JP2000293965A - 間欠メカノイズ低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時間的に間欠して発生するメカノイズが混入
した音声信号からノイズ成分のみを低減させた音声信号
を得ること。 【解決手段】 想定されるメカノイズ信号を予め標本抽
出（サンプリング）して、疑似ノイズ波形として不揮発
性メモリ等のメモリに記録させる手段を設け、マイクか
ら収音されるメカノイズのノイズピッチで上記不揮発性
メモリから疑似ノイズを読み出して、入力信号から減算
することによりノイズ低減を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はメカノイズ（機械的
部分から発生し音声信号に混入するノイズ）を低減する
ための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル・カムコーダ（商品名）等の
カメラ一体型ＶＴＲの回転ヘッドとテープの接触による
ノイズ音、いわゆるヘッド叩き音がマイクから音声信号
に混入した場合に、そのヘッド叩き音だけを低減するメ
カノイズ低減方式が既に提案されている。

【０００３】そこで、従来のメカノイズ低減方式につい
て、図３を参照して、下記に説明する。ここに示す従来
のメカノイズ低減方式は、連続して発生するノイズの低
減を行う装置であり、ノイズ源は回転ドラムである。

【０００４】同図において、マイクＭＩＣ１Ａ，ＭＩＣ
１Ｂは機器本体に内蔵されたステレオマイクであるが、
これはステレオマイクである必要は特になく、モノラル
マイクでもかまわない。ＭＩＣ１Ａ，ＭＩＣ１Ｂの出力
信号１Ｌ，１ＲはＡＭＰ２Ａ，ＡＭＰ２Ｂのプリアンプ
で増幅され信号２Ｌ，２Ｒとなり、ＡＧＣ（オートマチ
ック・ゲイン・コントロール）回路３で最適なレベルに
調整され信号３Ｌ，３Ｒとなり、ＡＤコンバータ（以下
ＡＤＣ４Ａ，ＡＤＣ４Ｂという）でアナログ・ディジタ
ル変換されてディジタル信号４Ｌ，４Ｒとなる。

【０００５】ディジタル信号４Ｌ，４Ｒは、メカノイズ
・キャンセル処理回路１５に入力され、加算器６Ａ，６
Ｂで左Ｌ，右Ｒチャネル毎に疑似ノイズ信号５Ｌ，５Ｒ
を減算して、信号６Ｌ，６Ｒとして出力される。また、
信号６Ｌ，６Ｒは適応型フィルタ５Ａ，５Ｂへ帰還する
エラー信号として処理される。適応型フィルタ５Ａ，５
Ｂは、このエラー信号とマイクロコンピュータ（以下マ
イコンという）８から入力するドラム基準信号７を使用
してＬＭＳ法（最小２乗法）により、オーディオ・サン
プリング周波数（３２ｋＨｚ，４４．１ｋＨｚ若しくは
４８ｋＨｚ）毎に、エラー信号が最小になるように演算
し、信号５Ｌ，５Ｒを出力する。

【０００６】また、上記ドラム基準信号７は、同じマイ
コン８から送出するサーボ信号１２によってサーボコン
トロールされるドラムモータ１３の回転位相、及び周波
数の基準になっているため、ドラムモータ１３で駆動さ
れる時の回転ドラム１４によるドラムノイズ音、及び回
転ドラム１４に取り付けられる回転磁気ヘッド１１Ａ，
１１Ｂと磁気テープ９の接触によるヘッド叩きノイズ音
は同じくドラム基準信号７の高調波領域に発生してい
る。従って、このノイズが空間や機器のキャビネットを
或伝達関数で伝達され内蔵マイクに音声と共に入力され
る。メカノイズ・キャンセル処理回路１５の出力は記録
系信号処理に送られ映像信号とともに、磁気テープ９に
記録されるが、この部分の説明は、本発明とは直接の関
係がないので、省略する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このメカノイズ低減方
法は、時間的に連続して一定のノイズが発生する場合に
は非常に有効なノイズ低減方法であるが、モード遷移等
が起きてノイズ音が変化した場合や、時間的に間欠して
発生するノイズ音の場合にはあまり有効なノイズ低減方
法ではない。後者の場合には複数種類のノイズ音が連続
して発生したり、ノイズ発生が短時間であったりして、
疑似ノイズを生成及び修正するための時間が不足し、そ
の結果、ノイズ低減ができない場合がある。

【０００８】上記後者の場合のノイズ発生例を下記に説
明する。 １．記録媒体としてフロッピーディスク、ＭＤ等を用い
た静止画カメラ等で画像と同時に音声を記録する場合に
おいて、ディスク回転音、サーチや書込のためのヘッド
移動音、及びステッピングモータ音等に起因するノイ
ズ。 ２．カメラ一体型ＶＴＲのオートフォーカス時のモータ
音に起因するノイズ。 ３．カメラ一体型ＶＴＲの記録ＲＥＣモードや記録・休
止ＲＥＣ ＰＡＵＳＥモード繰り返し等のモード遷移時
に発生するノイズ。

【０００９】従来の適応型フィルタによるノイズ低減方
式は、実際にノイズが発生したときにそのノイズと適応
型フィルタにより生成される疑似ノイズを比較して、そ
の差であるエラー成分を再び適応型フィルタに入力して
帰還ループを構成し、エラー成分が無くなるように疑似
ノイズを生成するようになっているために、エラーが大
きいと目標値までの引き込みに時間がかかるという難点
がある。

【００１０】本発明は、複数種類のノイズが発生する場
合や間欠的に発生するノイズに対して効率良くノイズ低
減できるノイズ低減装置を提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のメカノイズ低減
装置の一実施形態においては、間欠的に発生するノイズ
を効率的に低減するために、予め発生が想定されるノイ
ズをサンプリングして、不揮発性メモリに書き込んでお
き、ノイズが発生したときにそれをメモリから読み出し
て同種類のノイズが混入した音声信号からそのノイズ成
分を減算する方式をとっている。

【００１２】従って、本発明は、ノイズが発生した時点
でメモリにサンプリングされているノイズ目標値を初期
状態で疑似ノイズとして減算するために適応型フィルタ
による引き込みに殆ど時間がかからないという特徴があ
る。

【００１３】本発明の一観点に従えば、本発明は、下記
の手段を備えたノイズ低減装置を提供する。即ち、時間
的に間欠して発生するメカノイズが混入した音声信号か
らノイズ成分のみを低減させた音声信号を得るためのノ
イズ低減装置であって、想定されるメカノイズ信号を予
め標本抽出（サンプリング）して、疑似ノイズ波形とし
て不揮発性メモリ等のメモリに記録させる手段を有し、
マイクから収音されるメカノイズのノイズピッチで上記
不揮発性メモリから疑似ノイズを読み出して、入力信号
から減算することによりノイズ低減を行うメカノイズ低
減装置を提供する。

【００１４】本発明の他の観点に従えば、本発明は、上
記メカノイズ低減装置において、上記ノイズ低減動作時
にＬＭＳ法（最小２乗法）で現状のマイクからのノイズ
波形と疑似ノイズ波形の差を修正するような学習効果を
持たせたメカノイズ低減装置を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図１を参照して、本発明の
メカノイズ低減装置の一実施形態について説明する。こ
こで、図３と同一部分については、説明を省略する。Ａ
ＤＣ４からの信号４Ｌ，４ＲはＤＳＰ（ディジタルシグ
ナル・プロセッサ）やＡＳＩＣ ＩＣ等で構成されるメ
カノイズ・キャンセル処理回路３２に入力される。

【００１６】信号４Ｌ，４Ｒは加算器２３Ａ，２３Ｂで
Ｌ，Ｒチャネル独立して適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂ
から出力される疑似ノイズ信号２０Ｌ，２０Ｒを減算し
て２３Ｌ，２３Ｒとして出力され、記録系信号処理回路
に送られ各種記録媒体に記録される。図１に示す例にお
いては上記信号２３Ｌ，２３Ｒはディスク２７に記録さ
れる。なお、上記信号２３Ｌ，２３Ｒを処理する後段の
回路は本発明と直接の関係がないので詳細な説明は省略
する。ここで、上記信号２３Ｌ，２３Ｒは夫々左Ｌ，右
Ｒチャネル独立した適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂにエ
ラー信号として入力される。適応型フィルタ２０Ａ，２
０Ｂは、基本的にはＬＭＳ処理で構成されるが、ここに
は、揮発性メモリＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）２１
Ａ，２１Ｂからの信号とマイコン２５から送られてくる
ピッチ信号２４が入力する。

【００１７】ここでＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂは、適応型
フィルタ２０Ａ，２０Ｂと双方向通信路で接続されてい
て、リード／ライン信号２２でデータの読み書き、及び
アドレス制御ができるようになっている。また、マイコ
ン２５に内蔵された不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ２６と
信号２６Ｌ，２６Ｒのやり取りが行われる。信号２６
Ｌ，２６Ｒは双方向通信信号を示しており、ＥＥＰＲＯ
Ｍ２６とＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂ間のデータの受け渡し
ができるようになっている。ピッチ信号２４はノイズの
基準パルスで、例えば、発生するノイズと同位相の最低
周波数ピッチとスタートＩＤを含む。適応型フィルタ２
０Ａ，２０Ｂの詳細な説明は後で行う。また、図１では
不揮発性メモリにＥＥＰＲＯＭを用いたが、フラッシュ
メモリ等の不揮発性メモリでもかまわない。

【００１８】マイコン２５は、ノイズの発生源となるデ
ィスクモータ２８やステップモータ３０に対してコント
ロール信号を送っている。即ち、ディスクモータ２８に
はモータコントロール信号３２を送っており、ヘッド位
置制御用のステップモータ３０にはモータコントロール
信号３１を送っている。これらのコントロール（制御）
信号はそれぞれモータを一定速度で回転させるための制
御、ヘッドを目的とするトラックやセクタまで移動させ
るための位置制御を行っている。このディスクモータ２
８によって駆動されるディスクやディスクの駆動系は、
マイコン２５からアクセスされる時だけ動作するため、
ノイズ音は間欠的に発生する。

【００１９】また、ステップモータ３０によって駆動さ
れるヘッドも同様でノイズ音は間欠的に発生する。図１
の例では、ディスクを例にとったが、このほかにもマイ
コンによって制御されるビデオカメラのＡＦ（オートフ
ォーカス）制御等にも同様に応用可能である。

【００２０】ここでは、本実施形態のノイズ低減装置
は、発生するノイズ音を予めサンプリングするようにな
っているが、一般的にノイズ音は複数の周波数とレベル
の信号を複雑に含んだマルチトーン信号であるために人
工的に生成することは難しい。

【００２１】従って、本実施形態のノイズ低減装置で
は、一例として、下記の手順で実際のノイズ音をサンプ
リングすることにより疑似ノイズを生成する。 １．ノイズ発生源とマイクの構造的な位置関係とキャビ
ネット等の音伝達に影響する機械的な構造が決定された
機器（商品）を用意する。 ２．マイクにノイズだけが入力されるような環境を用意
する。例えば、音響的な無響室（外来音及び反射音が皆
無の部屋）で機器を動作させノイズ音だけ発生させる。 ３．ここで、図１における加算器２３Ａ，２３Ｂの出力
には信号２３Ｌ，２３Ｒとしてノイズ音のみが出力され
るため、これを適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂに入力
し、発生しようとするノイズの最低１ピッチ分のノイズ
波形を、ピッチ信号２４に同期して、メモリＳＲＡＭ２
１Ａ，２１Ｂに取り込む。 ４．ＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂは、揮発性メモリであるた
め、信号２６Ｌ，２６Ｒを使ってマイコン２５に送り、
同マイコン内の不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ２６に記憶
する。

【００２２】このように、少なくとも１ピッチ分のノイ
ズ波形をメモリに取り込むことで、後はピッチ信号２４
に同期して、発生するノイズの時間分、繰り返してメモ
リから読み出せばよい。また、ここでの１ピッチとは、
例えばノイズ発生源となるモータの１回転分に相当す
る。

【００２３】次に、図１における適応型フィルタ２０
Ａ，２０ＢとＳＲＡＭ２１Ａ，２１Ｂの部分を図２を参
照して下記に更に詳しく説明する。

【００２４】図２の回路において、同図左上から入力す
る信号４１は音声信号とノイズ信号が混在する信号であ
り、加算器４５の一方の入力に印加される。加算器４５
は他方の入力に印加される適応型フィルタ２０から送ら
れてくる疑似ノイズ信号６０を上記信号４１から減算し
て、音声信号だけから成る信号４６として出力する。

【００２５】上記加算器４５における減算において、信
号４１から疑似ノイズ信号６０を減算した結果、信号４
１に含まれるノイズ信号が完全に除去されず、出力信号
４６中に残ってしまうことがある。図２の回路では、出
力信号４６の一部を適応型フィルタへフィードバックす
る通路が設けられているので、上記出力信号４６中にノ
イズ信号成分が残っている場合に、そのノイズ信号成分
を含む信号が適応型フィルタ２０内に取り込まれ、同フ
ィルタ２０内に設けられたリミッター４７で音声信号の
大レベル部分がリミットされた後、ゲイン制御回路４８
を通り、加算器４９の一方の入力に送られる。この信号
は同加算器４９の他方の入力に印加ささるＳＲＡＭ２１
から読み出されるデータ信号５４と加算され、データ出
力５３としてＳＲＡＭ２１に書き込まれる。なお、上記
の動作において信号４６に含まれる音声信号も適応型フ
ィルタ２０に入力するが、ほとんどの場合、リミッター
４７でリミットされる。

【００２６】ＳＲＡＭ２１から読み出されたデータ信号
５４は、スイッチＳＷ５１を通り、上記疑似ノイズ信号
６０として加算器４５の他方の入力に送られる。これに
よりノイズ低減動作ループが形成される。ここでゲイン
制御回路４８はマイコン制御信号４４によりゲインを変
えることができるようになっている。また、スイッチＳ
Ｗ５１はマイコン等から送られてくるキャンセル制御信
号４２により、加算器４５へ送る疑似ノイズ信号６０の
ＯＮ／ＯＦＦを制御できるようになっている。

【００２７】上記ＳＲＡＭ２１の読み出し及び書込のア
ドレス番地の指定は、適応型フィルタ２０から送られて
くるアドレス制御信号５２で行う。そうして、このアド
レス制御信号５２は適応型フィルタ２０内のリード／ラ
インアドレスカウンタ５０で生成される。リード／ライ
ンアドレスカウンタ５０はピッチ信号４３でアドレスリ
セットがかけられ、リード／ライトが繰り返し実行され
る。

【００２８】ＳＲＡＭ２１のメモリ容量は、ピッチ信号
４３の繰り返し周期の１周期中に含まれるアドレス数分
のワード長（図２ではＷ（ｎ）分）のメモリである。例
えば、副数種類のノイズ成分の低減を切り換えて実行す
る場合には、そのノイズ成分の最大ピッチに相当するメ
モリ容量を確保する必要がある。

【００２９】また、ＳＲＡＭ２１にはマイコンからの入
出力ポートも用意されており、アドレス制御信号５５、
及びデータ入力５６の入力ポート、及びデータ出力５７
のための出力ポートが設けられている。通常時の適応型
フィルタ２０からの入出力ポートに対して、このマイコ
ン入出力ポートは、例えば機器の電源ＯＮ／ＯＦＦ時や
モード遷移時等のタイミングで入出力される。

【００３０】上記疑似ノイズを作成するために入力ノイ
ズ音をサンプリングする場合には、ゲイン制御回路４８
のゲインを１（スルー状態）にし、スイッチＳＷ５１を
ＯＦＦ（切り）にしておいて、適応フィルタ２０に入力
されたノイズ音をそのままＳＲＡＭ２１に書き込むこと
で実現している。また、スイッチＳＷ５１は、ノイズが
間欠的に発生する場合に、ノイズ発生源となるモータが
回転している時にＯＮ、停止している時にＯＦＦとする
ことで、ノイズ発生時にのみノイズ低減を行うようにし
ている。

【００３１】本発明においては、以上述べたような回路
構成をとることにより、下記のような応用ができる。 １．予め想定される複数種類のノイズ音をマイコンのＥ
ＥＰＲＯＭに記憶しておくことで、モード遷移時や複数
のモータを使用しているためにノイズ音が途中で変化す
る場合にもノイズ低減が可能である。 ２．ピッチ信号４３に合わせてＳＲＡＭ２１のアドレス
制御を可変とすることで、複数種類のモータ回転数（回
転ピッチ）に依存するノイズ音低減が可能である。

【００３２】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。図１の適応型フィルタ２０Ａ，２０Ｂは、通常ノ
イズ低減時にＬＭＳアルゴリズムで動作しているため、
常に実際のノイズ音と減算している疑似ノイズ音の差を
最小にしようとＳＲＡＭ２１の内容を更新する。その更
新周期は、例えばオーディオサンプリング周波数の３２
ｋＨｚ，４４．１ｋＨｚ，４８ｋＨｚの１サンプリング
毎に行う。

【００３３】ここでＬＭＳ処理は下記の演算式によって
ＳＲＡＭ２１内のデータＷの更新を行う。 Ｗ（ｎ）＝Ｗ（ｎ−１）＋２μ・Ｅ（ｎ−１）・Ｘ（ｎ
−１） 但し、ｎはサンプル数であり、μは更新ステップゲイン
で図２のゲイン制御回路４８に相当し、Ｅは残差エラー
信号で図２の音声信号出力４６に相当し、Ｘは参照入力
で図２のピッチ信号４３に相当する。

【００３４】従って、本実施形態のノイズ低減装置は、
電源がＯＮ状態で常時ＳＲＡＭ２１内データを最新のノ
イズ波形に更新し、これをメモリに記憶しているため、
例えば間欠的なノイズが発生した場合においても前回の
最新ノイズ波形から減算を開始でき、低減効率が良い。
また電源ＯＦＦ時は、ＯＦＦ直前のノイズ波形をマイコ
ン内ＥＥＰＲＯＭ２６に書き込んでデータを更新してお
き、次に電源ＯＮされる時にＥＥＰＲＯＭ２６から再び
ＳＲＡＭ２１にデータを読み込んでノイズ波形を再現す
ることで常に最新ノイズ波形から減算を開始できる。以
上のとおり、本発明においては、ノイズ低減に学習効果
をもたせることができ、例えば、機器の経年時間による
ノイズの変化等でもノイズ低減が可能である。

【００３５】

【発明の効果】従来の適応型フィルタによるノイズ低減
方法は、実際にノイズが発生したときにそのノイズと適
応型フィルタにより生成される疑似ノイズを比較して、
その差であるエラー成分を再び適応型フィルタに入力し
て帰還ループを構成し、エラー成分が無くなるように疑
似ノイズを生成するようになっているために、エラーが
大きいと目標値までの引き込みに時間がかかるという難
点がある。これに対して、本発明のメカノイズ低減装置
は、ノイズが発生した時点でメモリにサンプリングされ
ているノイズ目標値を初期状態での疑似ノイズとして、
これを入力信号から減算するようになっているために適
応型フィルタによる引き込みに殆ど時間がかからないと
いう効果がある。

【００３６】また、本発明のメカノイズ低減装置は、上
記の通り、予めメカノイズ信号を標本抽出して、疑似ノ
イズ波形として不揮発性メモリ等に記憶せしめておき、
マイクから収音されるメカノイズのノイズピッチでメモ
リから疑似ノイズを読み出して入力信号から減算するこ
とでノイズ低減を行うようになっているため、間欠的な
ノイズでもすばやい低減ができ、さらにモード遷移等の
ノイズ変化にも対応してノイズ低減ができる。

【００３７】さらにまた、低減動作時にＬＭＳ法（最小
２乗法）で現状ノイズ波形と疑似ノイズ波形の差を修正
するような学習効果をもたせることで、次回のノイズ発
生時の低減効果をさらに改善できる。また、機器の経年
変化によるノイズ波形変化にも対応ができる。本発明の
ノイズ低減装置は、内蔵マイクと各種ノイズ音源を近接
して配置できるため、今後の機器の小型化に有利であ
る。また、本発明のノイズ低減装置は、ディジタル処理
で演算できるため、今後のシステムＬＳＩ化において有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメカノイズ低減装置の一例を示す回路
ブロック図である。

【図２】本発明の装置の適応型フィルタ及びＳＲＡＭ部
分の回路ブロック図である。

【図３】従来のメカノイズ低減装置の回路ブロック図で
ある。

【符号の説明】

ＭＩＣ１Ａ，ＭＩＣ１Ｂ‥‥マイク、ＡＭＰ２Ａ，ＡＭ
Ｐ２Ｂ‥‥増幅器、３‥‥ＡＧＣ回路、ＡＤＣ‥‥アナ
ログ・ディジタル変換器、２０Ａ，２０Ｂ‥‥適応型フ
ィルタ、ＳＲＡＭ‥‥メモリ、２５‥‥マイコン、２６
‥‥ＥＥＰＲＯＭ（メモリ）、２８‥‥ディスクモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間的に間欠して発生するメカノイズが
   混入した音声信号からノイズ成分のみを低減させた音声
   信号を得るためのノイズ低減装置であって、 想定されるメカノイズ信号を予め標本抽出（サンプリン
   グ）して、疑似ノイズ波形として不揮発性メモリ等のメ
   モリに記録させる手段を有し、 マイクから収音されるメカノイズのノイズピッチで上記
   不揮発性メモリから疑似ノイズを読み出して、入力信号
   から減算することによりノイズ低減を行うメカノイズ低
   減装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、上記ノ
   イズ低減動作時にＬＭＳ法（最小２乗法）で現状のマイ
   クからのノイズ波形と疑似ノイズ波形の差を修正するよ
   うな学習効果を持たせたメカノイズ低減装置。