JP3713289B2 - デジタル信号処理方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はデジタル信号処理方式に関し、特に、オーディオ装置において、イコライジング等の信号処理によって、規定されたスケール（例えば、１６ビット（ｂｉｔ））を越えた符号（デジタル信号）を規定されたスケールに入るようにする信号処理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）符号化（例えば、１６ビットの２値符号としてデジタル化）された音楽信号をＤＳＰ（Digital Signal Processoer）などのプロセッサー（Processoer）で処理を行う場合、プロセッサー内部ではレジスタ長が入力信号の符号長に比べ十分長いので処理によってレジスタ内の符号長が入力信号の符号長（例えば１６ビット）を越えることがあっても問題は生じないが、出力の際には後段でＤ／Ａコンバータ等を用いる上での関係上、規定されたスケール（例えば１６ビット）内に収めなければならない。このため、従来は規定されたスケール長を越えた部分を強制的にフルスケールにしてしまう、いわゆるクリップ処理を行っていた。
【０００３】
（２）また、符号化された信号をフィルタ処理などによってブースト（boost）する場合、フルスケールに近い信号はフィルタ処理によりフルスケールを越えてしまう場合がある。しかし、プロセッサー内部では、前述の（１）の場合と同様に、処理によってレジスタ内の符号長が入力信号の符号長を越えることがあっても問題は生じないが、出力の際には規定されたスケール内に収めなければならないので、クリップ処理を行っていた。
【０００４】
図４はスケール長を８ビットとした場合のクリップ処理の説明図であり、図４（ａ），（ｂ）は入力信号が処理される前と後のレジスタ内の符号の例であり、（ａ）はクリップ処理前のレジスタ内の符号の例を示し、（ｂ）はクリップ処理後のレジスタ内の符号の例を示す。図４（ａ）でレジスタ内の符号「００１０１１１１」〜「０１１１１１１１」は８ビットでは「０１０１１１１」〜「１１１１１１１」であり規定されたスケール長（８ビット）を越えていないのでクリップ処理後のレジスタ内の符号は図４（ｂ）に示すように「００１０１１１１」〜「０１１１１１１１」となり、クリップ処理の前後でレジスタ内の符号は変換されないが、図４（ａ）でレジスタ内の符号「１０１１１１００」〜「１０１０１１０００」については規定されたスケール長（８ビット）を越え９ビットで示されているので、クリップ処理によりレジスタ内の符号を８ビットについてフルスケール「１１１１１１１」に変換する。従ってレジスタ内は図４（ｂ）に示されるように「０１１１１１１１」〜「０１１１１１１１」となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（１），（２）の場合、クリップ処理方式では図５（入出力信号波形とそのスペクトラム）に示すように入力信号のスペクトラムを基本波とする高調波が形成される（図５（ｂ’）参照）。また、クリップする部分が多いほど高調波成分も大きく、広範囲（高域まで延びる）となり、その成分のうちサンプリング周波数の１／２より高い周波数成分はＤ／Ａ変換により折り返し雑音となり、音質を劣化させるという問題点があった（図５で、（ａ）はクリップ処理前の入力信号波形、（ｂ）はクリップ処理後の入力信号波形、（ａ’）はクリップ処理前の入力信号波形のスペクトラム、（ｂ’）はクリップ処理後の入力信号波形のスペクトラムである）。なお、前記（２）の場合で上述の問題点の回避策として、図６に示すようにイコライザのゲインに応じて単純に出力信号の信号レベルを減衰させる方法もあったが、イコライザを作動させることにより音量が下がってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、（イ）符号化された音楽信号をＤＳＰなどのプロセッサーで処理を行う場合にクリップ処理を抑制し、折り返し雑音による影響を軽減する、デジタル信号処理方式の提供、及び、（ロ）符号化された信号がフィルタ処理によって規定されたスケールを越えても、クリップ処理することなく、且つ、音量感の変化を極力抑制し得るデジタル信号処理方式の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のデジタル信号処理方式は、信号処理によって規定されたスケールを越えたデジタル信号を、前記規定されたスケール内の信号として変換するデジタル信号処理方式であって、下記（１）から（４）のステップを含むことを特徴とする。
（１）入力信号の、一定期間内における最大値を検出する。
（２）上記最大値が規定されたスケールでの最大値を越えているか否かを判定する。
（３）上記最大値が規定されたスケールでの最大値を越えている場合にはその逆数を近似計算して減衰係数とし、越えていない場合には前回の減衰係数に所定値を加えて新たな減衰係数とする。
（４）上記ステップ（３）で得た減衰係数と前記入力信号を乗算して出力信号とする。
【０００８】
【作用】
本発明のデジタル信号処理方式は、入力信号の、一定期間内における最大値を検出して、最大値が規定されたスケールでの最大値を越えている場合にはその逆数を近似計算して減衰係数とし、越えていない場合には前回の減衰係数に所定値を加えて新たな減衰係数とすることにより、スケールを越える部分を重点的に減衰させる。また、近似計算により減衰量を徐々に変化させる。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明のデジタル信号処理方式のブロック図であり、図２は本発明のデジタル信号処理方式を少なくともレジスタ１〜６と演算制御回路７を備えたＤＳＰ１０に適用した例であり、図３は本発明のデジタル信号処理方式の重みづけ係数の計算と設定処理の一実施例を示すフローチャートである。
【００１０】
本発明のデジタル信号処理方式は大別して図１のブロック図に示すように、（i）重みづけ係数の計算と設定（ii）入力符号Ｘに上記（i）で設定した係数を演算制御回路７で乗算して出力符号Ｙとして出力する、という流れになるが、上記（ii）については通常の計算処理であることから説明を省略し、（i）についてのみ図２及び図３のフローチャートに従って説明する。
【００１１】
図３に示す重みづけ係数の計算と設定処理の流れは図１に示したように、ピーク値の検出（Ａ），ピーク値の逆数の計算（Ｂ），係数（減衰量）の設定（Ｃ）の３段階に分けられる（以下、図３参照）。まず、初期設定としてピーク値を監視する時間Ｔをレジスタ２に格納しておく（ステップＳ０）。
【００１２】
（Ａ）ピーク値の検出（ステップＳ１〜ステップＳ８）
演算制御回路７は、入力符号Ｘ（デジタル信号）を入力し（ステップＳ１）、レジスタ１に格納しておいた前回までの最大値（初期値は０（ゼロ））から入力符号Ｘを減算し（ステップＳ２）、その減算結果Ｄの正負判定を行う（ステップＳ３）。そして、正負判定の結果が負の場合には入力符号Ｘをレジスタ１に格納し（ステップＳ４）、レジスタ２の値から１を減算する（ステップＳ５）。正負判定の結果が正の場合にはステップＳ５でレジスタ２の値から１を減算する。演算制御回路７は、上記ステップＳ１〜ステップＳ５の処理をレジスタ２の値が０になるまで繰返し、レジスタ２の値が０になった場合は監視期間終了と判定し（ステップＳ６）、レジスタ２に監視期間に相当する値（監視期間／サンプリング周期）を再度格納する（ステップＳ７）と共に、レジスタ１に格納しておいた値をその監視期間のピーク値（最大値Ｘｍａｘ）としてレジスタ３に格納してレジスタ１をクリアする（ステップＳ８）。
【００１３】
（Ｂ）ピーク値の逆数の計算（ステップＳ１１）
まず、レジスタ４には前値（前回の計算値）Ｗｎが格納されており、レジスタ５には定数＝１が格納されているものとする。ピーク値の逆数計算は、元の値とその逆数を掛け合わせた結果が１になることを利用して下記式（１）を繰り返して行う近似計算で実現する。
Ｗｎ＝Ｗｎ-1＋α・（１−Ｗｎ-1・（Ｘｍａｘ）） …（１）
すなわち、演算制御回路７は、上記ステップＳ８（（Ａ）参照）で求めてレジスタ３に格納されている最大値Ｘｍａｘとレジスタ４の前値Ｗｎ-1を掛け合わせ、次に、レジスタ５に格納してある定数＝１から最大値Ｘｍａｘとレジスタ４の前値Ｗｎ-1を掛け合わせた結果を減算して差を求め、重みづけ係数α（０＜α＜１）を掛けた後、前値Ｗｎ-1と加算してその結果をレジスタ４に格納する。上記処理を数回繰り返すことによって逆数１／Ｘｍａｘを求める。ただし、これらの処理はフルスケールを１とすることを前提としている。
【００１４】
（Ｃ）減衰量（係数β）の設定（ステップＳ９〜ステップＳ１３）
演算制御回路７は、規定されたスケール（フルスケール）と前記ステップＳ８（（Ａ）参照）で求めた最大値Ｘｍａｘとを比較し（ステップＳ９，Ｓ１０）、最大値Ｘｍａｘが大きければステップＳ１１（（Ｂ）参照）で求めた逆数（最大値の逆数＝１／Ｘｍａｘ）を減衰量βとしてレジスタ６に格納する（ステップＳ１２）。最大値Ｘｍａｘのほうが小さい場合は前回設定した減衰量（レジスタ６の値）に一定量δを加えたものを新しい減衰量βとする（ステップＳ１３）。上記処理で得た減衰量βを入力信号Ｘの乗算係数とし、図１のブロック図の（ii）で、
Ｙ＝β・Ｘ
として出力符号Ｙを得ることができる。これにより出力符号Ｙは、単純に減衰させているため高調波成分が発生せず、また、スケールを越える部分を重点的に減衰させるので信号全体のレベルの劣化が少なくてすむ。更に、減衰量を徐々に変化させるので、出力信号が揺らがない。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、出力符号を単純に減衰させているため高調波成分が発生せず、また、スケールを越える部分を重点的に減衰させるので信号全体のレベルの劣化が少なくてすむ。更に、減衰量を徐々に変化させるので、出力信号が揺らぎがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のデジタル信号処理方式のブロック図である。
【図２】 本発明のデジタル信号処理方式をＤＳＰに適用した例である。
【図３】 本発明のデジタル信号処理方式の重みづけ係数の計算と設定処理の一実施例を示すフローチャートである。
【図４】 従来例（クリップ処理）の説明図である。
【図５】 従来例（クリップ処理）による入出力信号波形とそのスペクトラムを示す図である。
【図６】 従来例（イコライザのゲインに応じて単純に信号レベルを減衰させる方法）の説明図である。
【符号の説明】
１〜６ レジスタ
７ 演算制御回路
１０ ＤＳＰ
【産業上の利用分野】
本発明はデジタル信号処理方式に関し、特に、オーディオ装置において、イコライジング等の信号処理によって、規定されたスケール（例えば、１６ビット（ｂｉｔ））を越えた符号（デジタル信号）を規定されたスケールに入るようにする信号処理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）符号化（例えば、１６ビットの２値符号としてデジタル化）された音楽信号をＤＳＰ（Digital Signal Processoer）などのプロセッサー（Processoer）で処理を行う場合、プロセッサー内部ではレジスタ長が入力信号の符号長に比べ十分長いので処理によってレジスタ内の符号長が入力信号の符号長（例えば１６ビット）を越えることがあっても問題は生じないが、出力の際には後段でＤ／Ａコンバータ等を用いる上での関係上、規定されたスケール（例えば１６ビット）内に収めなければならない。このため、従来は規定されたスケール長を越えた部分を強制的にフルスケールにしてしまう、いわゆるクリップ処理を行っていた。
【０００３】
（２）また、符号化された信号をフィルタ処理などによってブースト（boost）する場合、フルスケールに近い信号はフィルタ処理によりフルスケールを越えてしまう場合がある。しかし、プロセッサー内部では、前述の（１）の場合と同様に、処理によってレジスタ内の符号長が入力信号の符号長を越えることがあっても問題は生じないが、出力の際には規定されたスケール内に収めなければならないので、クリップ処理を行っていた。
【０００４】
図４はスケール長を８ビットとした場合のクリップ処理の説明図であり、図４（ａ），（ｂ）は入力信号が処理される前と後のレジスタ内の符号の例であり、（ａ）はクリップ処理前のレジスタ内の符号の例を示し、（ｂ）はクリップ処理後のレジスタ内の符号の例を示す。図４（ａ）でレジスタ内の符号「００１０１１１１」〜「０１１１１１１１」は８ビットでは「０１０１１１１」〜「１１１１１１１」であり規定されたスケール長（８ビット）を越えていないのでクリップ処理後のレジスタ内の符号は図４（ｂ）に示すように「００１０１１１１」〜「０１１１１１１１」となり、クリップ処理の前後でレジスタ内の符号は変換されないが、図４（ａ）でレジスタ内の符号「１０１１１１００」〜「１０１０１１０００」については規定されたスケール長（８ビット）を越え９ビットで示されているので、クリップ処理によりレジスタ内の符号を８ビットについてフルスケール「１１１１１１１」に変換する。従ってレジスタ内は図４（ｂ）に示されるように「０１１１１１１１」〜「０１１１１１１１」となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（１），（２）の場合、クリップ処理方式では図５（入出力信号波形とそのスペクトラム）に示すように入力信号のスペクトラムを基本波とする高調波が形成される（図５（ｂ’）参照）。また、クリップする部分が多いほど高調波成分も大きく、広範囲（高域まで延びる）となり、その成分のうちサンプリング周波数の１／２より高い周波数成分はＤ／Ａ変換により折り返し雑音となり、音質を劣化させるという問題点があった（図５で、（ａ）はクリップ処理前の入力信号波形、（ｂ）はクリップ処理後の入力信号波形、（ａ’）はクリップ処理前の入力信号波形のスペクトラム、（ｂ’）はクリップ処理後の入力信号波形のスペクトラムである）。なお、前記（２）の場合で上述の問題点の回避策として、図６に示すようにイコライザのゲインに応じて単純に出力信号の信号レベルを減衰させる方法もあったが、イコライザを作動させることにより音量が下がってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、（イ）符号化された音楽信号をＤＳＰなどのプロセッサーで処理を行う場合にクリップ処理を抑制し、折り返し雑音による影響を軽減する、デジタル信号処理方式の提供、及び、（ロ）符号化された信号がフィルタ処理によって規定されたスケールを越えても、クリップ処理することなく、且つ、音量感の変化を極力抑制し得るデジタル信号処理方式の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のデジタル信号処理方式は、信号処理によって規定されたスケールを越えたデジタル信号を、前記規定されたスケール内の信号として変換するデジタル信号処理方式であって、下記（１）から（４）のステップを含むことを特徴とする。
（１）入力信号の、一定期間内における最大値を検出する。
（２）上記最大値が規定されたスケールでの最大値を越えているか否かを判定する。
（３）上記最大値が規定されたスケールでの最大値を越えている場合にはその逆数を近似計算して減衰係数とし、越えていない場合には前回の減衰係数に所定値を加えて新たな減衰係数とする。
（４）上記ステップ（３）で得た減衰係数と前記入力信号を乗算して出力信号とする。
【０００８】
【作用】
本発明のデジタル信号処理方式は、入力信号の、一定期間内における最大値を検出して、最大値が規定されたスケールでの最大値を越えている場合にはその逆数を近似計算して減衰係数とし、越えていない場合には前回の減衰係数に所定値を加えて新たな減衰係数とすることにより、スケールを越える部分を重点的に減衰させる。また、近似計算により減衰量を徐々に変化させる。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明のデジタル信号処理方式のブロック図であり、図２は本発明のデジタル信号処理方式を少なくともレジスタ１〜６と演算制御回路７を備えたＤＳＰ１０に適用した例であり、図３は本発明のデジタル信号処理方式の重みづけ係数の計算と設定処理の一実施例を示すフローチャートである。
【００１０】
本発明のデジタル信号処理方式は大別して図１のブロック図に示すように、（i）重みづけ係数の計算と設定（ii）入力符号Ｘに上記（i）で設定した係数を演算制御回路７で乗算して出力符号Ｙとして出力する、という流れになるが、上記（ii）については通常の計算処理であることから説明を省略し、（i）についてのみ図２及び図３のフローチャートに従って説明する。
【００１１】
図３に示す重みづけ係数の計算と設定処理の流れは図１に示したように、ピーク値の検出（Ａ），ピーク値の逆数の計算（Ｂ），係数（減衰量）の設定（Ｃ）の３段階に分けられる（以下、図３参照）。まず、初期設定としてピーク値を監視する時間Ｔをレジスタ２に格納しておく（ステップＳ０）。
【００１２】
（Ａ）ピーク値の検出（ステップＳ１〜ステップＳ８）
演算制御回路７は、入力符号Ｘ（デジタル信号）を入力し（ステップＳ１）、レジスタ１に格納しておいた前回までの最大値（初期値は０（ゼロ））から入力符号Ｘを減算し（ステップＳ２）、その減算結果Ｄの正負判定を行う（ステップＳ３）。そして、正負判定の結果が負の場合には入力符号Ｘをレジスタ１に格納し（ステップＳ４）、レジスタ２の値から１を減算する（ステップＳ５）。正負判定の結果が正の場合にはステップＳ５でレジスタ２の値から１を減算する。演算制御回路７は、上記ステップＳ１〜ステップＳ５の処理をレジスタ２の値が０になるまで繰返し、レジスタ２の値が０になった場合は監視期間終了と判定し（ステップＳ６）、レジスタ２に監視期間に相当する値（監視期間／サンプリング周期）を再度格納する（ステップＳ７）と共に、レジスタ１に格納しておいた値をその監視期間のピーク値（最大値Ｘｍａｘ）としてレジスタ３に格納してレジスタ１をクリアする（ステップＳ８）。
【００１３】
（Ｂ）ピーク値の逆数の計算（ステップＳ１１）
まず、レジスタ４には前値（前回の計算値）Ｗｎが格納されており、レジスタ５には定数＝１が格納されているものとする。ピーク値の逆数計算は、元の値とその逆数を掛け合わせた結果が１になることを利用して下記式（１）を繰り返して行う近似計算で実現する。
Ｗｎ＝Ｗｎ-1＋α・（１−Ｗｎ-1・（Ｘｍａｘ）） …（１）
すなわち、演算制御回路７は、上記ステップＳ８（（Ａ）参照）で求めてレジスタ３に格納されている最大値Ｘｍａｘとレジスタ４の前値Ｗｎ-1を掛け合わせ、次に、レジスタ５に格納してある定数＝１から最大値Ｘｍａｘとレジスタ４の前値Ｗｎ-1を掛け合わせた結果を減算して差を求め、重みづけ係数α（０＜α＜１）を掛けた後、前値Ｗｎ-1と加算してその結果をレジスタ４に格納する。上記処理を数回繰り返すことによって逆数１／Ｘｍａｘを求める。ただし、これらの処理はフルスケールを１とすることを前提としている。
【００１４】
（Ｃ）減衰量（係数β）の設定（ステップＳ９〜ステップＳ１３）
演算制御回路７は、規定されたスケール（フルスケール）と前記ステップＳ８（（Ａ）参照）で求めた最大値Ｘｍａｘとを比較し（ステップＳ９，Ｓ１０）、最大値Ｘｍａｘが大きければステップＳ１１（（Ｂ）参照）で求めた逆数（最大値の逆数＝１／Ｘｍａｘ）を減衰量βとしてレジスタ６に格納する（ステップＳ１２）。最大値Ｘｍａｘのほうが小さい場合は前回設定した減衰量（レジスタ６の値）に一定量δを加えたものを新しい減衰量βとする（ステップＳ１３）。上記処理で得た減衰量βを入力信号Ｘの乗算係数とし、図１のブロック図の（ii）で、
Ｙ＝β・Ｘ
として出力符号Ｙを得ることができる。これにより出力符号Ｙは、単純に減衰させているため高調波成分が発生せず、また、スケールを越える部分を重点的に減衰させるので信号全体のレベルの劣化が少なくてすむ。更に、減衰量を徐々に変化させるので、出力信号が揺らがない。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、出力符号を単純に減衰させているため高調波成分が発生せず、また、スケールを越える部分を重点的に減衰させるので信号全体のレベルの劣化が少なくてすむ。更に、減衰量を徐々に変化させるので、出力信号が揺らぎがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のデジタル信号処理方式のブロック図である。
【図２】 本発明のデジタル信号処理方式をＤＳＰに適用した例である。
【図３】 本発明のデジタル信号処理方式の重みづけ係数の計算と設定処理の一実施例を示すフローチャートである。
【図４】 従来例（クリップ処理）の説明図である。
【図５】 従来例（クリップ処理）による入出力信号波形とそのスペクトラムを示す図である。
【図６】 従来例（イコライザのゲインに応じて単純に信号レベルを減衰させる方法）の説明図である。
【符号の説明】
１〜６ レジスタ
７ 演算制御回路
１０ ＤＳＰ
Claims (1)
- 信号処理によって規定されたスケールを越えたデジタル信号を、前記規定されたスケール内の信号として変換するデジタル信号処理方式であって、下記（１）から（４）のステップを含むことを特徴とするデジタル信号処理方式。
（１）入力信号の、一定期間内における最大値を検出する。
（２）上記最大値が規定されたスケールでの最大値を越えているか否かを判定する。
（３）上記最大値が規定されたスケールでの最大値を越えている場合にはその逆数を近似計算して減衰係数とし、越えていない場合には前回の減衰係数に所定値を加えて新たな減衰係数とする。
（４）上記ステップ（３）で得た減衰係数と前記入力信号を乗算して出力信号とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18039894A JP3713289B2 (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | デジタル信号処理方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18039894A JP3713289B2 (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | デジタル信号処理方式 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004371507A Division JP4021438B2 (ja) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | デジタル信号処理方式 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0822452A JPH0822452A (ja) | 1996-01-23 |
| JP3713289B2 true JP3713289B2 (ja) | 2005-11-09 |
Family
ID=16082546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18039894A Expired - Fee Related JP3713289B2 (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | デジタル信号処理方式 |
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|---|---|
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5038417B2 (ja) * | 2006-08-09 | 2012-10-03 | ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション | 緩慢段階と急速段階の音声ピーク値制限 |
| JP5017514B2 (ja) * | 2009-02-19 | 2012-09-05 | 株式会社コルグ | ノーマライズ装置 |
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1994
- 1994-07-11 JP JP18039894A patent/JP3713289B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0822452A (ja) | 1996-01-23 |
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