專利名稱：無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器及理想等化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種均衡器(Equalizer)及相關(guān)方法，尤其涉及一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器及理想等化方法。

背景技術(shù)：
由于視聽系統(tǒng)，例如音響系統(tǒng)與電視系統(tǒng)的快速發(fā)展，均衡器是相關(guān)技術(shù)研發(fā)人員想要開發(fā)的重要組件，但是質(zhì)量的高低差異很大。
請參照圖1，它是窗口操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序WINAMP的擷取圖，以說明均衡器的應(yīng)用例。應(yīng)用程序WINAMP為窗口操作系統(tǒng)中常見的音效控制應(yīng)用程序，包含許多操作鈕，主要標(biāo)示出均衡器100、音量控制102及左右聲道平衡104，本專利申請案欲探討均衡器100組件，于圖1中，均衡器100置于0分貝(db)處，0分貝代表均衡器100未對音訊作特別調(diào)整。因為均衡器100置于0分貝處，未對音訊作特別調(diào)整，故于0分貝處呈絕對平坦的頻率響應(yīng)。另外，可以看到此均衡器100可以分別對60、170、310、600、1K、3K、6K、12K、14K、16K赫茲等十個頻帶調(diào)整的均衡器100。
如圖2所示，它是窗口操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序WINAMP的擷取圖，其中顯示均衡器200置于+12分貝(db)處的示意圖。圖3是對應(yīng)于圖3的+12分貝的均衡器200的理想的平坦頻率響應(yīng)圖，熟知此技藝的人士可以了解，于習(xí)知技藝中，要達成此理想的平坦頻率響應(yīng)要付出高成本的硬件代價。
或者，習(xí)知技藝多會采用低成本的均衡器解決方案，為均衡器200粗略選擇對應(yīng)十個頻帶的帶通濾波器(bandpass filter)，此等帶通濾波器藉由設(shè)計工具MATLAB粗略的選擇，雖然成本低廉，但是最后的質(zhì)量卻十分粗糙，其頻率響應(yīng)高低十分不平整，完全無法達到平坦的頻率響應(yīng)，嚴(yán)重扭曲視聽訊號的質(zhì)量，而人對于此視聽質(zhì)量又十分的敏感。為了方便說明起見，請參見圖4具有兩個頻帶的均衡器頻率響應(yīng)為例子，具有兩個中心頻率f1、f2，并以音頻訊號24K的頻寬當(dāng)作配合進行說明，習(xí)知技藝的人士藉由設(shè)計工具MATLAB選擇以兩個中心頻率f1、f2為中心頻率的兩個粗略的帶通濾波器BPA、BPB，雖然可以簡單的電路架構(gòu)實現(xiàn)所謂兩個頻帶的均衡器設(shè)計，但是可以輕易地察覺出當(dāng)此均衡器皆置于+12分貝的增幅響應(yīng)時，其整體的頻率響應(yīng)卻只有在中心頻率處有達到標(biāo)準(zhǔn)，其它頻率皆十分不平整，而且在頻帶交越處，更有嚴(yán)重的交越失真，因此經(jīng)此均衡器等化調(diào)整的音頻訊號也嚴(yán)重扭曲。
另一方面，如前所述，熟知此技藝的人士可以了解，于習(xí)知技藝中，要達成高質(zhì)量的平坦頻率響應(yīng)，需要付出高成本的硬件代價。要達成理想的平坦頻率響應(yīng)，習(xí)知技藝必須于電路設(shè)計當(dāng)中利用逆傅立葉轉(zhuǎn)換(inverse Fourier transform)，于時間域設(shè)置復(fù)雜的電路，并搭配高效能的32位微處理器，例如知名的ARM、MIPS等高效能微處理器運作，熟知此技藝的人士皆了解此等高效能微處理器價格高昂，而且此等解決方案也嚴(yán)重浪費微處理器的硬件資源。
因此，如何改進上述缺失，設(shè)計低成本、高質(zhì)量的均衡器為本發(fā)明最主要的目的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，它不但可以達成高質(zhì)量的平坦頻率響應(yīng)，而且可以降低成本。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，它包括N個無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以接收一輸入訊號；N個增益調(diào)整，分別耦接于該些無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出；以及一加法器，用以加總該些增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生一理想的等化輸出訊號，其中，N為大于2的正整數(shù)。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，它也可以達成高質(zhì)量的平坦頻率響應(yīng)，而且可以降低成本。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，它包括一樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以接收一輸入訊號并產(chǎn)生N個輸出；N個增益調(diào)整，耦接于該樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出；以及一加法器，用以加總所述增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生一理想的等化輸出訊號，其中，N為大于2的正整數(shù)。
本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，它可以在實現(xiàn)高質(zhì)量的平坦頻率響應(yīng)的同時，降低了成本。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，它包括接收一輸入訊號；以及利用無限脈沖響應(yīng)濾波對該輸入訊號進行N頻帶等化處理，以產(chǎn)生一理想等化輸出訊號，其中，N為大于2的正整數(shù)。
因為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的理想均衡器包括用以接收輸入訊號的N個無限脈沖響應(yīng)濾波器SB1(f)~SBN(f)、耦接于無限脈沖響應(yīng)濾波器的N個增益調(diào)整及一加法器，N個增益調(diào)整產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出，加法器加總該些增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生理想的等化輸出訊號，較佳地，N為大于2的正整數(shù)。增益調(diào)整用以對輸入訊號進行N頻帶的等化調(diào)整，當(dāng)增益調(diào)整系實質(zhì)相等時，理想均衡器具有實質(zhì)平坦的頻率響應(yīng)。該結(jié)構(gòu)不需要復(fù)雜的電路即可實現(xiàn)高質(zhì)量的平坦頻率響應(yīng)，同時也降低了成本。



下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
圖1是窗口操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序WINAMP的擷取圖； 圖2是窗口操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序WINAMP的擷取圖； 圖3是對應(yīng)于圖2中+12分貝的均衡200的理想的平坦頻率響應(yīng)圖； 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中兩個頻帶的均衡器頻率響應(yīng)； 圖5、6是根據(jù)本發(fā)明的具體實施例三頻帶理想均衡器的頻域電路方塊圖； 圖7是對應(yīng)于圖5中第一帶濾波器、第二帶濾波器及第三帶濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)的頻率響應(yīng)示意圖； 圖8是將圖7中增益g1、g2、g3皆置于+12db的頻率響應(yīng)示意圖； 圖9、10是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例五頻帶理想均衡器500的頻域電路方塊圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的簡化的N頻帶的樹狀結(jié)構(gòu)理想均衡器； 圖12是根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的簡化的N頻帶的樹狀結(jié)構(gòu)理想均衡器； 圖13、14是互補的高、低通濾波器電路方塊圖； 圖15是根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的N頻帶理想等化方法流程圖。
主要組件符號說明
100、200均衡器102音量控制 104左右聲道平衡 400、500理想均衡器410、420、430濾波器 440、442、446增益g1、g2、g3 450、550加法器 510、512、514、516、518濾波器 520、522、524、526、528增益g1、g2、g3、g4、g5 610、620、630、640高、低通濾波器對
具體實施例方式 集成電路設(shè)計(IC design)中，MATLAB是常用的設(shè)計工具，如前所述，習(xí)知技藝的人士無法單單利用MATLAB工具設(shè)計出高質(zhì)量的均衡器，MATLAB工具只能提供簡單的低通、帶通、高通、全通濾波器。舉例而言，熟知此技藝的人士可以了解要設(shè)計出高質(zhì)量的帶通濾波器，所謂高Q值的帶通濾波器，需要付出相對的硬件復(fù)雜度的代價。本發(fā)明欲利用MATLAB工具產(chǎn)生低成本、高質(zhì)量的理想頻率響應(yīng)均衡器，應(yīng)注意到，在本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容發(fā)表之前，并無先前技藝可以兼顧低成本、高質(zhì)量雙重目的。
本發(fā)明的新思維的出發(fā)點在于MATLAB工具中提供一項設(shè)計功能，當(dāng)于MATLAB工具中設(shè)計了一個低通濾波器后，其頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)(transfer function)為LP(f)，MATLAB工具可以對應(yīng)產(chǎn)生一個互補的高通濾波器，其頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)為HP(f)，使得整體的頻率響應(yīng)為理想的平坦頻率響應(yīng)的全通濾波器，其頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)為AP(f)，反之亦然，可表示為 LP(f)+HP(f)＝AP(f)； 應(yīng)注意到，即使說明了此關(guān)鍵的思考出發(fā)點，熟知此技藝的人士仍無法立即思考反應(yīng)出如何達成不利用高效能微處理器及/或逆傅立葉轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)高質(zhì)量理想的均衡器；尤其當(dāng)要設(shè)計出很多個調(diào)整頻帶，例如前述的十個調(diào)整頻帶，對熟知此技藝的人士而言更非顯而易見；欲設(shè)計出低成本、高質(zhì)量的理想頻率響應(yīng)均衡器需要突破性的新思維。
如圖5所示，它是根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的三頻帶理想均衡器400的頻域電路方塊圖，包含第一帶濾波器410、第二帶濾波器420及第三帶濾波器430，其頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)分別為SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)，其可調(diào)增益分別為g1、g2、g3(標(biāo)號440、442、446)，以三頻帶均衡器為例子方便說明。欲實現(xiàn)整體的頻率響應(yīng)為理想平坦頻率響應(yīng)的均衡器400，其最終頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)為APP(f)，即 SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝APP(f)…………(式一) 如圖7所示，它是對應(yīng)于圖5中第一帶濾波器410、第二帶濾波器420及第三帶濾波器430的轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)的頻率響應(yīng)示意圖，本實施例希望找到適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)，分別為低通濾波器、帶通濾波器及高通濾波器，以最終合成為具有頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)為APP(f)的全通濾波器。藉由各頻帶調(diào)整增益g1、g2、g3(標(biāo)號440、442、446)，達成均衡器400的各頻帶的增益調(diào)整，產(chǎn)生增益調(diào)整訊號，并經(jīng)由加法器450加總產(chǎn)生理想等化輸出，即 等化輸出訊號＝SB1(f)*g1+SB2(f)*g2+SB3(f)*g3 首先假設(shè)要找到的三個濾波器為SB1’(f)、SB2’(f)、SB3’(f)，并假設(shè)SB1’(f)應(yīng)為一種低通濾波器LP1(f)，SB3’(f)應(yīng)為一種高通濾波器HP2(f)，藉由MATLAB工具可以提供互補的HP1(f)與LP2(f)，以產(chǎn)生理想全通濾波器AP1(f)與AP2(f)，其關(guān)系如下 SB1’(f)＝LP1(f) …………(式二) SB3’(f)＝HP2(f) ……………(式三) LP1(f)+HP1(f)＝AP1(f) …………(式四) LP2(f)+HP2(f)＝AP2(f) ……………(式五) 最終希望實現(xiàn)(式一)的結(jié)果，SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)最終要相加起來，并利用(式四)、(式五)這兩個可以利用MATLAB找到的濾波器，達到以下全通濾波器的結(jié)果 SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝APP(f)＝AP1(f)*AP2(f) ……(式六) 接著要調(diào)整三個轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1’(f)、SB2’(f)、SB3’(f)以找到正確的轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)。(式二)、(式三)將來希望相加，將(式三)乘上HP1(f)這個因子，讓(式二)、(式三)兩者有關(guān)系，因此調(diào)整(式三)而指定轉(zhuǎn)換函數(shù)SB3(f)為 SB3(f)＝HP2(f)*HP1(f) …………………(式七) 應(yīng)注意到，(式七)中SB3(f)為HP2(f)*HP1(f)，兩個高通濾波器相乘仍然為高通濾波器。
此時SB2(f)完全有設(shè)計的彈性，為了達成SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)三者相加為全通濾波器，可以指定SB2(f)的帶通轉(zhuǎn)換特性，具有剛剛為SB3(f)加入的共同的HP1(f)因子以及互補濾波器LP2(f)，使其與SB3(f)產(chǎn)生關(guān)系，指定SB2(f)如下 SB2(f)＝LP2(f)*HP1(f) ……………………(式八) 應(yīng)注意到，當(dāng)SB2(f)、SB3(f)相加，以共同的HP1(f)因子為媒介，提出化簡后，造成HP2(f)、LP2(f)兩個互補濾波器相加，而產(chǎn)生第一個全通濾波器AP2(f)，參考(式七)、(式八)，列式化簡如下 SB2(f)+SB3(f)＝LP2(f)*HP1(f)+HP2(f)*HP1(f) ＝HP1(f)*(LP2(f)+HP2(f))＝HP1(f)*AP2(f) ……………(式九) 應(yīng)注意到，上式在SB2(f)、SB3(f)相加后，仍留有特別置入的HP1(f)因子，另一方面，(式八)中指定SB2(f)為LP2(f)*HP1(f)，在頻域電路中相乘的關(guān)系代表串接(cascade)，而熟知濾波器設(shè)計的人士可以了解到，低通濾波器LP2(f)與高通濾波器HP1(f)串接，正代表一個帶通濾波器，亦即SB2(f)。
最后觀察(式二)，希望調(diào)整(式二)，使其與(式九)能夠整合HP1(f)、LP1(1)兩個元素，因此將(式二)置入AP2(f)因子，故最終要設(shè)計的濾波器SB1(f)為 SB1(f)＝LP1(f)*AP2(f)……………………(式十) 利用(式九)與(式十)驗證SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)三者整體的頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù) SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝SB1(f)+HP1(f)*AP2(f) ＝LP1(f)*AP2(f)+HP1(f)*AP2(f) ＝(LP1(f)+HP1(f))*AP2(f) ＝AP1(f)*AP2(f)＝APP(f) 應(yīng)注意到，(式十)中指定SB1(f)為LP1(f)*AP2(f)，低通濾波器LP1(f)與全通濾波器AP2(f)串接后，仍代表一個低通濾波器。
(式七)、(式八)、(式十)分別展現(xiàn)所要設(shè)計的濾波器的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)，分別代表低通濾波器、帶通濾波器與高通濾波器，使得最終整合的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)為全通濾波器APP(f)。
如圖6所示，它是將(式七)、(式八)、(式十)的濾波器電路套入圖5中的實施例，藉由調(diào)整增益g1、g2、g3(標(biāo)號440、442、446)，達成均衡器400的各頻帶的增益調(diào)整，產(chǎn)生增益調(diào)整訊號，并經(jīng)由加法器450加總產(chǎn)生理想等化輸出 等化輸出＝SB1(f)*g1+SB2(f)*g2+SB3(f)*g3 當(dāng)增益g1、g2、g3相等時，理想均衡器400的整體頻率響應(yīng)呈現(xiàn)實質(zhì)的平坦表現(xiàn)，應(yīng)注意到，圖6所顯示的高質(zhì)量均衡器架構(gòu)，可以利用簡單的無限脈沖響應(yīng)(infinitive impulse response，IIR)濾波器電路或者對應(yīng)的軟件運算予以實現(xiàn)，完全無須高效能的微處理器及/或復(fù)雜的逆傅利葉轉(zhuǎn)換等相關(guān)電路。圖8是將圖6中增益g1、g2、g3皆置于+12db的頻率響應(yīng)示意圖。應(yīng)注意到，習(xí)知技藝對應(yīng)于三頻帶均衡器的低成本解決方案系直覺地以兩個粗糙的帶通濾波器予以實現(xiàn)。
于圖5電路架構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，可以找到另一組第一帶濾波器410、第二帶濾波器420及第三帶濾波器430的轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)，符合圖5中電路架構(gòu)，只要能符合(式六)的結(jié)果 SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)＝APP(f)＝AP1(f)*AP2(f) 而(式四)、(式五)為有關(guān)AP1(f)、AP2(f)的關(guān)系式。
舉例而言，可以找到SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)分別如下 SB1(f)＝LP1(f)*LP2(f) SB2(f)＝LP2(f)*HP1(f) SB3(f)＝HP2(f)*AP1(f) 舉例而言，AP1(f)、AP2(f)為一階全通濾波器，LP1(f)、LP2(f)為二階低通濾波器、HP1(f)、HP2(f)為二階高通濾波器，熟知此技藝的人士可以明了，濾波器階數(shù)的差異在于系數(shù)項目的多寡，與電路或運算復(fù)雜度有關(guān)；舉例而言，一階濾波器可以三個系數(shù)項目運算表示，而二階濾波器可以五個系數(shù)項目運算表示。
如圖9所示，它是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例五頻帶理想均衡器500的頻域電路方塊圖。為清楚說明起見，此實施例所使用的符號代號將延續(xù)前面的符號使用習(xí)慣，以方便了解，但與前面實施例所代表內(nèi)容無關(guān)，因此以下的符號命名與運用，系為全新的變量。于此實施例中，想要找到對應(yīng)五個頻帶適合的濾波器SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510、512、514、516、518)，具有對應(yīng)五個增益g1、g2、g3、g4、g5(標(biāo)號520、522、524、526、528)，產(chǎn)生增益調(diào)整訊號，并經(jīng)由加法器550加總產(chǎn)生理想等化輸出，達成均衡器500的各頻帶的增益調(diào)整 等化輸出＝SB1(f)*g1+SB2(f)*g2+SB3(f)*g3+SB4(f)*g4+SB5(f)*g5 使得在五個增益相等時，理想均衡器500的頻率響應(yīng)為實質(zhì)平坦，即全通濾波器，濾波器SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)應(yīng)符合以下關(guān)系 SB1(f)+SB2(f)+SB3(f)+SB4(f)+SB5(f)＝APP(f) ＝AP1(f)*AP2(f)*AP3(f)*AP4(f)……………(式十一) AP1(f)、AP2(f)、AP3(f)、AP4(f)代表四個全通濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)，四者相乘仍然代表一全通濾波器APP(f)，利用MATLAB工具可以設(shè)計產(chǎn)生互補的低通濾波器及高通濾波器，其關(guān)系如下。
LP1(f)+HP1(f)＝AP1(f) LP2(f)+HP2(f)＝AP2(f) LP3(f)+HP3(f)＝AP3(f) LP4(f)+HP4(f)＝AP4(f) 可以找到SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)如下 SB1(f)＝LP1(f)*AP4(f)*AP3(f)*AP2(f) SB2(f)＝AP4(f)*AP3(f)*LP2(f)*HP1(f) SB3(f)＝AP4(f)*LP3(f)*HP2(f)*HP1(f) SB4(f)＝LP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*HP1(f) SB5(f)＝HP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*HP1(f) 使得SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)符合(式十一)?？梢宰⒁獾剑琒B1(f)為低通濾波器與全通濾波器相乘，串接后為低通濾波器；SB5(f)為四個高通濾波器相乘，相乘后仍為高通濾波器。
于圖9中，可以找到另一組SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)如下 SB1(f)＝LP1(f)*LP2(f)*LP3(f)*LP4(f) SB2(f)＝HP1(f)*LP2(f)*LP3(f)*LP4(f) SB3(f)＝AP1(f)*HP2(f)*LP3(f)*LP4(f) SB4(f)＝AP1(f)*AP2(f)*HP3(f)*LP4(f) SB5(f)＝HP4(f)*AP1(f)*AP2(f)*AP3(f) 使得SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)符合(式十一)。可以注意到，SB1(f)為四個低通濾波器相乘，串接后為低通濾波器；SB5(f)為高通濾波器與全通濾波器相乘，相乘后仍為高通濾波器。
于圖9中，可以找到再一組SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)如下 SB1(f)＝LP1(f)*LP2(f)*AP4(f)*AP3(f) SB2(f)＝AP4(f)*AP3(f)*LP2(f)*HP1(f) SB3(f)＝AP4(f)*LP3(f)*HP2(f)*AP1(f) SB4(f)＝LP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*AP1(f) SB5(f)＝HP4(f)*HP3(f)*HP2(f)*AP1(f) 將以上SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)分開兩次相加 SB1(f)+SB2(f)＝AP4(f)*AP3(f)*LP2(f)*AP1(f) SB3(f)+SB4(f)+SB5(f)＝AP4(f)*AP3(f)*HP2(f)*AP1(f) 可以發(fā)現(xiàn)最后SB1(f)、SB2(f)、SB3(f)、SB4(f)、SB5(f)(標(biāo)號510~518)全部相加仍符合(式十一)?？梢宰⒁獾?，SB1(f)為低通濾波器與全通濾波器相乘，串接后為低通濾波器；SB5(f)為高通濾波器與全通濾波器相乘，相乘后仍為高通濾波器。
此組濾波器進一步簡化前面兩組濾波器的電路或運算復(fù)雜度，但其皆符合(式十一)。舉例而言，AP1(f)、AP2(f)、AP3(f)、AP4(f)、AP5(f)為一階全通濾波器，LP1(f)、LP2(f)、LP3(f)、LP4(f)、LP5(f)為二階低通濾波器，HP1(f)、HP2(f)、HP3(f)、HP4(f)、HP5(f)為二階高通濾波器，濾波器階數(shù)的差異在于系數(shù)項目的多寡，與電路或運算復(fù)雜度有關(guān)；舉例而言，一階濾波器可以三個系數(shù)項目運算表示，而二階濾波器可以五個系數(shù)項目運算表示，因此，此組濾波器系進一步簡化前面兩組濾波器的電路或運算復(fù)雜度。
如圖10所示，它是將最后一組濾波器套入圖9的五頻帶均衡器的頻域電路方塊圖。增益g1、g2、g3、g4、g5(標(biāo)號520~528)相等時，均衡器的整體頻率響應(yīng)呈現(xiàn)實質(zhì)的平坦表現(xiàn)，應(yīng)注意到，以上具體實施例可以利用簡單的無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器電路或者對應(yīng)的軟件運算予以實現(xiàn)，完全無須高效能的微處理器及/或復(fù)雜的逆傅利葉轉(zhuǎn)換等相關(guān)電路，顯然是低成本、高效能均衡器設(shè)計的一大突破。
如圖11所示，它是將圖10的頻域電路進一步簡化的電路方塊圖，其將圖10中頻域電路共同的濾波器共享，而產(chǎn)生N頻帶的樹狀結(jié)構(gòu)理想均衡器。詳而言之，圖10中上面兩道濾波路徑包含AP3(f)、AP4(f)、LP2(f)三個共同濾波器可以共享；圖11中下方三道濾波路徑共同包含AP1(f)、HP2(f)兩個共同濾波器，然后再共享濾波器HP3(f)，故可簡化成圖12的N頻帶的樹狀結(jié)構(gòu)理想均衡器。
如圖12所示，它是將圖11的N頻帶的樹狀結(jié)構(gòu)理想均衡器經(jīng)過進一步先后順序的排列配對，產(chǎn)生四個高、低通濾波器對610、620、630、640，接著欲揭示說明圖11的N頻帶的樹狀結(jié)構(gòu)理想均衡器可以進一步被簡化。
如圖13所示，它是高、低通濾波器對LPn(f)、HPn(f)的電路方塊圖。前面有敘述MATLAB工具可以找出高、低通濾波器對LPn(f)、HPn(f)符合 LPn(f)+HPn(f)＝APn(f)………………(式十二) 較佳地，經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計選擇低通濾波器LPn(f)，MATLAB工具可以產(chǎn)生兩個較低階的IIR全通濾波器APna(f)、APnb(f)，使得 LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2 ………………(式十三) 令 HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2 ……………(式十四) 故(式十三)、(式十四)的高、低通濾波器對LPn(f)、HPn(f)可以滿足(式十二)，產(chǎn)生全通頻率響應(yīng)，應(yīng)注意到，IIR全通濾波器APna(f)、APnb(f)的階數(shù)較低，使得硬件結(jié)構(gòu)可以更簡單。如圖14所示，它是利用(式十三)、(式十四)實現(xiàn)高、低通濾波器對LPn(f)、HPn(f)的電路方塊圖，其中APna(f)、APnb(f)的階數(shù)較LPn(f)、HPn(f)低，舉例而言，三階的高、低通濾波器對LPn(f)、HPn(f)可以利用一階、二階的IIR全通濾波器APna(f)、APnb(f)實現(xiàn)。據(jù)此，圖12的四個高、低通濾波器對610、620、630、640可以利用圖14的較低階IIR全通濾波器實施簡化。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例的N頻帶理想等化方法流程圖，流程于步驟700開始，于步驟710，首先接收輸入訊號，較佳地為音頻訊號或視訊訊號；于步驟720，利用無限脈沖響應(yīng)濾波對該輸入訊號進行N頻帶理想等化，可以利用N-1組互補的無限脈沖響應(yīng)(IIR)的高通濾波器、低通濾波器及全通濾波器對輸入訊號進行N頻帶的理想等化處理，于相同增益下可以產(chǎn)生實質(zhì)平坦均勻的頻率響應(yīng)。為清楚說明起見，此實施例所使用的符號代號將延續(xù)前面的符號使用習(xí)慣，以方便了解，但與前面實施例所代表內(nèi)容無關(guān)，因此以下的符號命名與運用，系為全新的變量。舉例而言，將該N-1組高通濾波器、低通濾波器及全通濾波器的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)分別標(biāo)示為HP1(f)~HPN-1(f)、LP1(f)~LPN-1(f)以及AP1(f)~APN-1(f)，其互補特性可以滿足 LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 其中，1≤n≤N-1，其可以藉由利用MATLAB工具設(shè)計產(chǎn)生互補的高通濾波器、低通濾波器及全通濾波器，較佳地，N為大于2的正整數(shù)，高通濾波器HP1(f)~HPN-1(f)為二階IIR高通濾波器，低通濾波器LP1(f)~LPN-1(f)為二階IIR低通濾波器，全通濾波器AP1(f)~APN-1(f)為一階IIR低通濾波器?？梢赃x擇對應(yīng)N頻帶的N個濾波器，其轉(zhuǎn)換函數(shù)分別為SB1(f)~SBN(f)，其符合以下關(guān)系 其中，SB1(f)為低通濾波器，SB2(f)~SBN-1(f)為帶通濾波器，而SBN(f)為高通濾波器，舉例而言，可以選擇SB1(f)為

或者選擇SBN(f)為

或者選擇SB1(f)為

或者選擇SBN(f)為

較佳地，SB1(f)~SBN(f)中的共同輸入的互補高、低通濾波器對可以利用圖14的較低階IIR全通濾波器實施電路簡化。
N頻帶的N個濾波器SB1(f)~SBN(f)可以分別配合增益g1~gN進行各頻帶的等化調(diào)整。故本N頻帶理想等化方法可以利用簡單的IIR濾波器實現(xiàn)高表現(xiàn)的等化調(diào)整，當(dāng)增益g1~gN相等時，均衡器的整體頻率響應(yīng)呈現(xiàn)實質(zhì)的平坦表現(xiàn)，應(yīng)注意到，本流程可以無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器電路或者對應(yīng)的軟件運算予以實現(xiàn)，而無須高效能的微處理器及/或復(fù)雜的逆傅利葉轉(zhuǎn)換等相關(guān)電路。
綜上所述，本發(fā)明揭示一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，包括用以接收輸入訊號的N個無限脈沖響應(yīng)濾波器SB1(f)~SBN(f)、耦接于無限脈沖響應(yīng)濾波器的N個增益調(diào)整及一加法器，N個增益調(diào)整產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出，加法器加總該些增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生理想的等化輸出訊號，較佳地，N為大于2的正整數(shù)。增益調(diào)整用以對輸入訊號進行N頻帶的等化調(diào)整，當(dāng)增益調(diào)整系實質(zhì)相等時，理想均衡器具有實質(zhì)平坦的頻率響應(yīng)。無限脈沖響應(yīng)濾波器的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)~SBN(f)符合以下關(guān)系 LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 其中，APn(f)、LPn(f)、HPn(f)分別為無限脈沖響應(yīng)全通濾波器、低通濾波器、高通濾波器，1≤n≤N-1，n為整數(shù)。使得無限脈沖響應(yīng)濾波器SB1(f)~SBN(f)中，第1個濾波器SB1(f)為低通濾波器，第N個濾波器SBN(f)為高通濾波器，且其余濾波器皆為帶通濾波器。較佳地，各無限脈沖響應(yīng)濾波器SB1(f)~SBN(f)系分別自LPn(f)、HPn(f)、APn(f)濾波器所組成的群組選擇出N-1個濾波器串接(cascade)而成，舉例而言，濾波器SB1(f)的轉(zhuǎn)換函數(shù)系為

SB1(f)~SBN(f)可以簡化為樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，較佳地，SB1(f)~SBN(f)中的共同輸入的互補高、低通濾波器對可以利用圖14的較低階IIR全通濾波器實施電路簡化。
本發(fā)明亦揭示一種無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，包括樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以接收輸入訊號并產(chǎn)生N個輸出，分別具有N個頻帶的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)~SBN(f)；N個增益調(diào)整，耦接于樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出；以及加法器，用以加總增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生理想的等化輸出訊號，其中，N為大于2的正整數(shù)，符合以下關(guān)系 其中，APn(f)為無限脈沖響應(yīng)全通濾波器，1≤n≤N-1，n為整數(shù)， LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 其中，LPn(f)為無限脈沖響應(yīng)低通濾波器且HPn(f)為無限脈沖響應(yīng)高通濾波器。其中樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器包含復(fù)數(shù)個具有共同輸入的互補高、低通濾波器，其系利用較低階的無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，使得 LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2 HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2 其中，1≤n≤N-1，APna(f)、APnb(f)皆為無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明亦揭示一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，包括接收音頻或視頻輸入訊號；以及利用無限脈沖響應(yīng)濾波對輸入訊號進行N頻帶等化處理，以產(chǎn)生理想等化輸出訊號，其中，N為大于2的正整數(shù)。舉例而言，可以利用N-1組無限脈沖響應(yīng)的高通濾波器、低通濾波器及全通濾波器適當(dāng)?shù)剡x擇串接，以對輸入訊號進行N頻帶的理想等化，而各組濾波器的高通濾波器及低通濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)加總系為其全通濾波器的轉(zhuǎn)換函數(shù)。等化步驟系可對輸入訊號分別于N頻帶進行增益調(diào)整，當(dāng)N頻帶的增益調(diào)整系實質(zhì)相等時，理想等化輸出訊號具有實質(zhì)平坦的頻率響應(yīng)。假設(shè)N頻帶的濾波的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)分別為SB1(f)~SBN(f)，其符合以下關(guān)系 LPn(f)+HPn(f)＝APn(f) 其中，APn(f)、LPn(f)、HPn(f)分別為無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)、低通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)、高通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)，1≤n≤N-1，n為整數(shù)。轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)~SBN(f)系分別自LPn(f)、HPn(f)、APn(f)濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)所組成的群組選擇出N-1個濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)串接而成，SB1(f)為低通轉(zhuǎn)換函數(shù)，SBN(f)為高通轉(zhuǎn)換函數(shù)，且其余皆為帶通轉(zhuǎn)換函數(shù)，舉例而言，濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)可選擇為

或者SBN(f)可選擇為

較佳地，轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)~SBN(f)可以簡化為樹狀結(jié)構(gòu)，更進一步，SB1(f)~SBN(f)中的共同輸入的互補高、低通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)對可以利用(式十三)、(式十四)的較低階IIR全通濾波器實施電路簡化。
權(quán)利要求
1.一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，它包括
N個無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以接收一輸入訊號；
N個增益調(diào)整，分別耦接于該些無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出；以及
一加法器，用以加總該些增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生一理想的等化輸出訊號，
其中，N為大于2的正整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，其中所述增益調(diào)整可以對輸入訊號進行N頻帶的等化調(diào)整。
3.如權(quán)利要求1所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，當(dāng)所述增益調(diào)整系實質(zhì)相等時，所述理想均衡器具有一實質(zhì)平坦的頻率響應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，所述無限脈沖響應(yīng)濾波器依頻帶低至高分別為第N個濾波器，而該第1個濾波器為一低通濾波器，該第N個濾波器為一高通濾波器，且其余濾波器皆為帶通濾波器。
5.如權(quán)利要求1所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，所述無限脈沖響應(yīng)濾波器的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)分別為SB1(f)~SBN(f)，其符合以下關(guān)系
其中，APn(f)為無限脈沖響應(yīng)全通濾波器，1≤n≤N-1，n為整數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，其中該些全通濾波器APn(f)，1≤n≤N-1，符合以下關(guān)系
LPn(f)+HPn(f)＝APn(f)
其中，LPn(f)為無限脈沖響應(yīng)低通濾波器且HPn(f)為無限脈沖響應(yīng)高通濾波器。
7.一種無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，它包括
一樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以接收一輸入訊號并產(chǎn)生N個輸出；
N個增益調(diào)整，耦接于該樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器，用以產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出；以及
一加法器，用以加總所述增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生一理想的等化輸出訊號，
其中，N為大于2的正整數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，所述樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器所產(chǎn)生的N個輸出分別具有N個頻帶的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)~SBN(f)，其符合以下關(guān)系
其中，APn(f)為無限脈沖響應(yīng)全通濾波器，1≤n≤N-1，n為整數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，所述全通濾波器APn(f)，1≤n≤N-1，符合以下關(guān)系
LPn(f)+HPn(f)＝APn(f)
其中，LPn(f)為無限脈沖響應(yīng)低通濾波器且HPn(f)為無限脈沖響應(yīng)高通濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器，其特征在于，所述樹狀結(jié)構(gòu)的無限脈沖響應(yīng)濾波器包含復(fù)數(shù)個具有共同輸入的互補高、低通濾波器，其系利用較低階的無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，使得
LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2
HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2
其中，1≤n≤N-1，APna(f)、APnb(f)皆為無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換器。
11.一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，其特征在于，它包括
接收一輸入訊號；以及
利用無限脈沖響應(yīng)濾波對該輸入訊號進行N頻帶等化處理，以產(chǎn)生一理想等化輸出訊號，
其中，N為大于2的正整數(shù)。
12.如權(quán)利要求11利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，其特征在于，所述N頻帶的濾波的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)分別為SB1(f)~SBN(f)，其符合以下關(guān)系
LPn(f)+HPn(f)＝APn(f)
其中，APn(f)為無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)，LPn(f)為無限脈沖響應(yīng)低通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)且HPn(f)為無限脈沖響應(yīng)高通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)，1≤n≤N-1，n為整數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，其特征在于，所述N頻帶的濾波的頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)SB1(f)~SBN(f)可以共同實施為一樹狀結(jié)構(gòu)的串接濾波器。
14.如權(quán)利要求13所述的利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想等化方法，其特征在于，所述樹狀結(jié)構(gòu)的串接濾波器包含復(fù)數(shù)個具有共同輸入的互補高、低通濾波函數(shù)對LPn(f)、HPn(f)，其是利用較低階的無限脈沖響應(yīng)全通濾波轉(zhuǎn)換函數(shù)APna(f)、APnb(f)實現(xiàn)，使得
LPn(f)＝(APna(f)+APnb(f))/2
HPn(f)＝(APna(f)-APnb(f))/2
其中，1≤n≤N-1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用無限脈沖響應(yīng)濾波的理想均衡器及理想等化方法，理想均衡器包括用以接收輸入訊號之N個無限脈沖響應(yīng)濾波器SB1(f)～SBN(f)、耦接于無限脈沖響應(yīng)濾波器之N個增益調(diào)整及一加法器，N個增益調(diào)整產(chǎn)生N個增益調(diào)整輸出，加法器加總該些增益調(diào)整輸出，以產(chǎn)生理想之等化輸出訊號，N大于2。增益調(diào)整用以對輸入訊號進行N頻帶之等化調(diào)整，當(dāng)增益調(diào)整系實質(zhì)相等時，無限脈沖響應(yīng)濾波之理想均衡器具有實質(zhì)平坦之頻率響應(yīng)。
文檔編號H03G5/16GK101174819SQ20061014630
公開日2008年5月7日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者陳宏坤, 陳伯如, 張志仁 申請人:晨星半導(dǎo)體股份有限公司