具有幹擾抑制的均衡器組的製作方法

2023-04-25 05:44:51

專利名稱：：具有幹擾抑制的均衡器組的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種均衡器組(equalizerbank)，尤其涉及一種利用複數個補償器(compensator)和裝設複數個查找表(look-uptable)的具有幹擾抑制的均衡器組。
背景技術：
：在數字音效的處理中，均衡器(equalizer)用以獲得魔幻般的音響均衡效果。在一均衡器組(equalizerbank)中包含串接或並聯的複數個均衡濾波器(equalizationfilter)，用戶可以調整這些均衡濾波器以加強(boost)或減少(reduce)特定頻帶的增益。目前最普遍的均衡器系統可能就是使用在大多數立體聲音響(stereosystems)中的音色控制(tonecontrol)。音色控制可提供一快速且簡單的方法讓用戶可以調整出適合用戶喜好的音色而且在某程度上可用以補償房間中家具的擺設。用戶在音色控制中常可找到標示有低音(bass)和高音(treble)的二個旋鈕(knob)。所述低音和高音旋鈕均與一稱為斜坡濾波器(shelvingfilter)的特殊形式的濾波器相關，更確切地說，其分別控制一低通斜坡濾波器(low-passshelvingfilter)和一高通斜坡濾波器(high-passshelvingfilter)。圖1例示一常規的均衡器組1，其包含一低頻斜坡濾波器(即低通斜坡濾波器)10、三個峰值濾波器(peakfilter)121～123和一高頻斜坡濾波器(即高通斜坡濾波器)13。一音頻由所述低頻斜坡濾波器10輸入後，經由所述低頻斜坡濾波器10、所述三個峰值濾波器121～123和所述高頻斜坡濾波器13的處理後輸出。圖2(a)和2(b)分別為圖1中所述低頻斜坡濾波器10和所述高頻斜坡濾波器13的頻率響應(frequencyresponse)的增益圖(gainplot)。大部分的濾波器均具有隨頻率變化而改變的增益，而增益圖即代表在濾波器的頻率響應中，在不同的頻率下所具有的增益值(gainmagnitude)。如果在一頻率下，其增益值大於1，則表示一信號在所述頻率下將被加強(boost)(參圖2(a)和2(b)中位於增益為1的水平線上方的三條曲線)。同理，如果在一頻率下，其增益值小於1，則表示一信號在所述頻率下將被減弱(cut)(參圖2(a)和2(b)中位於增益為1的水平線下方的三條曲線)。對於斜坡濾波器10或13而言，用戶可以加強或減弱某一部分音頻(aportionofaudiospectrum)而保持其它部分音頻不變。在一濾波器的頻率響應中，不同增益值的轉換頻率稱為截頻點(cutofffrequency)(參圖2(a)和2(b))。上述的音色控制除了可讓用戶調整加強或減弱的程度，在理論上，可設計成讓用戶調整截頻點的位置。然而實際應用時，截頻點的位置在所述濾波器設計階段時即已被固定，而不允許用戶調整。除了高音和低音旋鈕外，在立體聲音響中還設置一些「中間」控制旋鈕，例如圖1中的三個峰值濾波器121～123，而所述「中間」控制旋鈕通常可在混音器(mixer)上找到。所述三個峰值濾波器121～123用以調整位於高頻和低頻之間的頻率，其通常也被稱作帶通濾波器(band-passfilter)，用以加強或減弱某一小部分音頻而保持其它部分音頻不變。圖2(c)例示圖1中所述峰值濾波器121、122或123的頻率響應的增益圖。所述峰值濾波器121、122或123由兩個特性所定義。第一是中央頻率(centralfrequency；CF)，在中央頻率之下所述濾波器具有最大的增益值。第二是質量因數(qualityfactor)，其用以表示所述濾波器的形狀。通常，用戶被允許調整所述峰值濾波器121、122或123中信號加強或減弱的程度，但是其中央頻率和質量因數卻是固定不變的。圖3(a)和3(b)分別表示在不同增益設定(gainsetting)下，圖1所示的常規均衡器組1的整體頻率響應增益圖。參看圖3(a)，三條曲線b、c和d是所述三個峰值濾波器121～123的頻率響應增益圖，而曲線a和e則分別是所述低頻斜坡濾波器10和所述高頻斜坡濾波器13的頻率響應增益圖。曲線f則是五條曲線a-e的疊加曲線(superposedcurve)，其表示圖1中的常規均衡器組1的整體頻率響應增益圖。然而，曲線f卻顯示出常規均衡器組1具有過度增益累積(excessivegainaccumulation)的問題。同理，在圖3(b)中，三條曲線b′、c′和d′是所述三個峰值濾波器121～123的頻率響應增益圖，而曲線a′和e′則分別是所述低頻斜坡濾波器10和所述高頻斜坡濾波器13的頻率響應增益圖。曲線f′則是五條曲線a′-e′的疊加曲線，其表示圖1中的常規均衡器組1的整體頻率響應增益圖。然而，曲線f′卻顯示出常規均衡器組1具有過度增益削弱(excessivegaindiminution)的問題。上述在常規均衡器組1中所產生的過度增益累積和過度增益削弱等問題是由圖1中各濾波器間的幹擾(interference)所造成的。綜上所述，確實有必要發展一低成本和簡便操作的均衡器組，以抑制因為濾波器間的幹擾，進而減緩過度增益累積和過度增益削弱的現象。
發明內容本發明的主要目的是提供一種具有幹擾抑制的均衡器組(equalizerbankwithinterferencereduction)，通過增加至少一個補償器(compensator)和調整所述補償器的增益值，以減少因濾波器間所引起的幹擾。本發明的另一目的是提供一種具有幹擾抑制的均衡器組，以提供用戶簡便的操作方式來均衡聲音(equalizethesound)。為達到上述目的，本發明揭示具有幹擾抑制的均衡器組，用於均衡一音頻信號，所述均衡器組包含一前斜坡濾波器、至少一個峰值濾波器、一後斜坡濾波器和至少一個補償器。所述前斜坡濾波器將所述音頻信號轉換成一第一信號，所述峰值濾波器將所述第一信號轉換成一第二信號，所述後斜坡濾波器則將所述第二信號轉換成一第三信號。所述補償器相應於所述峰值濾波器且用以補償所述第三信號。其中每一補償器與其相應的峰值濾波器具有相同的特徵頻率和相同的質量因數。每一補償器的增益由其相應的所述峰值濾波器的複數個幹擾值所決定。所述幹擾值由複數個查找表(look-uptable)直接取得。前斜坡濾波器、後斜坡濾波器、峰值濾波器和補償器中任何一個一均可利用一二階無限脈衝響應濾波器(two-orderinfiniteimpulseresponsefilter；two-orderIIRfilter)來實現。所述二階無限脈衝響應濾波器所相應的一轉換函數(transferfunction)則根據其所給定的特徵頻率、其給定的質量因數和其已接收或已決定的增益來決定。此外，用以決定所述轉換函數的複數個係數(coefficient)也可由查找表中取得。所以，當用戶針對所述峰值濾波器選定一增益值時，用以決定所述峰值濾波器和其相應的補償器的參數(parameter)將可直接取得，同時免除複雜的計算。因此，使用本發明的具有幹擾抑制的均衡器組可用更有效率和更低成本的方式將一音頻信號加以均衡。圖1例示一常規的均衡器組；圖2(a)和2(b)分別為圖1低頻斜坡濾波器和高頻斜坡濾波器的頻率響應增益圖；圖2(c)為圖1峰值濾波器的頻率響應增益圖；圖3(a)和3(b)為圖1的常規均衡器組於不同增益設定下的整體頻率響應增益圖；圖4為本發明一實施例的具有幹擾抑制的均衡器組方框圖；和圖5為一z轉換函數的直接形式表示圖。具體實施例方式圖4是本發明一實施例的具有幹擾抑制的均衡器組2的方框圖。所述均衡器組2包含一前斜坡濾波器20(其特徵是具有截頻點f0、增益g0和質量因數Q0)、三個峰值濾波器211～213(其特徵是分別具有中央頻率f1、f2和f3、增益g1、g2和g3、質量因數Q1、Q2和Q3)、一後斜坡濾波器22(其特徵是具有截頻點f4、增益g4和質量因數Q4)和三個補償器231～233(其特徵是分別具有中央頻率f7、f6和f5、增益g7、g6和g5、質量因數Q7、Q6和Q5)。一音頻信號S0輸入所述前斜坡濾波器20並且被轉換成一第一信號S1。之後，所述三個峰值濾波器211～213將所述第一信號S1轉換成一第二信號S2。接著，所述後斜坡濾波器22將所述第二信號S2轉換成一第三信號S3。此時，所述第三信號S3是一具有過度增益累積或過度增益削弱的信號。之後，所述三個補償器231～233用以補償所述第三信號S3以減少其過度增益累積或過度增益削弱，最後形成一第四信號S4作為一輸出信號。本實施例中，斜坡濾波器20和22的截頻點f0和f4以及所述三個峰值濾波器211～213的中央頻率f1、f2和f3均可稱為特徵頻率。需注意的是所述前斜坡濾波器20、所述三個峰值濾波器211～213和所述後斜坡濾波器22的特徵頻率固定不變且其大小是依序排列。即其特徵頻率滿足以下關係，f0＞f1＞f2＞f3＞f4或f0＜f1＜f2＜f3＜f4。另外，所述前斜坡濾波器20、每一峰值濾波器211、212或213、所述後斜坡濾波器22和每一補償器231、232或233均由一二階無限脈衝響應濾波器所實現。所述二階無限脈衝響應濾波器相應的一轉換函數可由式(1)表示，其包含了五個待定係數(即五個未知數)。H(z)=b0+b1Z-1+b2Z-21+a1Z-1+a2Z-2...(1)]]>圖5是一z轉換函數的直接形式(DirectForm)表示圖，其常用以表示式(1)的轉換函數，其中X(z)表示一輸入X(t)的z-轉換(z-transform)，而a1、a2、b0、b1和b2為所述五個待定係數。如果所述峰值濾波器211、212或213被設計成一參數型均衡器(parametricequalizer)用以加強或減弱其增益值時，則用以決定所述轉換函數H(z)的所述五個待定係數可在給定一已知特徵頻率和一已知質量因數的條件下經由複雜計算過程求得。為簡化所述複雜計算過程以求出所述五個待定係數，首先將每個濾波器(含所述斜坡濾波器20或22和所述三個峰值濾波器211～213)的增益值範圍劃分成複數個增益等級(gainlevel)，每一個增益等級相應於一組經由所述複雜計算求出的係數(即決定相應於某一特定增益值的所述轉換函數H(z)的五個係數)。之後將所述複數個增益等級和其相應的複數組係數存儲到一增益表(gaintable)中。在操作均衡器組時，當用戶轉動一濾波器的旋鈕以選定一特定增益等級時，其相應的五個係數即直接由所述增益表中取出，同時相應於所述濾波器的轉換函數也立即確定。因此即可免除所述複雜計算過程並改善均衡的效率。以下表一是例示所述增益表的一實施例。表一表一中所有的係數(A12-1...A-12-1、A12-2...A-12-2、B12-0...B-12-0、B12-1...B-12-1和B12-2...B-12-2)均事先在設計階段利用所述複雜計算過程求出。表一所例示的增益表中，所述濾波器的增益範圍分成25個增益等級(自12dB至-12dB)。舉例而言，當用戶選定一增益等級(例12dB)時，則其相應的係數(例自A12-1至B12-2)則直接由所述增益表中取得，同時也確定了相應於所述增益等級的濾波器(即其相應的轉換函數被確定)。以下詳細描述圖4中所述三個補償器231～233的設計流程。參圖4，假設所述前斜坡濾波器20、所述三個峰值濾波器211～213和所述後斜坡濾波器22的頻率響應增益圖分別以圖3(a)中的曲線a、b、c、d和e表示。如上文所述，圖3(a)相應的均衡器組會產生過度增益累積的問題。因此，補償器233的中央頻率f5、增益g5和質量因數Q5將根據以下的式(2)、(3)和(4)來設計。f5＝f3…(2)Q5＝Q3…(3)g5＝-(|H23(z)|+|H43(z)|)，其中z＝j(2πf3)…(4)其中|H23(z)|是峰值濾波器212(F2)對峰值濾波器213(F3)在頻率為f3時所形成的幹擾值，而|H43(z)|是後斜坡濾波器22(F4)對峰值濾波器213(F3)在頻率為f3時所形成的幹擾值。換句話說，補償器233(F5)的增益g5是用以補償其相應的峰值濾波器(即F3)的二個幹擾值(即|H23(z)|和|H43(z)|)，且所述二個幹擾值是由位於其相應峰值濾波器(即F3)緊鄰兩側的二個濾波器(即F2和F4)所引起且所述二個幹擾值即為所述二個濾波器(即F2和F4)在其相應峰值濾波器(即F3)的特徵頻率(即f3)處所對應的增益值。在本實施例中，僅二個緊鄰其相應峰值濾波器(即F3)的濾波器(即F2和F4)所產生的幹擾值被考慮。然而，在其它實施例中，產生幹擾值的濾波器個數並無限制。即，位於所述補償器(例F5)相應的峰值濾波器(即F3)前後的複數個濾波器(例F0、F1、F2和F4)所產生幹擾值在設計所述補償器(即F5)時均可考慮。為強化均衡的效率，因此針對上述每個補償器(F5、F6和F7)設計二個幹擾值表(interferencetable)，用以存儲複數個增益等級和其相應的複數個幹擾值。在本實施例中，每一幹擾值表包含複數個增益等級以及複數個因為緊鄰所述補償器(例F5)相應的峰值濾波器(即F3)的一濾波器(即F2或F4)所引起的幹擾值。所述二個幹擾值表中所使用的增益等級特意設計成與表一(即增益表)的增益等級相同。以下表I23和I43是二個幹擾值表的一實施例，其是相關於補償器233(F5)。表I23存儲25個增益等級(自12dB至-12dB)和其相應的複數個幹擾值(即自IV12-23至IV-12-23)；所述複數個幹擾值是峰值濾波器212(F2)對峰值濾波器213(F3)在頻率為f3和不同增益等級時所形成的幹擾值。同理，表I43存儲25個增益等級(自12dB至-12dB)和其相應的複數個幹擾值(即自IV12-43至IV-12-43)；所述複數個幹擾值是後斜坡濾波器22(F4)對峰值濾波器213(F3)在頻率為f3和不同增益等級時所形成的幹擾值。所述二個幹擾值表中的所有幹擾值均是事先計算(pre-calculated)。通過幹擾值表，當用戶針對一峰值濾波器(例F3)選擇一特定的增益等級時，其相應的補償器(即F5)的增益等級和幹擾值將同時被選定。針對另外兩個補償器232(F6)和231(F7)的設計，其中央頻率、增益和質量因數滿足以下式(5)至式(10)的關係。f6＝f2…(5)Q6＝Q2…(6)g6＝-(|H12(z)|+|H32(z)|)，其中z＝j(2πf2)…(7)f7＝f1…(8)Q7＝Q1…(9)g7＝-(|H01(z)|+|H21(z)|)，其中z＝j(2πf1)…(10)其中|H12(z)|是峰值濾波器211(F1)對峰值濾波器212(F2)在頻率為f2時所形成的幹擾值，而|H32(z)|是峰值濾波器213(F3)對峰值濾波器212(F2)在頻率為f2時所形成的幹擾值；|H01(z)|是前斜坡濾波器20(F0)對峰值濾波器211(F1)在頻率為f1時所形成的幹擾值，而|H21(z)|是峰值濾波器212(F2)對峰值濾波器211(F1)在頻率為f1時所形成的幹擾值。因此，圖4中任一個補償器231、232或233均可以一二階無限脈衝響應濾波器來實現，而所述二階無限脈衝響應濾波器相應的轉換函數則可由式(2)至式(10)決定的特徵頻率、質量因數和增益來加以確定。因為所述補償器231、232或233與其相應的峰值濾波器211、212或213具有相同的特徵頻率和相同的質量因數，因此補償器231、232或233與其相應的峰值濾波器211、212或213可共用一增益表(例如表一)來取得五個待定係數。截至目前為止，針對解決過度增益累積的情形(參看圖3(a))，如何設計圖4中三個補償器的特徵頻率、質量因數和增益已在上文詳細說明。針對過度增益削弱的情形，相同的設計方法也同樣可行。所有的幹擾值是在設計階段即事先計算，之後即被存儲在與每個補償器相關的幹擾值表中。因為補償器(例F5)相關的二個幹擾值表(例I23和I43)中的增益等級特意設計成與其相應的峰值濾波器(即F3)相關的增益表(即表一)中的增益等級相同。所以當用戶可單單針對一峰值濾波器選擇一特定的增益等級，而所有相關的信息(例如用以決定所述峰值濾波器的轉換函數的五個係數和相應的補償器)將立即被取得以均衡聲音。此外，本發明的具有幹擾抑制的均衡器組中的每個濾波器均可以軟體(例程式語言)或硬體(例包含存儲器的實際硬體線路)的方式來實現。本發明的技術內容和技術特點已揭示如上，然而所屬領域的技術人員仍可能基於本發明的教示和揭示而作種種不背離本發明精神的替換和修改。因此，本發明的保護範圍應不限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換和修改，並為所附的權利要求書所涵蓋。權利要求1.一種具有幹擾抑制的均衡器組，用於均衡一音頻信號，其特徵在於所述均衡器組包含一前斜坡濾波器，將所述音頻信號轉換成一第一信號；至少一個峰值濾波器，將所述第一信號轉換成一第二信號；一後斜坡濾波器，將所述第二信號轉換成一第三信號；和至少一補償器，相應於所述峰值濾波器且用以補償所述第三信號；其中所述補償器與其相應的所述峰值濾波器具有相同的特徵頻率和質量因數，且所述補償器的一增益值由其相應的所述峰值濾波器的複數個幹擾值所決定。2.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於所述前斜坡濾波器、後斜坡濾波器、所述峰值濾波器和所述補償器均由一二階無限脈衝響應濾波器所實現。3.如權利要求2所述的均衡器組，其特徵在於用以決定所述二階無限脈衝響應濾波器相應的一轉換函數的複數個係數是由一增益表中取得。4.如權利要求3所述的均衡器組，其特徵在於所述增益表包含複數個增益等級和相應的所述轉換函數的複數組係數。5.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於所述補償器的所述增益值是用以補償其相應的所述峰值濾波器的所述複數個幹擾值，且所述複數個幹擾值是由所述前斜坡濾波器、後斜坡濾波器和所述峰值濾波器的部分或全部所引起。6.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於所述補償器的所述增益值是用以補償其相應的所述峰值濾波器的二個幹擾值，且所述二個幹擾值是由位於其相應的所述峰值濾波器緊鄰兩側的二個濾波器所引起。7.如權利要求6所述的均衡器組，其特徵在於所述二個幹擾值是所述二個濾波器在其相應的所述峰值濾波器的特徵頻率處所對應的增益值。8.如權利要求6所述的均衡器組，其特徵在於所述補償器的所述增益值是所述二個濾波器在其特徵頻率所對應的增益值的和的相反數。9.如權利要求4所述的均衡器組，其特徵在於所述補償器包含二個幹擾值表，且每個所述幹擾值表包含複數個增益等級和複數個因為緊鄰其相應峰值濾波器的一濾波器所引起的幹擾值。10.如權利要求9所述的均衡器組，其特徵在於所述補償器和其相應峰值濾波器是共用所述增益表用以決定其轉換函數。11.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於所述均衡器是以軟體方式實現。12.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於所述均衡器是以硬體方式實現。13.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於所述前斜坡濾波器、所述峰值濾波器和所述後斜坡濾波器的特徵頻率大小是依序排列。14.如權利要求1所述的均衡器組，其特徵在於當所述峰值濾波器的一增益等級被選定時，所述峰值濾波器和其相應的補償器同時被決定。全文摘要本發明具有幹擾抑制的均衡器組包含一前斜坡濾波器、複數個峰值濾波器、一後斜坡濾波器和複數個補償器。其中所述補償器的中央頻率和質量因數特意設計成與其相應的峰值濾波器的中央頻率和質量因數相同。當用戶針對單一峰值濾波器選擇一特定的增益等級時，用以決定所述峰值濾波器和相應的補償器的參數將立即取得，可省略複雜的計算過程。因此，一音頻信號可以利用較低的硬體成本且更有效率地來加以均衡。文檔編號H04L27/01GK101068231SQ20061011159公開日2007年11月7日申請日期2006年8月29日優先權日2006年5月1日發明者顏國欣,林志馮,李凱婷申請人:奇景光電股份有限公司