(57)【要約】【課題】  デジタル信号処理における演算処理を減らすことで、より効果的かつ高精度な実効値を算出することができる信号処理装置および同装置を用いた信号処理方法に関するものである。【解決手段】  アナログ入力信号をデジタル変換して得られたデジタルデータを用いて入力信号の実効値を算出する演算処理手段と、デジタルデータの絶対値が記憶される複数の記憶領域を備えるリングバッファメモリと、を備え、演算処理手段が、デジタルデータの絶対値を算出してリングバッファメモリに記憶する絶対値演算部と、リングバッファメモリに記憶された絶対値のすべてを加算する累積加算部と、累積加算部による加算値をリングバッファメモリに記憶されていた絶対値の個数で除算する除算部と、を有してなることを特徴とする信号処理装置による。【選択図】図１
2011141770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ入力信号をデジタル変換して得られたデジタルデータを用いて入力信号の実効値を算出する演算処理手段と、
上記デジタルデータの絶対値が記憶される複数の記憶領域を備えるリングバッファメモリと、
を備え、
上記演算処理手段が、
上記デジタルデータの絶対値を算出して上記リングバッファメモリに記憶する絶対値演算部と、
上記リングバッファメモリに記憶された絶対値のすべてを加算する累積加算部と、
上記累積加算部による加算値を上記リングバッファメモリに記憶されていた絶対値の個数で除算する除算部と、
を有してなることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
上記リングバッファメモリにおける絶対値の記憶数を変更するための設定手段を備える請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
入力音のダイナミックレンジを圧縮した信号を変調して無線信号として送信するワイヤレスマイクロホンであって、
上記入力信号の圧縮に用いる実効値を算出する信号処理装置を備えており、
上記信号処理装置が、上記請求項１、２に記載の信号処理装置であることを特徴とするワイヤレスマイクロホン。
【請求項４】
アナログ入力信号をデジタル変換して得られたデジタルデータを用いて入力信号の実効値を算出する演算処理手段と、
上記デジタルデータの絶対値が記憶される複数の記憶領域を備えるリングバッファメモリと、
を備えた信号処理装置により上記アナログ入力信号の実効値を算出する方法であって、
上記演算処理手段が、
上記デジタルデータの絶対値を算出して上記リングバッファメモリに記憶するステップと、
上記リングバッファメモリに記憶された絶対値のすべてを加算するステップと、
上記加算結果を上記リングバッファメモリに記憶されていた絶対値の個数で除算するステップと、
を有してなることを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号の実効値を算出するにあたりＣＰＵの演算負荷を減らし、また、演算精度を高めた信号処理装置、信号処理方法および同装置を備えるワイヤレスマイクロホンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
信号の実効値は、信号の２乗平均の平方根で定義される。信号の実効値を出力するアナログ回路は、入力信号を２乗する回路、２乗された入力信号の所定時間における平均を出力する回路、平均された２乗の入力信号の平方根に相当する値を出力する回路によって構成される。
デジタル演算処理回路を用いて信号の実効値を求めるとき、そのデジタル演算処理回路が備える演算処理は、入力信号をデジタル変換したデジタルデータを２乗する手段、２乗されたデジタルデータの所定の時間の平均を算出する手段、平均された２乗のデジタルデータの平方根を算出する手段によって構成される（例えば「特許文献１」を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２６２０７１号公報
【０００４】
デジタル演算処理を用いて信号の実効値を算出するＣＰＵとしてデジタル信号処理装置（以下「ＤＳＰ」とする）が知られている。ＤＳＰにおける「２乗演算処理」と「平方根演算処理」は演算処理の負荷が大きいため、加算演算にかかる演算処理の負荷に比較して処理時間が長くなる。
演算処理の時間を短縮するにはＤＳＰの動作スピード（クロックスピード）を高くすればよいが、クロックスピードを高くするとＤＳＰの消費電力が高くなる。すなわち「２乗演算処理」と「平方根演算処理」による消費電力は加算演算時の消費電力に比べて高くなる。
【０００５】
また、ＤＳＰを用いた２乗演算処理によって求められた値に対して平方根演算処理を行うと、演算結果に誤差が生じることがある。平方根演算において誤差が生じる原因はＤＳＰの演算精度によるものである。例えば、数値Ａの２乗（Ａ２）の平方根（√Ａ２）は、Ａである。しかし、ＤＳＰで行う演算処理はビット演算であるので、デジタルデータの大きさ（桁数）によっては桁落ちやオーバーフローが発生する。例えば、２乗演算処理においては、演算の結果が大きな値となることが多くオーバーフローによる誤差が発生する可能性が高い。また、平方根演算では、演算結果が無理数となると桁落ちによる誤差が発生する可能性が高い。このようなＤＳＰの演算処理特有の原因によって、従来の実効値を算出する演算処理（２乗平均の平方根）は、誤差が生じやすいものであった。すなわち、特許文献１に記載されているような従来の実効値算出方法では、演算処理の負荷が高く、また、演算誤差を含むものであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、デジタル演算処理手段を用いて入力信号の実効値を算出する信号処理装置において、従来から知られている２乗平均の平方根演算とは異なる演算処理を実行し、従来よりもＣＰＵの演算負荷が低く、かつ、精度がよい信号処理装置、信号処理方法および同装置を備えるワイヤレスマイクロホンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る信号処理装置は、アナログ入力信号をデジタル変換して得られたデジタルデータを用いて入力信号の実効値を算出する演算処理手段と、デジタルデータの絶対値が記憶される複数の記憶領域を備えるリングバッファメモリと、を備え、演算処理手段が、デジタルデータの絶対値を算出してリングバッファメモリに記憶する絶対値演算部と、リングバッファメモリに記憶された絶対値のすべてを加算する累積加算部と、上記累積加算部による加算値を上記リングバッファメモリに記憶されていた絶対値の個数で除算する除算部と、を有してなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る信号処理装置は、リングバッファメモリにおける絶対値の記憶数を変更するための設定手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は入力音を電気信号に変換し、この電気信号のダイナミックレンジを圧縮した信号を変調して無線信号として送信するワイヤレスマイクロホンであって、電気信号の圧縮に用いる実効値の算出を行う信号処理装置を備えており、この信号処理装置が上記の信号処理装置であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる信号処理方法は、アナログ入力信号をデジタル変換して得られたデジタルデータを用いて入力信号の実効値を算出する演算処理手段と、デジタルデータの絶対値が記憶される複数の記憶領域を備えるリングバッファメモリと、を備えた信号処理装置によりアナログ入力信号の実効値を算出する方法であって、演算処理手段が、デジタルデータの絶対値を算出してリングバッファメモリに記憶するステップと、リングバッファメモリに記憶された絶対値のすべてを加算するステップと、加算結果を上記リングバッファメモリに記憶されていた絶対値の個数で除算するステップと、を有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、絶対値演算を用いて実効値を算出するので、ＤＳＰの演算処理の負荷が低くすることができ演算処理にかかる消費電力を抑えることができるようになる。また、絶対値演算処理を用いることで２乗平方根演算では回避不可能であった演算誤差の発生を防ぎ、精度の良い実効値を算出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る信号処理装置の例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る信号処理装置の別の例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る信号処理方法の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る信号処理装置を備えたワイヤレスシステムの例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る信号処理装置の実施の形態について説明をする。
まず、従来の信号処理に用いられる実効値の算出式について説明をした上で、本願に係る信号処理装置が用いる実効値算出式との違いを説明する。
従来の実効値算出式は、入力信号の２乗平均の平方根によって求めるものである。すなわち、入力信号ｘ（ｔ）の所定時間における実効値Ｒ（ｔ）は、入力信号をデジタル信号に置き換えた演算処理によって算出するとき、サンプリング時間をＴｓ、サンプル数をＮとして離散化した式（１）に基づく演算処理により算出される。
式（１）
2011141770.tif 000003
上記の式（１）は、入力信号を２乗した後に平均を算出し、平均の平方根を求める式である。
【００１４】
上記の式（１）に対して関数解析で用いられるシュワルツの公式（式（２）を参照）を適用すると、実効値Ｒ（ｔ）は、式（３）によって求められる。
式（２）
2011141770.tif 000004
式（３）
2011141770.tif 000005
【００１５】
本発明に係る信号処理装置は、上記の式（３）に基づく演算処理を用いて入力信号の実効値を算出する。
以下、本発明に係る信号処理装置の実施の形態について図を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る信号処理装置が備える機能のブロック図の例である。図１において、信号処理装置（ＤＳＰ）１は、いわゆるＣＰＵの一種である。演算処理手段であるＤＳＰ１は、絶対値演算部１０、リングバッファメモリ２０、累積加算部４０、除算部５０、乗算部６０を有してなる。ＤＳＰ１が有する各処理部は、ＤＳＰ１が備えるハードウェア資源を用いてＤＳＰ１が実行可能なソフトウェアによる情報処理によって式（３）に示した演算処理を実行する。
【００１６】
図１において、ＤＳＰ１への入力データＸ１はデジタルデータである。この入力データＸ１は、図示しない信号源からの信号を図示しないＡ／Ｄ変換器を用いてデジタルデータに変換したものであって、このＡ／Ｄ変換器のサンプリング周期に応じて生成される。図１において「入力データＸ１」と表記しているが、添字の「１」は、あるサンプリング時点で生成された入力データのうち最新の入力データであることを示すためのものである。すなわち、上記のＡ／Ｄ変換器のサンプリング周期に応じて生成される入力データＸｎ（ｎ＝１，２，３，・・・Ｎ−１，Ｎ）において、最新の入力データを入力データＸ１と表現している。
【００１７】
絶対値演算部１０は、あるサンプリング周期でＤＳＰ１に入力された入力データＸ１の絶対値を算出し、この絶対値をリングバッファメモリ２０に順次記憶する処理を行う。
リングバッファメモリ２０は、所定個数の絶対値を記憶することができる記憶領域を有し、当該記憶領域が満たされた後は、記憶されている絶対値のうち、最も古い入力データに対する絶対値を最新の入力データの絶対値で上書きするように構成されている。
【００１８】
図１と図２を用いて、最新の入力データＸ１における絶対値｜Ｘ１｜が、リングバッファメモリ２０において絶対値が記憶される様子を説明する。図１に示したリングバッファメモリ２０に記憶されている絶対値は、最上段の記憶領域に記憶されている絶対値がその時点で最も古い入力データに対する絶対値である。
次のタイミングで入力された入力データＸ１によって、最上段の記憶領域が更新された様子を図２に示している。図２において、リングバッファメモリ２０の最上段の記憶領域は、最新の入力データＸ１に対する絶対値｜Ｘ１｜によって更新されている。次の記憶領域のデータは最新の入力データＸ１に対して一つ前のタイミングで入力された入力データする入力データＸ２に対する絶対値｜Ｘ２｜が記憶され、順次｜Ｘ３｜・｜Ｘ４｜・｜Ｘ５｜・・・｜ＸＮ-１｜・｜ＸＮ｜が記憶されている。
このように、リングバッファメモリ２０は記憶されている絶対値の中で最も古い時に記憶された絶対値｜ＸＮ｜を、最新の絶対値｜Ｘ１｜で上書き更新するように処理をする。
【００１９】
なお、ＤＳＰ１には、リングバッファメモリ２０が備える記憶領域の数を変更する設定手段を備えるようにしてもよい。この設定手段により、例えば、所望の実効値の精度が得られるように、入力データのサンプリング周期に応じてリングバッファメモリ２０が備える記憶領域の個数を変更することができる。
【００２０】
累積加算部３０は、リングバッファメモリ２０に記憶されている絶対値をすべて加算し、絶対値の総計を算出する。累積加算部３０における算出処理は、リングバッファメモリ２０に新たな入力データＸ１が記憶されたタイミングで周期的に行われる。
【００２１】
除算部４０は、累積加算部３０において算出された総計を、リングバッファメモリ２０に記憶されている絶対値の個数で除算する演算処理を行う。当該演算処理によって算出された除算値が入力データＸ１に基づく実効値Ｒとなる。
出力部５０は、上記除算値である実効値ＲをＤＳＰ１の後段の装置へ出力するインターフェースである。出力部５０から出力される実効値Ｒは、「シリアルデータとして出力する」、または、「アナログデータとして出力する」などの出力形式が予め決められるので、出力部５０に対する設定によって、実効値Ｒの出力形式が規定される。
【００２２】
次に、本発明に係る信号処理方法の実施の形態について説明をする。図３は、本発明に係る信号処理方法を実行するソフトウェア処理の流れの例を示すフローチャートである。図３において各処理のステップをＳ１０、Ｓ１１・・・のように表す。
まず、音源からの信号をＡ／Ｄ変換器によって変換されたデジタルデータが、ＤＳＰ１に入力されると（Ｓ１０）、絶対値演算部１０において絶対値演算処理が行われる（Ｓ１１）。
【００２３】
算出された絶対値はリングバッファメモリ２０に記憶される（Ｓ１２）。すでに説明したとおり、リングバッファメモリ２０は、絶対値を順次記憶する複数の記憶領域を備えている。リングバッファメモリ２０の記憶領域の数は、実効値を算出する信号のサンプリング数に相当する。
リングバッファメモリ２０が備える複数の記憶領域のすべてに空きが無くなるまで（一杯になるまで）、ステップＳ１０からステップＳ１２までの処理を繰り返す（Ｓ１３のＮ）。
【００２４】
リングバッファメモリ２０の所定の記憶領域のすべてに絶対値が記憶されたとき（Ｓ１３のＹ）、この記憶されている絶対値をすべて加算する累積加算演算処理を行う（Ｓ１４）。リングバッファメモリ２０が一杯になった後においては、次の入力データに基づく絶対値が最も先にリングバッファメモリ２０に記憶された絶対値を上書きするので、メモリが一杯であると判定され（Ｓ１３のＹ）、新たに更新された絶対値を用いた累積演算処理が行われる（Ｓ１４）。
【００２５】
次に、算出された絶対値の総計の平均値を算出するために、累積加算演算（Ｓ１４）に用いた絶対値の数で、絶対値の総計を除算する演算処理を行う（Ｓ１５）。除算によって算出された値（Ｒ）をＤＳＰ１の後段に接続された装置（例えばＤ／Ａ変換器）に出力する（Ｓ１６）。
【００２６】
上記の演算処理（Ｓ１０からＳ１６の各処理）を、入力データのサンプリング周期（ＤＳＰ１への入力周期）に応じて行うことで、入力データに基づく実効値の算出を行うことができる。
【００２７】
以上説明した実施の形態によれば、入力信号に対する絶対値の平均演算によって実効値を算出することができる。すなわち、本発明においては、従来の演算処理で行われていた「２乗の平方根演算」を行わずに、絶対値演算を用いているため、従来の平方根演算において生じていた誤差を防止することができる。
【００２８】
また、本発明は、符号の判定のみでよい絶対値演算を用いるため演算処理の誤差を防ぎつつ、さらに、２乗演算処理を行わないため従来の演算処理においてＣＰＵにかかっていた演算負荷の約５０％程度の演算負荷で実効値を算出できる、すなわち、ＣＰＵの演算処理の負荷を低減することができる。
【００２９】
次に、本発明に係る信号処理装置を備えたワイヤレスマイクロホンの実施の形態について説明をする。図４は、本実施例に係るワイヤレスマイクロホンを備えるワイヤレスシステムの例を示すブロック図である。図４においてワイヤレスシステム１００は、ワイヤレスマイクロホン１０１およびレシーバー１０２からなる。
ワイヤレスマイクロホン１０１とレシーバー１０２は遠隔に設置され、音源から入力された音を遠隔地にあるアンプなどへ出力するよう構成されている。
【００３０】
ワイヤレスマイクロホン１０１は、音源から入力された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ１０１６と、すでに説明をした本発明に係る信号処理装置の例であるＤＳＰ１と、ＤＳＰ１から出力される実効値に基づいて入力信号を圧縮するコンプレッサ１０１１と、コンプレッサ１０１１から出力される圧縮信号に発振器１０１３から供給される所定の周波数信号をミキサー１０１２によって混合して高調波信号とし、この所定の周波数の高調波信号をＲＦアンプ１０１４によって増幅して、アンテナ１０１５から無線信号として送信するように構成されている。
なお、図４におけるＤＳＰ１は本発明に係る信号処理を実行する機能と、入力信号に対してフィルタ処理や増幅処理などを行う機能を含む。
よって、図４におけるＤＳＰ１から出力される信号には、本発明に係る信号処理方法によって処理された信号とともに、コンプレッサ処理がなされる入力信号も含まれる。
【００３１】
レシーバー１０２はワイヤレスマイクロホン１０１から送信された無線信号をアンテナ２０１１によって受信し、ミキサー２０１２及び発振器２０１３によって受信した無線信号から高調波信号を抽出し、復調器２０１４によって高調波信号を復調して圧縮信号を抽出して、エキスパンダ２０１５によって圧縮信号を伸張し、伸張された信号をＤ／Ａ２０１６によってアナログ信号に変換して、アンプなどに出力する。
【００３２】
このように送信機であるワイヤレスマイクロホン１０１に入力信号を圧縮するコンプレッサ１０１１を、また、受信機であるレシーバー１０２に圧縮信号を伸張するエキスパンダ２０１５を備えて、無線区間におけるダイナミックレンジを圧縮すると、入力信号の最小値と最大値の比率が大きい（ダイナミックレンジが大きい）ときに増幅器などの許容入力を越えてしまって発生する歪みを防止することができる。
また、入力信号が小さい場合であっても、Ｓ／Ｎ比の悪化を軽減させることができる。
【００３３】
コンプレッサ１０１１によって圧縮される入力信号の圧縮比率は、入力信号レベルの実効値に依存するため、入力信号の実効値を効率良く算出することで、信号処理の負荷を軽減しつつ、より効果的な信号の圧縮をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る信号処理装置および信号処理方法を用いて実効値を算出し、マイクロホンからの入力レベルを自動的に制御するＡＧＣ（Automatic Gain Control）に適用することで、当該信号処理に係る装置の演算負荷を下げつつ、精度よく実効値を算出することでき消費電力の削減に好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１    ＤＳＰ
１０  絶対値演算部
２０  リングバッファメモリ
３０  累積加算部
４０  除算部
５０  出力部
【図１】
2011141770.tif 000006
【図２】
2011141770.tif 000007
【図３】
2011141770.tif 000008
【図４】
2011141770.tif 000009