(57)【要約】クリッピングなしに所定のダイナミックレンジ内で複数の信号を混合するために提供される方法および装置。この方法および装置では、第１の信号サンプル（ｘ１）および第２の信号サンプル（ｘ２）は第１の中間結果を取得するため加算される（１２）。次いで、第１の信号サンプル（ｘ１）に第２の信号サンプル（ｘ２）を乗算して（１４）第２の中間結果を取得する。一実施形態では、第３の中間結果を取得するために第２の中間結果が第１の中間結果から減算される（１６）。また、第３の中間結果が０未満である場合、第３の中間結果は破棄される（２０）。別の実施形態では、第３の中間結果を取得するために第２の中間結果が第１の中間結果に加算される（３６）。また、第３の中間結果が０より大きい場合、第３の中間結果は破棄される（４０）。第３の中間結果に基づき、出力信号サンプル（Ｍ）が提供される。
2009505611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号を混合するための信号ミキサであって、
第１の信号サンプルに第２の信号サンプルを加算して第１の中間結果を取得するための第１の加算器と、
第１の信号サンプルに第２の信号サンプルを乗算して第２の中間結果を取得するための乗算器と、
第１の中間結果を第２の中間結果と結合して第３の中間結果を取得するための第２の加算器と、
第３の中間結果の符号に応じて第３の中間結果を破棄するための第１のステップ関数回路と、
第３の中間結果の符号に応じて第３の中間結果に基づき出力信号サンプルを提供するための第１の回路と、を備える信号ミキサ。
【請求項２】
第１の中間結果および第２の中間結果の各々の符号を変化させるための第２の回路と、
符号の変化した第１の中間結果および符号の変化した第２の中間結果を加算して第４の中間結果を取得するための第３の加算器と、
第４の中間結果の符号に応じて第４の中間結果を破棄するための第２のステップ関数回路と、
第１の回路は第３の中間結果および第４の中間結果を結合して出力信号サンプルを生成するための回路であることと、を含む請求項１に記載の信号ミキサ。
【請求項３】
信号ミキサは、サンプリングされた信号の利得を所定の利得Ｇだけ増大させるために用いられることと、サンプリングされた信号はＮ回の反復における第１の信号サンプルとして提供されることと、Ｎは整数であることと、各反復から得られる出力信号サンプルは第２の信号サンプルとして提供されることと、を含む請求項１に記載の信号ミキサ。
【請求項４】
複数の信号を混合するための方法であって、
第１の信号をサンプリングして第１の信号サンプルを提供し、第２の信号をサンプリングして第２の信号サンプルを提供する信号サンプル提供工程と、
第１の信号サンプルを第２の信号サンプルに加算して第１の中間結果を取得する第１中間結果取得工程と、
第１の信号サンプルに第２の信号サンプルを乗算して第２の中間結果を取得する第２中間結果取得工程と、
第１の中間結果から第２の中間結果を減算し第３の中間結果を取得する第３中間結果取得工程と、
第３の中間結果が０未満である場合、第３の中間結果を破棄する第３中間結果破棄工程と、
第３の中間結果が０より大きい場合、第３の中間結果に基づき出力信号サンプルを提供する出力信号サンプル提供工程と、からなる方法。
【請求項５】
第１の中間結果および第２の中間結果の各々の符号を変化させる符号変化工程と、
符号の変化した第１の中間結果および符号の変化した第２の中間結果を加算して第４の中間結果を取得する第４中間結果取得工程と、
第４の中間結果が０未満である場合、第４の中間結果を破棄する第４中間結果破棄工程と、
第３の中間結果および第４の中間結果を結合して出力信号サンプルを生成する出力信号サンプル生成工程と、を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
出力信号サンプル生成工程は、第３の中間結果から第４の中間結果を減算する工程を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第３中間結果破棄工程は、第３の中間結果を０に設定する工程を含む請求項４に記載の方法。
【請求項８】
データ処理システムのソフトウェアカーネルに実装される請求項４に記載の方法。
【請求項９】
複数の信号サンプルに対してソフトウェアカーネルを再帰的に動作させることによって、複数の信号のサンプリングおよび混合が行われる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複数のミキサを用いて複数の信号のサンプリングおよび混合が行われることと、複数のミキサのうちの１つのミキサの入力は同複数のミキサのうちの別の１つのミキサの出力へ接続されることと、を含む請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
サンプリングされた信号の利得を所定の利得Ｇだけ増大させるように実装されることと、サンプリングされた信号はＮ回における第１の信号サンプルとして提供されることと、Ｎは整数であることと、各反復から得られる出力信号サンプルは第２の信号サンプルとして提供されることと、を含む請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
第１の信号および第２の信号はデジタルオーディオ信号である請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
複数の信号を混合するための方法であって、
第１の信号をサンプリングして第１の信号サンプルを提供し、第２の信号をサンプリングして第２の信号サンプルを提供する信号サンプル提供工程と、
第１の信号サンプルを第２の信号サンプルに加算して第１の中間結果を取得する第１中間結果取得工程と、
第１の信号サンプルに第２の信号サンプルを乗算して第２の中間結果を取得する第２中間結果取得工程と、
第１の中間結果に第２の中間結果を加算し第３の中間結果を取得する第３中間結果取得工程と、
第３の中間結果が０より大きい場合、第３の中間結果を破棄する第３中間結果破棄工程と、
第３の中間結果が０未満である場合、第３の中間結果に基づき出力信号サンプルを提供する出力信号サンプル提供工程と、からなる方法。
【請求項１４】
第２の中間結果から第１の中間結果を減算し第４の中間結果を取得する第４中間結果取得工程と、
第４の中間結果が０より大きい場合、第４の中間結果を破棄する第４中間結果破棄工程と、
第３の中間結果および第４の中間結果を結合して出力信号サンプルを生成する出力信号サンプル生成工程と、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
出力信号サンプル生成工程は、第３の中間結果から第４の中間結果を減算する工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第３中間結果破棄工程は第３の中間結果を０に設定する工程を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
データ処理システムのソフトウェアカーネルに実装されることと、第１の信号および第２の信号はデジタルオーディオ信号であることと、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
複数の信号サンプルに対してソフトウェアカーネルを再帰的に動作させることによって、複数の信号のサンプリングおよび混合が行われる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
複数のミキサを用いて複数の信号のサンプリングおよび混合が行われることと、複数のミキサのうちの１つのミキサの入力は同複数のミキサのうちの別の１つのミキサの出力へ接続されることと、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
サンプリングされた信号の利得を所定の利得Ｇだけ増大させるように実装されることと、サンプリングされた信号はＮ回における第１の信号サンプルとして提供されることと、Ｎは整数であることと、各反復から得られる出力信号サンプルは第２の信号サンプルとして提供されることと、を含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はミキサに関する。より詳細には、本発明は有界の信号を提供するミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの通信システムは、好適には有界の信号が提供されるように、制限されたダイナミックレンジを有する。そのような信号はダイナミックレンジ内にあるように有界である。実際には、様々な信号強度の必要を生じ得る因子の変化のため、これを達成することは困難であった。一部の用途では、２つ以上の信号が結合されてから送信される。各々の信号がダイナミックレンジ内にあったとしても、結合はダイナミックレンジ内にない。別の用途は、ソース信号を増幅して目標の信号対雑音比を達成する必要が存在するときに生じる。必要な増幅を行った後、得られる増幅された信号はダイナミックレンジの外にある場合がある。大抵のアプローチでは、実際の送信時に信号の何らかのクリッピングが生じる。送信チャネル自体によってクリッピングが強制され、受信側に歪みを生じる。音声送信の場合、一般にクリッピングによって非常に不快な音が生じ、了解度が非常に減少する場合が多い。画像または映像送信の場合、クリッピングによって忠実度の損失および過剰露出が生じる。他のアプローチでは余分な支持回路が必要であり、それでもなお情報の損失が生じることがある。例えば、２つの信号を結合して１６ビットのデジタル信号を得ることが可能であるが、送信チャネルの限定的なダイナミックレンジのため、有界の信号としてビット数が減少されて送信される。これには結合用の追加の回路が必要であり、送信チャネルのダイナミックレンジに対し有界とされた後にデータの損失が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、上述の問題のうちの１つ以上を回避する、有界の信号を提供する回路技術の必要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、ミキサカーネルは、それ自身有界である２つの信号を、得られる結合された信号も有界であるように結合する。得られる結合された信号の大きさは、結合される入力信号のうちの最大の信号より大きくないことが保証される。このアプローチによって入力信号は全ダイナミックレンジに対して±１までに標準化され、混合された信号の大きさはそれぞれ１以下の絶対値を有する。この結果は、結合された信号の特性がダイナミックレンジ内に圧縮されるということである。結合された信号の音は、リスナーにはより快適であるとともに、より高い了解度を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１には、混合カーネル１０を示す。混合カーネル１０は、加算器１２、乗算器１４、加算器１６、加算器１８、負値破棄回路２０、負値破棄回路２２、および加算器２４を備える。加算器１２，１６，１８，２４および乗算器１４を別個の要素として示すが、それらはそのように実装されてもよく、ソフトウェアの制御下で所望の機能のために様々な回路要素を用いる処理システムの一部として実装されてもよい。加算器１２は、信号Ｘ１を受信するための加算入力、信号Ｘ２を受信するための加算入力、および出力を有する。乗算器１４は、信号Ｘ１を受信するための入力、信号Ｘ２を受信するための入力、および出力を有する。加算器１６は、加算器１２の出力へ接続された加算入力、乗算器１４の出力へ接続された符号反転入力、および出力を有する。加算器１８は、加算器１２の出力へ接続された符号反転入力、乗算器１４の出力へ接続された符号反転入力、および出力を有する。負値破棄回路２０は、加算器１６の出力へ接続された入力を有し、出力を有する。負値破棄回路２２は、加算器１８の出力へ接続された入力を有し、出力を有する。加算器２４は、出力負値破棄回路２０へ接続された加算入力、負値破棄回路２２の出力へ接続された符号反転入力、および混合された信号Ｍを提供する出力を有する。所与の時点にて、信号Ｘ１，Ｘ２は、音声信号など時間変化する信号のサンプルであり、自身の最大の絶対値が１であるように標準化されたデジタル信号である。１未満の任意の絶対値は、±１の間の小数の値として表現される。また、±１は、混合された信号Ｍの送信に利用可能なダイナミックレンジを表す。
【０００６】
動作中、加算器１２は、自身の出力にＸ１足すＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
Ｘ１＋Ｘ２
乗算器１４は、自身の出力にＸ１掛けるＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
Ｘ１Ｘ２
したがって、加算器１６は、自身の出力にＸ１足すＸ２引くＸ１掛けるＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
Ｘ１＋Ｘ２−Ｘ１Ｘ２
加算器１８は、自身の出力にマイナスＸ１引くＸ２引くＸ１掛けるＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
−Ｘ１−Ｘ２−Ｘ１Ｘ２。
【０００７】
負値破棄回路２０は、加算器１６の出力が正の場合、加算器１６の出力を加算入力２４へ接続し、加算器１６の出力が正でない場合、０を加算器２４へ接続する。同様に、負値破棄回路２２は、加算器１８の出力が正の場合、加算器１８の出力を加算器２４の符号反転入力へ接続し、加算器１８の出力が正でない場合、０を加算器２４へ接続する。これは、入力に入力のステップ関数を乗算することと考えられる。したがって、負値破棄回路２０，２２は、各々ステップ関数回路を備える。例えば、Ｘ１が１、かつ、Ｘ２が−１の場合、加算器１６の出力は１−１−（−１）１＝１である。これは正であるので、加算器２４の加算入力へ接続される。また、加算器１８の出力は−（−１）−１−（−１）１＝１である。これは正であるので、加算器４４の符号反転入力へ接続される。加算器２４の加算入力および符号反転入力の両方が＋１であるので、加算器４４は出力として０を提供する。これは、それぞれ−１，＋１である入力Ｘ１，Ｘ２を加算すると０となることと一致している。
【０００８】
異なる例として、Ｘ１が−０．５、かつ、Ｘ２が０．８であると仮定すると、加算器１６の出力は、−０．５＋０．８−（−０．４）＝０．３＋０．４＝０．７であり、加算器１８の出力は−（−０．５）−０．８−（−０．４）＝−０．３＋０．４＝０．１である。このとき、加算器２４は、０．７−０．１の出力を提供し、これは０．６と等しい。
【０００９】
Ｘ１，Ｘ２の合計が１を超える例として、Ｘ１が−０．８、かつ、Ｘ２が−０．５では、この単純な合計は−１．３である。混合カーネル１０を用いると、加算器１６の出力は−０．８−０．５−（−０．５）（−０．８）＝−１．７であり、加算器１８の出力は、−（−０．８）−（−０．５）−（−０．８）（−０．５）＝０．９である。加算器１６によって提供される値は負であるため、破棄される。このとき、加算器２４は自身の加算入力上で０を受信し、自身の符号反転入力上で０．９を受信するので、信号Ｍの値として−０．９を提供する。これから分かるように、Ｘ１，Ｘ２の単純な合計が１を越える絶対値を有する場合でも、送信用の信号Ｍとして生成される値は送信用のダイナミックレンジ内にある。主要な効果は、信号がクリッピング範囲の近くで圧縮されることである。
【００１０】
図２には、混合カーネル３０を示す。混合カーネル３０は、加算器３２、乗算器３４、加算器３６、加算器３８、正値破棄回路４０、正値破棄回路４２、および加算器４４を備える。混合カーネル３０は、信号Ｘ１，Ｘ２を混合して信号Ｍを提供するための混合カーネル１０の一代替である。加算器３２は、信号Ｘ１を受信するための加算入力、信号Ｘ２を受信するための加算入力、および出力を有する。乗算器３４は、信号Ｘ１を受信するための入力、信号Ｘ２を受信するための入力、および出力を有する。加算器３６は、加算器３２の出力へ接続された加算入力、乗算器３４の出力へ接続された加算入力、および出力を有する。加算器３８は、加算器３２の出力へ接続された符号反転入力、乗算器３４の出力へ接続された加算入力、および出力を有する。正値破棄回路４０は、加算器３６の出力へ接続された入力を有し、出力を有する。正値破棄回路４２は、加算器３８の出力へ接続された入力を有し、出力を有する。加算器４４は、出力正値破棄回路４０へ接続された加算入力、正値破棄回路４２の出力へ接続された符号反転入力、および混合された信号Ｍを提供する出力を有する。
【００１１】
動作中、加算器３２は、自身の出力にＸ１足すＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
Ｘ１＋Ｘ２
乗算器３４は、自身の出力にＸ１掛けるＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
Ｘ１Ｘ２
したがって、加算器３６は、自身の出力にＸ１足すＸ２足すＸ１掛けるＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ１Ｘ２
加算器３８は、自身の出力にマイナスＸ１引くＸ２足すＸ１掛けるＸ２の中間結果を提供する。すなわち、
−Ｘ１−Ｘ２＋Ｘ１Ｘ２。
【００１２】
正値破棄回路４０，４２は、負値破棄回路２０，２２と同様に動作する。正値破棄回路４０は、加算器３６の出力が負の場合、加算器３６の出力を加算入力４４へ接続し、加算器３６の出力が負でない場合、０を加算器４４へ接続する。同様に、正値破棄回路４２は、加算器３８の出力が負の場合、加算器３８の出力を加算器４４の符号反転入力へ接続し、加算器３８の出力が負でない場合、０を加算器４４へ接続する。これは、入力に符号反転入力のステップ関数を乗算することと考えられる。したがって、正値破棄回路４０，４２は、各々ステップ関数回路を備える。例えば、Ｘ１が＋１、かつ、Ｘ２が−１の場合、加算器３６の出力は１−１＋（−１）１＝−１である。これは負であるので、加算器４４の加算入力へ接続される。また、加算器３８の出力は−（−１）−１＋（−１）１＝−１である。これは負であるので、加算器４４の符号反転入力へ接続される。加算器２４の加算入力および符号反転入力の両方が−１であるので、加算器４４は出力として０を提供する。これは、それぞれ−１，＋１である入力Ｘ１，Ｘ２を加算すると０となることと一致している。
【００１３】
Ｘ１，Ｘ２の合計が１を超える例として、Ｘ１が−０．８、かつ、Ｘ２が−０．５では、この単純な合計は−１．３である。混合カーネル３０を用いると、加算器３６の出力は−０．８−０．５＋（−０．５）（−０．８）＝−０．９であり、加算器３８の出力は、−（−０．８）−（−０．５）＋（−０．８）（−０．５）＝１．７である。加算器３８によって提供される値は正であるため、破棄される。このとき、加算器４４は自身の符号反転入力上で０を受信し、自身の加算入力上で−０．９を受信するので、信号Ｍの値として−０．９を提供する。混合カーネル３０についても、これから分かるように、Ｘ１，Ｘ２の単純な合計が１を越える絶対値を有する場合でも、送信用の信号Ｍとして生成される値は送信用のダイナミックレンジ内にある。
【００１４】
図３に示すのは、図２の混合カーネル３０など３つの混合カーネルおよび必要に応じて追加の混合カーネルを備える、信号ミキサ５０である。この図には、混合カーネル３０または混合カーネル１０の出力を別の信号と混合して、出力信号ＭＮが送信されるチャネルのダイナミックレンジにしたがって有界である別の混合された信号を生成可能であることを示す。２より多くの信号を混合することが望ましい状況が存在する。これは、実際には混合可能な信号の数に制限が存在しないことを示す。当然のことながら、実際に有益に結合可能な数に関して、他の実用上の限界が存在する場合がある。例えば、多くの様々な遠隔地を伴う電話会議では、一度に話すことが可能であるのは一定の数に過ぎず、そのようにする利益が存在する。別の代替（図示せず）は、信号Ｘ１〜ＸＮを各々カーネルミキサに入力し、次いで、カーネルミキサの出力を他のカーネルミキサの入力へ向けることである。そのような場合、カーネルミキサ出力は信号Ｘ１〜ＸＮのうちの１つと混合されるのではなく、一体に混合される。加えて、様々な入力が同じ信号であることも可能である。
【００１５】
これは、特に、信号を増幅することによって特定の信号対雑音比が得られる状況に関連している。騒音レベルは変化することがあり、一部の状況では充分に高くなる。そのような場合、所望の信号対雑音比について計算される利得が非常に高くなり得るので、チャネルのダイナミックレンジを超える信号が送信される。例えば、３の利得係数は、送信されるチャネルのダイナミックレンジを超える場合がある。信号Ｘ１が３倍に増幅される場合、カーネルミキサ１０または３０など第１のカーネルミキサの両方の入力は信号Ｘ１を受信し、第１のカーネルミキサは第２のカーネルミキサにおいてＸ１と混合される出力を提供し、次いで、第２のカーネルミキサは送信用の増幅された出力を提供する。これによって、チャネルのダイナミックレンジの超過と、その結果生じるクリッピングとを回避するように、有界となることが確実となる。増幅される数が３．５など単純な整数でない場合、余分な０．５は、整数混合を達成するために必要なものに加え、０．５Ｘ１の信号と一度混合することによって得られる。
【００１６】
図４に示すのは、混合カーネル３０、レジスタ６２、およびマルチプレクサ６４を備える信号ミキサ５０の一代替である。マルチプレクサ６４は、信号Ｘ１を受信するための第１の信号入力、第２の信号入力、制御信号Ｃ１を受信するための制御入力、および出力を有する。混合カーネル３０は、マルチプレクサ６４の出力へ接続された入力、複数の信号Ｘ（２〜Ｎ）のうちの１つを受信するための入力、および出力信号ＭＮを提供するための出力を有する。レジスタ６２は、混合カーネル３０の出力へ接続された信号入力、信号Ｃ２を受信するための制御入力、およびマルチプレクサ６４の第２の信号入力へ接続された出力を有する。動作中、マルチプレクサは最初に混合カーネル３０へ信号Ｘ１を接続し、信号Ｘ２を受信して、レジスタ６２に格納される混合出力を生成する。次いで、マルチプレクサ６４は、混合カーネル３０が信号Ｘ３をレジスタ６２の出力と混合するように、混合カーネル３０へレジスタ６２の出力を接続する。この点にて、レジスタ６２は、信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を混合した結果を格納している。次いで、混合カーネル３０によって信号Ｘ４がレジスタ６２の出力と混合され、信号Ｘ（１〜４）の混合として混合された信号が生成される。これは、信号ＸＮがレジスタ６２の出力と混合されて信号ＭＮが生成されるまで継続する。Ｎは混合される信号の数である。信号の数は混合カーネル３０において制限されない。制限は、図３の信号ミキサ５０に対して記載したような他の考察に基づく。
【００１７】
また、所望の信号対雑音比が試行されているが、チャネルが所望の利得因子に対して充分なダイナミックレンジを有しない可能性があるときに発生し得る一例として、上述において記載したように、所望の利得因子に応じて混合する場合にも信号ミキサ６０を用いることが可能である。そのような場合、信号Ｘ１は、信号Ｘ（２〜Ｎ）を受信するように示した入力カーネルミキサ３０に配置される。混合の数は、信号Ｃ１，Ｃ２、また信号ＭＮを取得するための他の信号によって制御される。３．５など整数に加えて小数を有する利得については、複数の入力のうちの１つは０．５Ｘ１である。
【００１８】
例示のために選択された本明細書の実施形態に対し、当業者には様々な変更および修正が容易に想到されるであろう。例えば、様々な特徴を実装するために開示の機能回路以外の機能回路を用いてもよい。これに加えて、混合カーネルの他の用途が実装されてもよく、開示の利点以外の利点が生じてもよい。本発明の精神から逸脱しない限りにおいて、そのような修正および変化は、添付の特許請求の範囲の公平な解釈によってのみ評価される本発明範囲の内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態による混合カーネルの回路図。
【図２】別の実施形態による混合カーネルの回路図。
【図３】図１または２のいずれかの混合カーネルを用いるミキサの回路図。
【図４】図１または２の混合カーネルを用いるミキサの回路図。
【図１】
2009505611.tif 000003
【図２】
2009505611.tif 000004
【図３】
2009505611.tif 000005
【図４】
2009505611.tif 000006
【国際調査報告】
2009505611.tif 000007