專利名稱：模擬立體聲裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于從單聲道信號模擬生成立體聲信號的模擬立體聲裝置。
關于從單聲道信號模擬生成立體聲信號的模擬立體聲的方法主要有2種。即梳狀濾波方式和波段分配方式。
(1)梳狀濾波方式圖5所示，為采用了梳狀濾波方式的模擬立體聲裝置的結構。
采用梳狀濾波方式的模擬立體聲裝置，是作為模擬立體聲裝置中結構最為簡單的一種。
輸入信號S在送至第1加法器111及第2加法器112的同時，送至延遲器101。由延遲器101延遲了的信號送至乘法器102并進行規(guī)定系數(shù)的乘算。乘法器102的輸出送至第1加法器111及第2加法器112。
第1加法器111對輸入信號S與乘法器102的輸出信號相加后，作為模擬左信號LOUT進行輸出。第2加法器112從輸出信號S減去乘法器102的輸出信號后，作為模擬右信號ROUT進行輸出。
給予延遲器101的延遲時間越長，2個輸出信號LOUT、ROUT之間的立體感越強，為使延遲了的信號聽似回聲效果，一般作法是對延遲器101給予數(shù)msec程度的延遲時間。
但問題隨之產生，即延遲器101的延遲時間為數(shù)msec程度時，2個聲道間的無相關性不夠充分，因此缺乏立體感。尤其是在應用音像定位處理技術的多聲道信號的2聲道再生處理方面很不適合。
(2)波段分配方式圖6所示，為采用了波段分配方式的模擬立體聲裝置的結構。
輸入信號S通過串聯(lián)連接的多個延遲器D1～Dm分別以1抽樣時間依次延遲下去。
對于輸入信號S及各延遲器D1～Dm的輸出信號沒有成對的2個乘法器ML1～MLm+1、MR1～MRm+1，輸入信號S及各延遲器D1～Dm對輸入相應的乘法器對的系數(shù)進行乘算。
各乘法器對的一方的乘法器ML1～MLm+1的輸出信號通過加法器AL1～ALm進行相互地加算后作為模擬左信號LOUT進行輸出。各乘法器對的另一方的乘法器MR1～MRm+1的輸出信號通過加法器AR1～ARm相互地進行加算后作為模擬右信號ROUT進行輸出。
延遲器D1～Dm及各乘法器對的一方的乘法器ML1～MLm+1以及加法器AL1～ALm，由第1FIR(Finite Impulse Response)數(shù)字濾波器構成。
延遲器D1～Dm及各乘法器對的另一方的乘法器MR1～MRm+1以及加法器AR1～ARm，由第2FIR數(shù)字濾波器構成。而延遲器D1～Dm為第1FIR數(shù)字濾波器及第2FIR數(shù)字濾波器所共用。
第1FIR數(shù)字濾波器的濾波特性如圖7所示；第2FIR數(shù)字濾波器的濾波特性如圖8所示。由圖7、圖8可知，各FIR數(shù)字濾波器的濾波特性，形成頻帶被分成多個波段，通過波段與阻止波段交替出現(xiàn)的特性。而且形成第1FIR數(shù)字濾波器與第2FIR數(shù)字濾波器之間的濾波輸出LOUT、ROUT互不相關、且通過波段與阻止波段呈彼此相反的特性。
在采用波段分配方式的模擬立體聲裝置中，若各FIR數(shù)字濾波器的各通過波段的帶寬及各阻止波段的帶寬寬的話，各FIR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)以數(shù)百程度即可滿足，但每一寬頻帶都會形成聲音偏且不自然的音色。另一方面，若將各FIR數(shù)字濾波器的各通過波段帶寬及各阻止波段帶寬變狹的話，就能提高無相關性、獲得自然的音色。但這需要數(shù)千抽頭以上的FIR數(shù)字濾波器，且處理量變大。
如上所述，采用梳狀濾波方式的模擬立體聲裝置的缺點在于雖然處理簡單，卻不能實現(xiàn)充分的無相關化(立體聲化)，而采用波段分配方法的模擬立體聲裝置的缺點在于要想實現(xiàn)充分的無相關化，處理量就會變大。
本發(fā)明的目的在于，提供一種能實現(xiàn)充分地無相關性，且處理量也不會變大的模擬立體聲裝置。
本發(fā)明的第1模擬立體聲裝置是由單聲道信號模擬地生成立體聲信號的模擬立體聲裝置，其特征在于設有串聯(lián)連接且令輸入信號S做階段性延遲的m個延遲器；為將各延遲器的輸出信號Sk(k=1，2，…m)分別進行濾波處理的m個FIR數(shù)字濾波器；以及將各FIR數(shù)字濾波器的輸出作為Yk(k=1，2，…m)進行用下式(1)表示的運算并生成模擬立體聲信號LOUT、ROUT的運算電路。 也可以省略第1級的延遲器，對第1級的FIR數(shù)字濾波器及第2級的延遲器輸入輸入信號S。
將nk作為第K級的FIR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)，各FIR數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)最好滿足下式(2)表示的條件。Wi,j=Wm-i+2,nm-j+1------(i≥2)···(2)]]>本發(fā)明的第2模擬立體聲裝置是同第1模擬立體聲裝置中滿足上式(2)的條件相等價的模擬立體聲裝置，其特征在于在不同的IFR數(shù)字濾波器之間，濾波系數(shù)相等的2個乘法器取1個乘法器共用。


圖1是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的模擬立體聲裝置的結構的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的模擬立體聲裝置的結構的電路圖。
圖3是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的模擬立體聲裝置的結構的電路圖。
圖4是表示應用例的框圖。
圖5是表示采用梳狀濾波方式的模擬立體聲裝置結構的電路圖。
圖6是表示采用波段分配方式的模擬立體聲裝置的結構的電路圖。
圖7是表示圖6所示的采用波段分離方式的模擬立體聲裝置中第1FIR數(shù)字濾波器的濾波特性的特性圖。
圖8是表示圖6所示的采用波段分配方式的模擬立體聲裝置中第2FIR數(shù)字濾波器的濾波特性的特性圖。
下面參照圖1～圖4，就本發(fā)明的實施形態(tài)加以說明。
(1)第1實施形態(tài)的說明圖1所示，為模擬立體聲裝置的結構。
此模擬立體聲裝置是梳狀濾波方式與FIR數(shù)字濾波器組合的混合結構。
單聲道的輸入信號S由各個串聯(lián)接續(xù)的多個延遲器Dk，1(k=1，2，…m)(但m為奇數(shù))依次以規(guī)定時間延遲下去。
各延遲器D1，1～Dm，1的輸出信號分別送至各個FIR數(shù)字濾波器Fk(k=1，2，…m)進行濾波處理。
各FIR數(shù)字濾波器F1～Fm，如所周知，由延遲時間為抽樣時間的多個延遲器、多個乘法器和多個加法器構成。用Dk，j(k=1，2…m；j=2，3，…nt)表示各延遲器。用Mk，j(k=1，2…m；j=1，2…nk)表示各乘法器。用Akj(k=1，2…m；j=2，3…nk)表示各加法器。其中nk表示第k級FIR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)。
各FIR數(shù)字濾波器F1～Fm具有由所含乘法器Mkj(k=1，2…m；j=1，2，…nk)表示的濾波系數(shù)Wkj(k=1，2，…m；J=1，2，…nk)。
將各FIR數(shù)字濾波器F1～Fm的濾波處理結果作為Yk(k=1，2，…m)。
除第1級的FIR數(shù)字濾波器F1之外，其它FIR數(shù)字濾波器F2～Fm的濾波處理結果Yk(k=2，3，…m)由多個加法器B3～Bm進行加算，其加算結果從加法器B3輸出。加法器B3的輸出與第1級的FIR數(shù)字濾波器F1的濾波處理結果Y1由加法器B1進行加算，并作為模擬左信號LOUT進行輸出。
又，從第1級FIR數(shù)字濾波器F1的濾波處理結果Y1中通過加法器B2減去加法器B3的輸出，并作為模擬右信號ROUT進行輸出。
這樣一來，得到的模擬左信號LOUT及模擬右信號ROUT是模擬立體聲信號。模擬左信號LOUT、模擬右信號ROUT由下式(3)表示。 在上述模擬立體聲裝置中，可以用處理簡單的梳狀濾波方式進行無相關化處理，同時，僅在梳狀濾波方式處理無相關化不充分的部分使用FIR數(shù)字濾波器，因此，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)與使用波段分配方式的FIR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)相比，可以大幅度地減少。
(2)第2實施形態(tài)的說明圖2所示，為模擬立體聲裝置的結構。
此模擬立體聲裝置相當于圖1中模擬立體聲裝置的m=3，n1=1，n2=n3=5的情況。
單聲道的輸入信號S分別由串聯(lián)接續(xù)著的3個延遲器D1．1，D2.1，D3．1依次以規(guī)定時間延遲下去。將用各延遲器D1．1，D2.1，D3.1延遲的信號分別作為S1、S2、S3。
延遲器D1．1的輸出信號S1，送至第1FIR數(shù)字濾波器F1；延遲器D2.1的輸出信號S2，送至第2FIR數(shù)字濾波器F2；延遲器D3.1的輸出信號S3，送至第3FIR數(shù)字濾波器F3。
第1FIR數(shù)字濾波器F1由1個乘法器M1．1成，即第1FIR數(shù)字濾波器F1是抽頭的FIR數(shù)字濾波器。
第2FIR數(shù)字濾波器F2由延遲時間為1抽樣時間的4個延遲器D2．2～D2.5、5個乘法器M2.1～M2.5及4個加法器A2.2～A2.5構成。即第2FIR數(shù)字濾波器F2是具有用各乘法器M2.1～M2.5表示的濾波系數(shù)W2.1～W2.5的5抽頭的FIR數(shù)字濾波器。
第3FIR數(shù)字濾波器F3由延遲時間為抽樣時間的4個延遲器D3.2～D3.5、5個乘法器M3.1～M3.5及4個加法器A3.2～A3.5構成。即第3FIR數(shù)字濾波器F3是具有用各乘法器M3.1～M3.5表示的濾波系數(shù)W3.1W3.5的5抽頭的FIR數(shù)字濾波器。
第2FIR數(shù)字濾波器F2的濾波處理結果Y2和第3FIR數(shù)字濾波器F3的濾波處理結果Y3由加法器B3進行加算。
第FIR數(shù)字濾波器F1的濾波處理結果Y1和加法器B3的加算結果(Y2+Y3)由加法器B1進行加算后，作為模擬左信號LOUT進行輸出。
從第1FIR數(shù)字濾波器F1的濾波處理結果Y1通過加法器B2減去加法器B3的加算結果(Y2+Y3)后作為模擬右信號ROUT進行輸出。
這樣，模擬立體聲LOUT、ROUT表示為下式(4)。LOUT=Y1+Y2+Y3ROUT=Y1-Y2-Y3…(4)考慮到在LOUT、ROUT中Y1、Y2、Y3是共同的，所以實質上僅以10抽頭程度的FIR數(shù)字濾波器處理的運算量就能實現(xiàn)模擬立體聲裝置。若采用波段分配方式的模擬立體聲裝置就必須進行數(shù)千抽頭以上的FIR數(shù)字濾波處理，相比之下不言而喻，上述實施形態(tài)可大幅度地減少處理量。又，在聽覺效果上，也與采用波段分配方式的模擬立體聲裝置大致相同。
(3)第3實施形態(tài)的說明上述第2實施形態(tài)中，第2FIR數(shù)字濾波器F2的各乘法器M2.1～M2.5的系數(shù)(濾波系數(shù))與第3FIR數(shù)字濾波器F3的各乘法器M3.1～M3.5的系數(shù)(濾波系數(shù))最好具有如下關系。
乘法器M3.1的系數(shù)=M3.5的系數(shù)乘法器M2.2的系數(shù)=M3.4的系數(shù)乘法器M2.3的系數(shù)=M3.3的系數(shù)乘法器M2.4的系數(shù)=M3.2的系數(shù)乘法器M2.5的系數(shù)=M3.1的系數(shù)具體實例如下。
延遲器D1.1延遲時間7.48(msec)延遲器D2.1的延遲時間11.54(msec)延遲器D3.1的延遲時間27.32(msec)乘法器M2.1，M3.5的系數(shù)5.35406805574894e-2乘法器M2.2，M3.4的系數(shù)
1.59643486142585e-1乘法器M2.3，M3.3系數(shù)2.495117336511612e-1乘法器M2.4，M3.2的系數(shù)-1.586669087409973e-1乘法器M2.5，M3.1的系數(shù)-5.25641143321991e-2將上述的各FIR數(shù)字濾波器間的濾波系數(shù)的關系用一般式表示如下。
將各FIR數(shù)字濾波器F2～Fm的各乘法器作為Mk，j(k=2，3，…m；j=1，2，…nk)，則濾波系數(shù)Wi，j(i=2，3，…m；j=1，2，…n)最好以滿足用下式(5)表示的條件那樣進行濾波系數(shù)設定。nk是第k級FIR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)。Wi,j=Wm-i+2,nm-j+1------(i≥2)···(5)]]>在圖2的模擬立體聲裝置中，當滿足上述式(5)的條件來設定濾波系數(shù)等，可用圖3所示的等價電路取代圖2所示的模擬立體聲裝置。圖3中與圖2相應的部分附以相同的符號。
在此等價電路中，圖2的第2FIR數(shù)字濾波器F2內的乘法器M2.1～M2.5及第3FIR數(shù)字濾波器F3內的乘法器M3.1～M3.5中，濾波器間具有同樣系數(shù)的乘法器將取一方的乘法器M2.1～M2.5共用。
延遲器D2.1的輸出S2.1與延遲器D3.5的輸出S3.5由加法器a1進行加算后的結果送至乘法器M2.1。延遲器D2.2的輸出S2.2與延遲器D3.4的輸出S3.4由加法器a2進行加算后的結果送至乘法器M2.2。
延遲器D2.3的輸出S2.3與延遲器D3.3的輸出S3.3由加法器a3進行加算后的結果送至乘法器M2.3。延遲器D2.4的輸出S2.4與延遲器D3.2的輸出S3.2由加法器a4進行加算后的結果送至乘法器M2.4。延遲器D2.5的輸出S2.5與延遲器D3.1的輸出S3.1由加法器a5進行加算后的結果送至乘法器M2.5。
乘法器M2.1、M2.2、M2.3、M2.4、M2.5的輸出由加法器b3-b6進行加算后從加法器b3輸出。乘法器M1.1的輸出Y1與加法器b3的輸出由加法器b1進行加算后，作為模擬左信號LOUT進行輸出。
由加法器b2從乘法器M1.1的輸出Y1中減去加法器b3的輸出后，作為模擬右信號ROUT進行輸出。
將各延遲器Dk．j(k=2，3，…m；j=1，2，…，nk)的輸出作為Sk.j(k=2，3，…m；j=1，2，…nk)時，則模擬立體聲信號LOUT、ROUT以下式(6)表示。 同上述第2實施形態(tài)相比，上述第3實施形態(tài)能夠進一步減少運算量。
(4)應用實例說明圖4所示，為適用上述圖1、圖2或圖3所示的模擬立體聲裝置的實例，是將杜比降噪邏輯解碼后的4個聲道的信號等，即具有前方3個聲道(左、中、右)后方1個聲道(環(huán)繞)的信號，盡管是從在收聽者前方設置的2個揚聲器(左揚聲器及右揚聲器)輸出，但宛如從收聽者前方的左右及后方的左右共計4個揚聲器輸出似的虛擬的立體聲音響裝置。
1個聲道的環(huán)繞(Surround)信號輸出至上述圖1、圖2或圖3所示的模擬立體聲裝置10。模擬立體聲裝置10從1個聲道的環(huán)繞信號生成模擬環(huán)繞左信號LOUT及模擬環(huán)繞右信號ROUT。
此模擬環(huán)繞左信號LOUT及模擬環(huán)繞右信號ROUT送至音像定位處理裝置20。音像定位處理裝置20對輸入的信號LOUT、ROUT進行音像定位處理，使之將輸入的信號LOUT、ROUT定位于收聽者的后左方與后右方。
另一方面，對可以乘法器1對中央信號Cen-ter進行-6dB的增益調整后的信號，由加法器2進行左信號Left加算。又，對于以乘法器1對中央信號Center進行-6dB的增益調整后的信號，由加法器3進行右信號Right加算。
加法器2的輸出與從音像定位處理裝置20輸出的定位處理后的環(huán)繞左信號LOUT’由加法器4進行加算后作為向左揚聲器的輸出Lphantom。又，加法器3的輸出與從音像定位處理裝置20輸出的定位處理后的環(huán)繞右信號ROUT’由加法器5進行加算后作為向右揚聲器的輸出Rphantom。
權利要求
1．由單聲道信號模擬地生成立體聲信號的模擬立體聲裝置，其特征是具有串聯(lián)連接且將輸入信號S分級延遲的m個延遲器；為將各延遲器的輸出信號Sk(k=1，2，…m)分別進行濾波處理的m個FIR數(shù)字濾波器；以及如將各FIR數(shù)字濾波器的輸出作為Yk(k=1，2，…m)，則進行用下式(a)所示的運算，生成模擬立體聲信號LOUT、ROUT的運算電路。
2．權利要求1所述的模擬立體聲裝置，其特征在于省略了上述第1級延遲器，對第1級的FIR數(shù)字濾波器及第2級的延遲器輸入輸入信號S。
3．權利要求1及2中任意一項所述的模擬立體聲裝置，其特征在于將nk作為第K級的FIR數(shù)字濾波器的抽頭數(shù)，則各FIR數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)滿足下式(b)所示的條件。Wi,j=Wm-i+2,nm-j+1----(i≥2)···(b)]]>
4．一種與權利要求3所述的模擬立體聲裝置等價的模擬立體聲裝置，其特征在于在不同的FIR數(shù)字濾波器間，濾波系數(shù)相等的2個乘法器取1個乘法器共用。
全文摘要
在由單聲道信號模擬地生成立體聲信號的模擬立體聲裝置中,設有串聯(lián)接續(xù)且將輸入信號S分級延遲的m個延遲器;為將各延遲器的輸出信號S
文檔編號H04R5/00GK1286011SQ98812976
公開日2001年2月28日 申請日期1998年12月28日 優(yōu)先權日1998年1月8日
發(fā)明者川野圣史 申請人:三洋電機株式會社