２０に、その基準周波数ｆbaseを基準として再サンプリング比βと動作周波数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdの設定を行わせる構成としてもよい。

ただし、最も使用頻度の高いサンプリング周波数を基準周波数ｆbaseに決めて、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂをその基準周波数ｆbaseで動作するように予め形成しておき、制御部２０に、その基準周波数ｆbaseを基準として再サンプリング比βと動作周波数ｆa，ｆb，ｆc，ｆdの設定を行わせる構成とすることが、オーディオ信号処理装置を効率良く動作させる上で、好ましい。

また、以上に説明した本実施形態のオーディオ信号処理装置では、図２に示したように、４個のスピーカＳL，ＳLM，ＳMH，ＳHに合わせて、４系統のＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備える構成となっているが、本実施形態のオーディオ信号処理装置は、１又は複数の各スピーカの周波数特性に合わせて、周波数分割や音質調整等を行う１又は複数系統の各ＦＩＲフィルタを備えるオーディオ信号処理装置にも応用することが可能である。

例えば、変形例として、オーディオ帯域全体を周波数帯域とする１個のスピーカ（フルレンジスピーカ）に供給するオーディオ信号をディジタルフィルタリングする場合、例えば図２に示したＦＩＲフィルタ２ｂを備える第２の系統だけでディジタルフィルタリングすることとし、そのＦＩＲフィルタ２ｂのタップ数を、所定の基準周波数ｆbaseと等しいサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号をオーディオ帯域全体の範囲でバンドパスフィルタリングした場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせて設計する。そして、その基準周波数ｆbaseより高いサンプリング周波数ｆsでサンプリングされているオーディオ信号Ｘsが信号源１０から出力されるときには、サンプルレート変換器１でそのオーディオ信号Ｘsをその基準周波数ｆbaseのオーディオ信号Ｘvにダウンコンバートし、そのＦＩＲフィルタ２ｂがその基準周波数ｆbaseと等しい動作周波数ｆbでオーディオ信号Ｘvをディジタルフィルタリングする構成とすればよい。

従来のオーディオ信号処理装置の構成を表したブロック図である。実施形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を表したブロック図である。図２に示したＦＩＲフィルタの基本構成を表したブロック図である。

符号の説明

１０…信号源
２０…制御部
１…サンプルレート変換器
２ａ，２ｂ…ＦＩＲフィルタ
ＳL，ＳLM…スピーカ

Claims

信号源から出力される、異なるサンプリング周波数でサンプリングされている複数のオーディオ信号をディジタルフィルタリングするＦＩＲフィルタを有するオーディオ信号処理装置であって、
前記サンプリング周波数のうちの所定サンプリング周波数を基準周波数として、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数と前記基準周波数とを比較し、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数が前記基準周波数より高い周波数と判定すると、前記サンプリング周波数と前記基準周波数との比を再サンプリング比として演算する制御手段と、
前記信号源から出力されるオーディオ信号を前記再サンプリング比に基づいてダウンコンバートして前記ＦＩＲフィルタに供給するサンプルレート変換手段とを具備し、
前記ＦＩＲフィルタは、前記基準周波数と等しい動作周波数の下で、前記基準周波数と等しいサンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号を所定の周波数帯域の範囲でディジタルフィルタリングする場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせてタップ数が決められたＦＩＲフィルタであること、
を特徴とするオーディオ信号処理装置。
前記制御手段は、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数が前記基準周波数と等しいと判定すると、前記再サンプリング比を１に設定して前記サンプルレート変換手段に前記ダウンコバートさせず、前記信号源から出力されるオーディオ信号をそのまま前記ＦＩＲフィルタへ供給させること、
を特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
前記制御手段は、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数が前記基準周波数より低い周波数と判定すると、前記再サンプリング比を１に設定して前記サンプルレート変換手段に前記ダウンコバートさせず、前記信号源から出力されるオーディオ信号をそのまま前記ＦＩＲフィルタへ供給させ、更に前記ＦＩＲフィルタの動作周波数を前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数と等しい周波数に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のオーディオ信号処理装置。
前記所定の周波数帯域は、前記ＦＩＲフィルタでディジタルフィルタリングしたオーディオ信号を供給するスピーカの周波数帯域であること、
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のオーディオ信号処理装置。
更に、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数と等しい動作周波数で、前記前記信号源から出力されるオーディオ信号をディジタルフィルタリングする他のＦＩＲフィルタを具備すること、
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のオーディオ信号処理装置。
信号源から出力される、異なるサンプリング周波数でサンプリングされている複数のオーディオ信号をディジタルフィルタリングするオーディオ信号処理方法であって、
前記サンプリング周波数のうちの所定サンプリング周波数を基準周波数として、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数と前記基準周波数とを比較し、前記信号源から出力されるオーディオ信号のサンプリング周波数が前記基準周波数より高い周波数と判定すると、前記サンプリング周波数と前記基準周波数との比を再サンプリング比として演算する制御工程と、
前記信号源から出力されるオーディオ信号を前記再サンプリング比に基づいてダウンコンバートするサンプルレート変換工程と、
前記サンプルレート変換工程でダウンコンバートされたダウンコンバート後のオーディオ信号をディジタルフィルタリングするＦＩＲフィルタ工程とを具備し、
前記ＦＩＲフィルタ工程は、前記基準周波数と等しい動作周波数の下で、前記基準周波数と等しいサンプリング周波数でサンプリングされているオーディオ信号を所定の周波数帯域の範囲でディジタルフィルタリングする場合に生じるインパルス応答の継続時間に合わせてタップ数が決められたＦＩＲフィルタ工程であること、
を特徴とするオーディオ信号処理方法。