JPH06121018A

JPH06121018A - デジタルａｇｃ装置

Info

Publication number: JPH06121018A
Application number: JP5019470A
Authority: JP
Inventors: Norio Nomura; 規雄野村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】入出力特性を任意に設定することができ、ま
た、動作が安定しているデジタル方式のＡＧＣ装置を提
供する。【構成】関数発生器３を備える開ループを設け、この
開ループを通じて、入力レベルに掛合せるゲインを供給
する。関数発生器３では、スプライン関数を使用する。
開ループを用いて処理するため、システムの安定性が高
い。また、関数発生器３の関数を変えることによって、
ＡＧＣ装置の入出力特性を任意に設定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル電話やデジタ
ル・オーディオ機器等に使用するＡＧＣ（自動ゲイン制
御）装置に関し、特に、デジタル方式によってＡＧＣ機
能を実現したものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電話機やオーディオ機器のデジタ
ル化が進められているが、これに伴ってＡＧＣ機能のデ
ジタル化が求められている。

【０００３】従来のアナログ方式によるＡＧＣ装置は、
図１４に示すように、出力信号のレベルを検出するレベ
ル検出器52と、レベル検出器52の検出結果を基準出力レ
ベルと比較する比較器53と、比較器53の出力からゲイン
を求めるフィルタ54と、入力信号にゲインを掛け合わせ
る乗算器51とで構成される閉ループを備えており、出力
レベルが基準出力レベルから外れると、比較器53の出力
にフィルタ54を懸けることによって得られたゲインが、
乗算器51で入力信号に乗算され、出力レベルが一定の基
準レベルに調整される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このアナログ方式のＡ
ＧＣ装置では、閉ループによって出力レベルの調整を行
なっている。そのため、入出力特性を任意に設定するこ
とが難しく、また、閉ループによる発振や動作不安定を
生ずる虞れがあり、システムの安定性に問題を有してい
る。

【０００５】また、従来のアナログ方式をそのままデジ
タル化した場合には、各機能が高精度化するため、動作
領域が広がり、出力レベルが一定となる入力レベル範囲
がアナログ方式に比べて拡張する。その結果、入力レベ
ルの低いノイズも大きく増幅されてしまうという不都合
が生じる。

【０００６】そのため、従来の閉ループによる方式は、
デジタル化に当たって多くの問題点を含んでいる。

【０００７】本発明は、これらの従来の問題点を解決す
るものであり、入出力特性を任意に設定することがで
き、また、動作が安定しているデジタル方式のＡＧＣ装
置を提供することを目的としている。さらに、ゲイン調
整時に聴覚上の違和感を感じさせないような特性を持つ
ＡＧＣ装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、関
数発生器を備える開ループを設け、この開ループを通じ
て、入力レベルに掛合せるゲイン出力を供給する形でデ
ジタル方式のＡＧＣ装置を構成している。

【０００９】また、この関数発生器では、スプライン関
数を使用している。

【００１０】また、この関数発生器の後に適応フィルタ
を接続している。

【００１１】さらに、ゲイン出力の増加率を制限する増
加制限手段を設けている。

【００１２】

【作用】そのため、入力信号には、関数発生器で算出さ
れたゲインが、開ループを通じて掛合され、出力レベル
が一定に保たれる。この処理は、開ループによって行な
われるため、システムの安定性が高い。

【００１３】また、関数発生器の関数を変えることによ
って、ＡＧＣ装置の入出力特性を任意に設定することが
できる。特に、関数発生器においてスプライン関数を使
用する装置では、入出力特性の変更を簡単に行なうこと
ができ、複雑な関数の設定も容易に行なえる。

【００１４】また、適応フィルタを関数発生器の後に配
置することによって、ゲイン調整の過渡期におけるゲイ
ン出力の変化を緩やかにすることができ、聴覚上の違和
感を軽減することができる。

【００１５】さらに、ゲイン出力の増加制限手段を設け
ることにより、ゲイン出力の変化を一層緩やかに設定す
ることができ、この違和感を一掃することができる。

【００１６】

【実施例】（第１実施例）本発明の第１実施例における
デジタルＡＧＣ装置は、図１に示すように、入力端子に
接続して入力信号レベルを検出する入力レベル検出器１
と、入力信号の変動成分を除去する適応フィルタ２と、
入力する信号に対して関数に応じた変換を施す関数発生
器３と、入力信号と関数発生器３から出力された信号と
を掛け合わせる乗算器４とより成る開ループを備えてい
る。

【００１７】この装置では、入力レベル検出器１が入力
レベルを検出し、適応フィルタ２が入力レベルを安定し
た値に変換する。そして、関数発生器３が出力レベルを
一定に保つために必要なゲインを算出し、乗算器４が入
力信号のレベル調整を行なって、出力レベルを一定に保
つ。

【００１８】このＡＧＣ装置は、図２に示すように、入
力レベル検出器１が、例えば、増幅器11と自乗器12とで
構成され、適応フィルタ２がＬＰＦ21によって、また、
関数発生器３がｆ（ｘ）＝ｘ^-0.5発生器31と増幅器32と
によって構成される。

【００１９】図２のＡＧＣ装置において、入力信号をｇ
・ｓｉｎωｔ、増幅器11および32の増幅率ｋ₁およびｋ₂
を、それぞれ、ｋ₁＝２^0.5・ａ₀ ^0.5／ａ_r、ｋ₂＝ａ₀ ^0.5
（ただし、ａ_rおよびａ₀は定数）とすると、増幅器11の
出力は、２^0.5・ａ₀ ^0.5・ｇ・ｓｉｎωｔ／ａ_r 自乗器12の出力は、２・ａ₀・ｇ²・ｓｉｎ²ωｔ／ａ_r ²
＝ａ₀・ｇ²（１−ｃｏｓ２ωｔ）／ａ_r ² ＬＰＦ21の出力は、ａ₀・ｇ²／ａ_r ² ｆ（ｘ）＝ｘ^-0.5発生器31の出力は、ａ_r／ａ₀ ^0.5・ｇ増幅器32の出力は、ａ_r／ｇとなり、乗算器４は、入力
信号ｇ・ｓｉｎωｔと増幅器32の出力ａ_r／ｇとを掛け
合わせて、一定振幅の信号ａ_r・ｓｉｎωｔを出力す
る。

【００２０】なお、定数ａ_rは、出力信号の振幅を表わ
している。また、定数ａ₀は、ｆ（ｘ）の動作点を表わ
ており、入力信号の振幅ｇがａ_rの時、ｆ（ｘ）の入力
はａ₀になる。

【００２１】この装置に使用するＬＰＦ21は、図３に示
すように、制御されたフィルタ係数を入力信号に掛合せ
る乗算器22と、乗算器22の出力と出力側の遅延した信号
とを加算する加算器23と、加算器23の出力と設定値（最
小値）とが入力され、その内の大きい方の値を出力する
最大値検出器24と、最大検出器24の出力と設定値（最大
値）とが入力され、その内の小さい方の値を出力する最
小値検出器25と、１サンプルの遅延を行なう１サンプル
遅延器26と、制御されたフィルタ係数を１サンプル遅延
器26の出力に掛け合わせる乗算器27と、入出力信号ｘ，
ｙの振幅の大小に応じて出力するフィルタ係数αを変更
するフィルタ係数制御器28とを備えている。

【００２２】このフィルタ係数制御器28では、乗算器22
にフィルタ係数αを、また、乗算器27に１−αを出力す
るが、このαの値を、ｘ≧ｙのとき、即ち、出力が増加する場合は、α＝αｕｘ＜ｙのとき、即ち、出力が減少する場合は、α＝αｄ
（ただし、αｕ、αｄは０以上、１以下の定数であり、
αｕ＞αｄ）に設定する。

【００２３】このαｕおよびαｄは、それぞれ、出力が
増加する場合および減少する場合の変化速度を決めてお
り、αｕを大きく、αｄを小さく設定することにより、
入力信号の立ち上がりに対応して、出力を素早く変化さ
せ、入力信号の立ち下がりに対応して、出力を遅く変化
させることができ、それによって、入力信号の変動成分
が除去される。

【００２４】また、ｆ（ｘ）＝ｘ^-0.5発生器31は、スプ
ライン関数を使って関数発生を行なっており、図４に示
すように、入力値の大きさに応じて区間を決めている区
間データ・テーブル34（図６）と、区間データ・テーブ
ル34に照らして入力値ｘが属する区間を検出する区間検
出器33と、各区間におけるスプライン係数を収めるスプ
ライン係数テーブル36（図７）と、スプライン係数テー
ブル36から該当する区間のスプライン係数（ａ₀，ａ₁，
ａ₂，ａ₃）を読み出すスプライン係数読み出し器35と、
読み出したスプライン係数を多項式に代入して出力ｙの
値を計算する多項式計算器37とを備えている。

【００２５】入力ｘに応じて、区間検出器33は、区間デ
ータ・テーブル34からｘの値に対応する区間を検出し、
スプライン係数読み出し器35は、スプライン係数テーブ
ル36から、検出した区間に対応するスプライン係数を読
み出す。そして、多項式計算器37は、このスプライン係
数を用いて、次式ｙ＝ａ₀＋ａ₁ｘ＋ａ₂ｘ²＋ａ₃ｘ³ によって出力ｙを計算する。

【００２６】区間データ・テーブル34は、図６に示すよ
うに、ｘの値に対応して０から１５までの１６段階の区
間を設定し、また、スプライン係数テーブル36は、図７
に示すように、１６段階の各区間に対応するスプライン
係数ａ₀、ａ₁、ａ₂、ａ₃を定めている。

【００２７】この係数を用いて前記多項式から出力ｙを
求めると、ｙ＝ｘ^-0.5の近似値が計算できる。ただし、
この関係を満たすのは、ｘの値が区間１から１４の間に
含まれる場合、即ち、０．０１≦ｘ≦１００．０の範囲
に限られる。

【００２８】したがって、こうした特性の関数発生器３
を備えるＡＧＣ装置は、入出力特性として、図５に示す
ように、２０ｄＢ〜−２０ｄＢの範囲で出力レベルが基
準レベルと等しく、その範囲を外れると、入力レベルに
応じて出力レベルが変動する特性を示す。

【００２９】このＡＧＣ装置の入出力特性は、関数発生
器３における関数を変更することによって、任意に設定
することが可能であり、コンパンダ（圧伸）等の特性を
実現することもできる。特に、スプライン関数を用いる
関数発生器の場合には、区間データ・テーブル34やスプ
ライン係数テーブル36の設定を変えることによって、種
々の関数を採ることができるので、複雑な入出力特性の
実現も容易である。

【００３０】また、図８には、信号レベルの変動する入
力信号の波形（ａ）と、第１実施例のデジタルＡＧＣ装
置によるゲインの調整を受けた出力信号の波形（ｂ）と
を対比して示している。ゲイン調整の過渡期における出
力波形のエンベロープは、乗算器４に供給するＡＧＣ出
力が関数発生器３からの出力であるため、この関数発生
器３の特性の影響を受けた形状を有している。

【００３１】（第２実施例）第２実施例のデジタルＡＧ
Ｃ装置は、第１実施例の装置のゲイン調整の過渡期にお
ける特性（動特性）を改善したものである。これは、第
１実施例のデジタルＡＧＣ装置によるゲイン調整の場合
には、図８（ｂ）のように、調整の過渡期におけるエン
ベロープの変化が急であるため、聴取者に聴覚上の違和
感を与えてしまう。そこで、第２実施例のデジタルＡＧ
Ｃ装置では、動特性を緩やかな変化に変えることによっ
て、違和感の軽減を図っている。

【００３２】第２実施例のデジタルＡＧＣ装置では、図
９に示すように、入力レベル検出器１、関数発生器３お
よび適応フィルタ２の順番に接続した開ループによって
入力信号レベルの変動を補償するゲイン出力を得た後、
これを乗算器４に供給して入力信号との乗算を行なって
いる。

【００３３】このＡＧＣ装置は、図１０に示すように、
入力レベル検出器１が増幅器11と自乗器12とで構成さ
れ、関数発生器に出力される信号レベル幅を制限するリ
ミッタ13を備え、関数発生器３がｆ（ｘ）＝ｘ^-0.5発生
器31から成り、また、適応フィルタ２（ＬＰＦ21）の出
力を増幅する増幅器32を備えている。

【００３４】図１０のＡＧＣ装置において、入力信号を
ｇ・ｓｉｎωｔ、増幅器11および32の増幅率ｋ₁および
ｋ₂を、それぞれ、ｋ₁＝２^0.5・ａ₀ ^0.5／ａ_r、ｋ₂＝ａ₀
^0.5（ただし、ａ_rおよびａ₀は定数）とすると、増幅器11の出力は、２^0.5・ａ₀ ^0.5・ｇ・ｓｉｎωｔ／
ａ_r 自乗器12の出力は、２・ａ₀・ｇ²・ｓｉｎ²ωｔ／ａ_r ²
＝ａ₀・ｇ²（１−ｃｏｓ２ωｔ）／ａ_r ² ｆ（ｘ）＝ｘ^-0.5発生器31の出力は、ａ_r／ａ₀ ^0.5・ｇ
×１／（１−ｃｏｓ２ωｔ）^0.5 ＬＰＦ21の出力は、ａ_r／ａ₀ ^0.5・ｇ増幅器32の出力は、ａ_r／ｇとなり、乗算器４は、入力
信号ｇ・ｓｉｎωｔと増幅器32の出力ａ_r／ｇとを掛け
合わせて、一定振幅の信号ａ_r・ｓｉｎωｔを出力す
る。

【００３５】このように、このデジタルＡＧＣ装置にお
ける入出力特性（静特性）は、第１実施例の装置と同じ
であり、図５の特性を示す。

【００３６】一方、この装置の動特性は、関数発生器３
の特性の及ぼす影響が後続する適応フィルタ２によって
除かれるため、緩やかな変化となる。その結果、図１１
に示すように、入力信号のレベルの変動（ａ）対して、
なだらかなエンベロープ（ｂ）を画きながら、ゲインの
調整が行なわれる。そのため、ゲイン調整の過渡期にお
ける聴取者の聴覚上の違和感が大幅に緩和される。

【００３７】（第３実施例）第３実施例のデジタルＡＧ
Ｃ装置では、第１実施例の装置における動特性をさらに
緩やかにするため、ＡＧＣ出力の増加率を抑える出力レ
ベル増加制限回路を付加している。

【００３８】この回路は、図１２に示すように、入力す
る二つの信号の内の小さい方を出力する最小値検出器41
と、最小値検出器41から出力された１サンプル前の出力
ゲインを保持する１サンプル遅延器42と、増加のステッ
プ幅を出力する増加ステップ制限器44と、１サンプル遅
延器41および増加ステップ制限器44の値を加算して最小
値検出器41の一方の入力に送り出す加算器43とを備えて
いる。

【００３９】最小値検出器41には、加算器43からの値
と、図１における関数発生器３からの出力値とが入力さ
れ、最小値検出器41は、この二つの入力値の内、小さい
方をＡＧＣ出力として乗算器４に送出する。加算器43の
出力は、１サンプル遅延器42から出力された１サンプル
前の出力ゲインに、増加ステップ制限器44の出力するス
テップ値を加算した値であるから、ＡＧＣ出力は、少な
くとも加算器43の出力以下の値に制限される。

【００４０】そのため、１サンプル当たりの増加量は、
最大でも、増加ステップ制限器44の出力するステップ値
に制限されることになり、ＡＧＣ出力の急激な増加が防
止できる。

【００４１】図１３には、信号レベルが変動する入力信
号の波形（ａ）と、出力レベル増加制限回路に入力する
ＡＧＣ出力値（ｂ）と、出力レベル増加制限回路から出
力される最終的なＡＧＣ出力値（ｃ）と、ゲイン調整さ
れた出力波形（ｄ）とを対比して示している。

【００４２】このように、デジタルＡＧＣ装置の動特性
を改善することにより、聴覚上の違和感を一掃すること
ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明のデジタルＡＧＣ装置は、 (1) 開ループによる処理を行なっているため、安定性に
優れたＡＧＣ機能を実行することができる。 (2) 関数発生器の関数を変えることにより、入出力特性
を任意に設定することができる。 (3) 関数発生器にスプライン関数を使用することによ
り、複雑な関数も少ない演算量で実行することができ
る。 (4) 関数発生器の後に適応フィルタを配置したり、出力
ゲイン増加制限手段を付加することにより、ゲイン調整
時の聴覚上の違和感を減らすことができる。という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデジタルＡＧＣ装置における第１実施
例の構成を示すブロック図、

【図２】第１実施例における具体的構成の動作を説明す
る図、

【図３】第１実施例における適応フィルタの構成図、

【図４】第１実施例における関数発生器の構成図、

【図５】第１実施例におけるＡＧＣ装置の入出力静特性
図、

【図６】第１実施例において使用する区間データ・テー
ブルを示す図、

【図７】第１実施例において使用するスプライン係数テ
ーブルを示す図、

【図８】第１実施例におけるＡＧＣ装置の動特性を示す
入力波（ａ）と出力波（ｂ）の波形図、

【図９】本発明のデジタルＡＧＣ装置における第２実施
例の構成を示すブロック図、

【図１０】第２実施例における具体的構成の動作を説明
する図、

【図１１】第２実施例におけるＡＧＣ装置の動特性を示
す入力波（ａ）と出力波（ｂ）の波形図、

【図１２】本発明の第３実施例の装置で用いる出力レベ
ル増加制限回路のブロック図、

【図１３】第３実施例におけるＡＧＣ装置の動特性を示
す入力波（ａ）、中間出力ゲイン（ｂ）、最終出力ゲイ
ン（ｃ）および出力波（ｄ）の波形図、

【図１４】従来のＡＧＣ装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１入力レベル検出器２適応フィルタ３関数発生器４、22、27 乗算器 11、32 増幅器 12 自乗器 13 リミッタ 21 ＬＰＦ 23、43 加算器 24 最大値検出器 25、41 最小値検出器 26、42 １サンプル遅延器 28 フィルタ係数制御器 31 ｘ^-0.5発生器 33 区間検出器 34 区間データ・テーブル 35 スプライン係数読み出し器 36 スプライン係数テーブル 37 多項式計算器 44 最大ステップ制限器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】関数発生器を備える開ループを設け、該
開ループを通じて、入力レベルに掛合せるゲイン出力を
供給することを特徴とするデジタル方式のＡＧＣ装置。
【請求項２】前記関数発生器がスプライン関数を使用
することを特徴とする請求項１に記載のデジタル方式の
ＡＧＣ装置。
【請求項３】前記関数発生器の後に適応フィルタを接
続したことを特徴とする請求項１また２に記載のデジタ
ル方式のＡＧＣ装置。
【請求項４】前記ゲイン出力の増加率を制限する増加
制限手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３に記
載のデジタル方式のＡＧＣ装置。