专利名称：均衡器系统以及滤波方法
技术领域：
本发明有关于一种均衡器(equalizer)，特别有关于一种音频图形均衡器 (audio graphic equalizer)系统以及滤波方法。
背景技术：
图形均衡器通常包含存在于与频谱交错的频带(band)中的多个带通滤波 功能。在图形均衡器处理音频信号时，频谱从大致20HZ的低端延伸到大致 20000HZ的高端。频谱包含普通人的听力范围。图形均衡器通常将频带分成 了具有中心频率(center frequencies)以及边界频率(boundary frequencies)的多 个频带。对于每个频带来说，图形均衡器将根据使用者的输入来加强信号或 是将信号截止。通过选择性地变化频带中音频信号的强度，图形均衡器便可 用以减少噪声成分，补偿听觉上的缺陷，并可以对信号进行使用者参数的补 偿。听觉上的缺陷包含非理想状况的室内听觉，放大器，麦克风(micmphone) 以及音乐复制设备例如录音机和音频磁带播放器等。
然而，图形均衡器的滤波特性通常会歪曲由使用者提供的希望的控制参 数，使得图形均衡器的滤波功能不能准确表现所需要的控制参数。同时，每 个带通滤波器(band pass filter,以下简称带通滤波器)不仅会使其频带中的信 号产生变化，而且会使其邻近频带的信号也产生变化。由于带通滤波器的相 邻频带间的影响，则所有频带的特性均受到影响。带通滤波器的相邻频带间 的影响通常被称作频带耦合(band coupling)。频带耦合通常导致在特定频带中 的滤波器特性与使用者的输入设定相比大大扩大或是降低，得到的频率响应 不是所需要的，而是被歪曲了的。
发明内容
本发明在于提供一种滤波方法以及均衡器系统，使得图形均衡器的滤波 功能可以准确的表现所需要的控制参数。
本发明提供一种滤波方法，用以对输入信号进行滤波以产生滤波后信号，
该方法包含接收多个增益设定；以及利用滤波器系统响应增益设定对输入信 号进行滤波以提供滤波后信号，其中滤波器系统包含具有第一传递函数的至 少一个高频搁架式滤波器以及具有第二传递函数的至少一个低频搁架式滤波 器，并且第一传递函数的倒数等于第二传递函数。
本发明还提供一种均衡器系统，包含增益调整器，用以提供多个增益设 定；以及滤波器系统，耦接至增益调整器，响应增益设定对输入信号进行滤 波以输出滤波后信号，滤波器系统包含具有第一传递函数的至少一个高频搁 架式滤波器；以及具有第二传递函数的至少一个低频搁架式滤波器；其中第 一传递函数的倒数等于第二传递函数。
因此，本发明可以在滤波后准确的表现所需要的控制参数。除此之外还 能提高系统的能效。
图1为根据本发明实施例的均衡器系统的示意图。 图2为本发明滤波器系统的第一实施例的示意图。
图3为图2中被高频搁架式滤波器串接的低频搁架式滤波器的频率响应 的示意图。
图4为本发明滤波器系统的第二实施例的示意图。
图5为图4中被低频搁架式滤波器串接的高频搁架式滤波器的频率响应 示意图。
图6为本发明滤波器系统的第三实施例的示意图。
图7为图6中被带通滤波器串接的低频搁架式滤波器的频率响应示意图。
图8为本发明滤波器系统的第四实施例的示意图。
图9为图8中被高频搁架式滤波器串接的带通滤波器的频率响应示意图。
图IO为本发明滤波器系统的第五实施例的示意图。
图11为图10中被带通滤波器串接的带通滤波器的频率响应的示意图。
图12为本发明滤波器系统的第六实施例的示意图。
具体实施例方式
图1为根据本发明实施例的均衡器系统100的示意图。均衡器系统100 包含增益调整器(gain adjuster" 10，增益适应器(gain adapter)120以及滤波器 系统130。增益调整器110依据使用者的设定输出使用者的增益设定(G1,G2， G3，…GN)。由于滤波器的过冲(overshoot)现象，增益适应器120根据均衡器 系统IOO的品质因数以及使用者的增益设定(GI, G2, G3,... GN)来调整输出 增益信号(G1', G2', G3'，... GN')，以补偿过冲现象对频率响应的影响。需要注 意，设计者可能会根据设计需要来修改增益设定的数目以及用于滤波器系统 130的滤波器的数目。滤波器系统130包含至少一个低频搁架式滤波器(low shelving filter)以及至少一个高频搁架式滤波器(high shelving filter)。滤波器系 统130接收输入信号Sh并对其进行滤波以根据增益信号(Gl'， G2'， G3',... GN')输出滤波后的信号SF。滤波器系统130实施例的变化将详述于后。本领 域技术人员可依照描述进一步对滤波器系统130进行改进，然其仍属于本发 明。
均衡器系统IOO可以用于数字音频系统或者模拟音频系统，例如个人数 字助理(PDA)，移动电话，MP3播放器，数字电视或液晶电视。
图2为本发明滤波器系统130的第一实施例的示意图。滤波器系统130 包含低频搁架式滤波器210，串接于低频搁架式滤波器210的高频搁架式滤 波器220。低频搁架式滤波器210以及高频搁架式滤波器220具有相同的中 间频率(middle fr叫uency)fA。中间频率4为对应于低频搁架式滤波器响应以 及高频搁架式滤波器响应的中间增益值的频率。高频搁架式滤波器220的传
递函数(transfer fbnction)为"S2 +(VI/2)S + X (当A=i时，th②^)。低
频搁架式滤波器210的传递函数为
<formula>formula see original document page 10</formula>
TL(s)=l)。高频搁架式滤波器220的传递函数的倒数等于低频搁架式滤波器 210的传递函数。低频搁架式滤波器210的振幅(magnitude)为A，根据增益 信号(Gl'， G2，， G3',…GN，)而决定，其中如果增益信号(Gl，， G2，， G3，,…GN，)
为线性比例(linear scale) ， ^ = #，其中i为整数且其范围是1至N。需 要注意的是，如果增益信号(Gl'，G2',G3'，…GN')是dB刻度值，则刻度转换
需要满足^ = ^^，其中i为整数且其范围是1至N。品质因数Q与倾斜
器210对输入信号S,进行滤波以输出滤波后的信号S2，高频搁架式滤波器 220接收滤波后的信号S2以输出输出信号S3。本发明并不限制于高频搁架式 滤波器220串接于低频搁架式滤波器210。低频搁架式滤波器210也可串接 于高频搁架式滤波器220。此两种方式具有相同的频率响应。
低频搁架式滤波器210的二次幂传递函数(数字传递函数)为
fl。+a'Z— +a2Z—。低频搁架式滤波器210的参数为 60 " ((爿+1) +- l)cos(歸)+ 2V"Jsin(『0)/卿)， 6, = 2爿((爿—1) — 04 +1) cos(,))，<formula>formula see original document page 10</formula>
高频搁架式滤波器220的二次幂传递函数(数字传递函数)为
系数(shelving slope)Sp之间的关系为
"。+c^Z +a2Z 。高频搁架式滤波器220的参数为 60 " ((爿+1) + (Z -1) cos(,) + 2VI sin(,) /(20)， 6, =-2， —1) +04 + 1) cos,O))，
62 =+1) + (乂 -1) cos(歸)-2VI sin(w0) /(2g))， a0 + (J-l)cos(『0) + 2V7sin( )， a=2(^4 —1) —(4 + 1) cos(判))， a2 =(爿+1)-(爿-1) cos,O) - 2sin(w0) /(2Q)。
图3为图2中所示的高频搁架式滤波器220串接于低频搁架式滤波器210 的频率响应的示意图。低频搁架式滤波器响应Rt由滤波后的信号S2以及输 入信号S,获得。高频搁架式滤波器响应R2由输出信号S3以及滤波后的信号 S2获得。串接频率响应(cascaded frequency response) R3由输出信号S3以及输
入信号S!获得。串接频率响应R3也可由高频搁架式滤波器响应R2以及低频
搁架式滤波器响应&获得。需要注意的是，串接频率响应R3是不具有波纹 的平坦或者平滑的频率响应，这是因为低频搁架式滤波器210以及高频搁架 式滤波器220的传递函数除了振幅A之外均进行了反转。高频搁架式滤波器 响应R2以及低频搁架式滤波器响应Rt为非对称性的。
图4为本发明滤波器系统130的第二实施例的示意图。滤波器系统130 包含高频搁架式滤波器410，以及串接于高频搁架式滤波器410的低频搁架 式滤波器420。低频搁架式滤波器420以及高频搁架式滤波器410的传递函 数与图2中低频搁架式滤波器210以及高频搁架式滤波器220的传递函数相 同。然而高频搁架式滤波器410具有中间频率fB以及低频搁架式滤波器420 具有不同的中间频率fc。高频搁架式滤波器410以及低频搁架式滤波器420 构成新的带通滤波器。高频搁架式滤波器410以及低频搁架式滤波器420的 频率响应被偏置(biased)了-gain/2。例如，带通滤波器的增益值gain为6dB，
则高频搁架式滤波器410以及低频搁架式滤波器420的增益值被偏置了-3dB (-6/2)。举例说来，高频搁架式滤波器410的频率响应在OHZ处的原始振幅 为0 dB，因此应该被偏置-3 dB以与低频搁架式滤波器420构成带通滤波器。 图5为图4中低频搁架式滤波器420串接于高频搁架式滤波器410的频 率响应示意图。高频搁架式滤波器响应R4由滤波后的信号S5以及输入信号 S4获得。低频搁架式滤波器响应R5由输出信号S6以及滤波后的信号S5获得。
串接频率响应R6由输出信号S6以及输入信号S4获得。串接频率响应R6也可
由高频搁架式滤波器响应R4以及低频搁架式滤波器响应R5获得。需要注意 的是，低频搁架式滤波器420以及高频搁架式滤波器410的传递函数除了振 幅A之外均进行了反转。
图6为本发明滤波器系统130的第三实施例的示意图。滤波器系统130 包含低频搁架式滤波器610，以及串接于低频搁架式滤波器610的带通滤波 器620。带通滤波器620包含高频搁架式滤波器621以及低频搁架式滤波器 622。高频搁架式滤波器621以及低频搁架式滤波器610的传递函数与图2 中高频搁架式滤波器220以及低频搁架式滤波器210的传递函数相同。低频 搁架式滤波器610包含中间频率f,，并且高频搁架式滤波器621包含相同的 中间频率&，低频搁架式滤波器622包含中间频率f2。
图7为图6中被带通滤波器620串接的低频搁架式滤波器610的频率响 应示意图。低频搁架式滤波器响应R7由滤波后的信号S8以及输入信号S7获 得。带通滤波器响应R8由输出信号S9以及滤波后的信号Ss获得。串接频率
响应R9由输出信号S9以及输入信号S7获得。如图7所示，串接频率响应R9 是不具有波纹的平滑的频率响应，这是因为低频搁架式滤波器610以及高频 搁架式滤波器621的传递函数除了振幅A之外均进行了反转。串接频率响应 R9也可由低频搁架式滤波器响应R7以及带通滤波器响应Rs获得。
图8为本发明滤波器系统130的第四实施例的示意图。滤波器系统130 包含带通滤波器810，以及串接于带通滤波器810的高频搁架式滤波器820。
带通滤波器810包含高频搁架式滤波器811以及低频搁架式滤波器812。高 频搁架式滤波器811,820以及低频搁架式滤波器812的传递函数与图2中高 频搁架式滤波器220以及低频搁架式滤波器210的传递函数相同。低频搁架 式滤波器812包含中间频率f3且高频搁架式滤波器820包含同样的中间频率 f3。高频搁架式滤波器811包含中间频率f4。
图9为图8中被高频搁架式滤波器820串接的带通滤波器810的频率响 应示意图。带通滤波器响应R1Q由滤波后的信号Sn以及输入信号Su)获得。 高频搁架式滤波器响应Rn由输出信号S12以及滤波后的信号S"获得。串接 频率响应R12由输出信号S12以及输入信号S,o获得。串接频率响应R,2也可 由高频搁架式滤波器响应Ru以及带通滤波器响应Ru)获得。如图9所示，串 接频率响应R,2是不具有波纹的平滑的频率响应，这是因为低频搁架式滤波 器812以及高频搁架式滤波器820的传递函数除了振幅A之外均进行了反转。
图10为本发明滤波器系统130的第五实施例的示意图。滤波器系统130 包含带通滤波器1010，以及串接于带通滤波器1010的带通滤波器1020。带 通滤波器1010包含高频搁架式滤波器1011。带通滤波器1020包含高频搁架 式滤波器1021以及低频搁架式滤波器1022。高频搁架式滤波器1011， 1021 以及低频搁架式滤波器1012， 1022的传递函数与图2中高频搁架式滤波器 220以及低频搁架式滤波器210的传递函数相同。低频搁架式滤波器1012包 含中间频率fs。并且高频搁架式滤波器1021也包含相同的中间频率fs。高频 搁架式滤波器1011包含中间频率f7。低频搁架式滤波器1022包含中间频率 f6。
图11为图10中被带通滤波器1020串接的带通滤波器IOIO的频率响应 的示意图。带通滤波器响应R13由滤波后的信号S14以及输入信号S,3获得。 带通滤波器响应R14由输出信号S15以及滤波后的信号Sw获得。串接频率响
应R,5由输出信号S,5以及输入信号Su获得。串接频率响应R,5也可由带通
滤波器响应Ru以及带通滤波器响应Rw获得。需要注意的是，低频搁架式滤波器1012以及高频搁架式滤波器1021的传递函数除了振幅A之外均进行了
反转。因此串接频率响应R,5是平滑的频率响应而不是有波纹的频率响应。
低频搁架式滤波器以及高频搁架式滤波器的传递函数并不限制于二次多 项式，也可是多于二次的多项式。具有相同中间频率的低频搁架式滤波器以 及高频搁架式滤波器串接以构成如图3所示的平滑的频率响应而不是有波纹 的频率响应。除此之外，滤波器系统130并不限制于所述的实施例，设计者 可以结合实施例进行修改已达到所需要的频率响应。
图12为本发明滤波器系统130的第六实施例的示意图。滤波器系统130 接收输入信号Sin，然后利用低频搁架式滤波器/带通滤波器131对输入信号 Sin进行滤波，带通滤波器132， 133， 134以及高频搁架式滤波器/带通滤波器 135串接以根据增益信号(G1', G2'， G3',…GN')输出滤波后的信号SF。滤波 器131可以是低频搁架式滤波器或是带通滤波器。同样的，滤波器135可以 是高频搁架式滤波器或带通滤波器。如果滤波器系统130由低频搁架式滤波 器131，带通滤波器132、 133、 134以及高频搁架式滤波器135组成，滤波 器系统130的频率响应与图3中的频率响应相同。如果滤波器系统130由带 通滤波器131，带通滤波器132、 133、 134以及带通滤波器135组成，滤波 器系统130的频率响应与图11中的频率响应相同。每个带通滤波器132、133、 134包含一个低频搁架式滤波器以及一个高频搁架式滤波器。例如，带通滤 波器132包含高频搁架式滤波器1321以及低频搁架式滤波器1322。需要注 意的是，低频搁架式滤波器的传递函数的倒数与高频搁架式滤波器的传递函 数相等。低频搁架式滤波器/带通滤波器131，带通滤波器132、 133、 134以 及高频搁架式滤波器/带通滤波器135的特性与功能和图2至图11中的相应 滤波器的特性与功能相同。本领域的技术人员可以根据以上描述了解第六实 施例怎样提供所需要的频率响应。因此，相关操作以及功能在此不再详述。
权利要求
1. 一种滤波方法，用以对输入信号进行滤波以产生滤波后信号，所述的方法包含接收多个增益设定；以及利用滤波器系统响应所述的多个增益设定对所述的输入信号进行滤波以提供所述的滤波后信号，其中所述的滤波器系统包含具有第一传递函数的至少一个高频搁架式滤波器以及具有第二传递函数的至少一个低频搁架式滤波器，并且所述的第一传递函数的倒数等于所述的第二传递函数。
2. 根据权利要求1所述的滤波方法，其特征在于，所述的第一传递函数是 <formula>formula see original document page 2</formula>，且品质因数为<formula>formula see original document page 2</formula>，其中A为所述的第一传递函数的振幅。
3. 根据权利要求1所述的滤波方法，其特征在于，所述的第二传递函数是 <formula>formula see original document page 2</formula>，且品质因数为<formula>formula see original document page 2</formula> ，其中A为所述的第二传递函数的振幅。
4. 根据权利要求2所述的滤波方法，其特征在于，所述的第一传递函数为 a。+a'Z +a2Z ，且参数为<formula>formula see original document page 2</formula>
5. 根据权利要求3所述的滤波方法，其特征在于，所述的第二传递函数JWW— 7-1 7-2为 。。+^Z +a2Z，且参数为6。 =(((爿+1) + (爿-1) cos(,) + 2VI sin(歸)/(20)， 6, = 2爿((^ — 1)—(爿+1) cos(『0))，62 =+1) - (v4 - l)cos(,) - 2V^sin(wO)/(2g))， a。=(爿+1) + (4 - l)cos,O) + 2V^sin(『0)/(22)，2(04 — 1)+ M + l)cos(Pn)))，以及 a2 = (X +1) + (爿-1) cos(吗-2VI sin(w0) /(20 。
6. 根据权利要求1所述的滤波方法，其特征在于，所述的低频搁架式滤 波器和所述的高频搁架式滤波器具有相同的中间频率，且串联耦接以提供所 需要的频率响应。
7. 根据权利要求1所述的滤波方法，其特征在于，所述的滤波器系统包 含具有第一中间频率的第一低频搁架式滤波器，具有所述的第一中间频率的高频搁架式滤波器以及具有第二中间频率的第二低频搁架式滤波器，并且所 述的第一低频搁架式滤波器，所述的高频搁架式滤波器以及所述的第二低频 搁架式滤波器串联耦接。
8. 根据权利要求1所述的滤波方法，其特征在于，所述的滤波器系统包 含具有第三中间频率的第一高频搁架式滤波器，具有所述的第三中间频率的低频搁架式滤波器以及具有第四中间频率的第二高频搁架式滤波器，并且所 述的第一高频搁架式滤波器，所述的低频搁架式滤波器以及所述的第二高频 搁架式滤波器串联耦接。
9. 根据权利要求1所述的滤波方法，其特征在于，所述的滤波器系统包 含具有第五中间频率的第一高频搁架式滤波器，具有第六中间频率的第一低频搁架式滤波器，具有所述的第六中间频率的第二高频搁架式滤波器以及具 有第七中间频率的第二低频搁架式滤波器，并且所述的第一高频搁架式滤波 器，所述的第一低频搁架式滤波器以及所述的第二高频搁架式滤波器，所述 的第二低频搁架式滤波器串联耦接。
10. —种均衡器系统，其特征在于，所述的系统包含增益调整器，用以提供多个增益设定；以及滤波器系统，耦接至所述的增益调整器，响应所述的多个增益设定对输入信号进行滤波以输出滤波后信号，所述的滤波器系统包含具有第一传递函数的至少一个高频搁架式滤波器；以及具有第二传递函数的至少一个低频搁架式滤波器；其中所述的第一传递函数的倒数等于所述的第二传递函数。
11. 根据权利要求io所述的均衡器系统，其特征在于，所述的第一传递<formula>formula see original document page 4</formula>,函数为 S2 + (^/2)S + Z，且品质因数为<formula>formula see original document page 4</formula> ，其中a为所述的第一传递函数的振幅。
12. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的第二传递<formula>formula see original document page 4</formula> 函数为 <formula>formula see original document page 4</formula>，且品质因数为<formula>formula see original document page 4</formula> ，其中a为所述的第二传递函数的振幅。
13. 根据权利要求11所述的均衡器系统，其特征在于，所述的第一传递 r (:)= W-化Z-2函数为<formula>formula see original document page 4</formula> ，且参数为<formula>formula see original document page 4</formula>,<formula>formula see original document page 4</formula>，<formula>formula see original document page 4</formula> ，<formula>formula see original document page 4</formula>，以及<formula>formula see original document page 5</formula>
14. 根据权利要求12所述的均衡器系统，其特征在于，所述的第二传递函数为" "。+"7-'+^Z-2 ，且参数为6<formula>formula see original document page 5</formula>
15. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的低频搁架 式滤波器和所述的高频搁架式滤波器具有相同的中间频率，且串联耦接以提 供所需要的频率响应。
16. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的滤波器系统包含具有第一中间频率的第一低频搁架式滤波器，具有所述的第一中间频 率的高频搁架式滤波器以及具有第二中间频率的第二低频搁架式滤波器，并 且所述的第一低频搁架式滤波器，所述的高频搁架式滤波器以及所述的第二 低频搁架式滤波器串联耦接。
17. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的滤波器系 统包含具有第三中间频率的第一高频搁架式滤波器，具有所述的第三中间频 率的低频搁架式滤波器以及具有第四中间频率的第二高频搁架式滤波器，并 且所述的第一高频搁架式滤波器，所述的低频搁架式滤波器以及所述的第二 高频搁架式滤波器串联耦接。
18. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的滤波器系统包含具有第五中间频率的第一高频搁架式滤波器，具有第六中间频率的第一低频搁架式滤波器，具有所述的第六中间频率的第二高频搁架式滤波器以 及具有第七中间频率的第二低频搁架式滤波器，并且所述的第一高频搁架式滤波器，所述的第一低频搁架式滤波器以及所述的第二高频搁架式滤波器， 所述的第二低频搁架式滤波器串联耦接。
19. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的滤波器系 统更包含增益适应器耦接至所述的增益调整器，调整所述的多个增益设定以 产生多个增益信号至所述的滤波器系统。
20. 根据权利要求10所述的均衡器系统，其特征在于，所述的均衡器系 统是数字音频系统，模拟音频系统，个人数字助理，移动电话，MP3播放器， 数字电视或液晶电视的一部分。
全文摘要
本发明涉及一种均衡器系统，所述的系统包含增益调整器，用以提供多个增益设定；以及滤波器系统，耦接至增益调整器，响应增益设定对输入信号进行滤波以输出滤波后信号，滤波器系统包含具有第一传递函数的至少一高频搁架式滤波器；以及具有第二传递函数的至少一低频搁架式滤波器；其中第一传递函数的倒数等于第二传递函数。因此，本发明可以在滤波后准确的表现所需要的控制参数，除此之外还能提高系统的能效。
文档编号H03G5/00GK101378249SQ20071019336
公开日2009年3月4日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年8月31日
发明者徐光辉 申请人:联发科技股份有限公司