JP2004080788A - カメラおよびカメラにおけるノイズを低減する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音声ノイズ低減能力を有するカメラを提供する。
【解決手段】一実施例において、カメラ１００は、マイクロフォン１１０と、音声を録音しているときにマイクロフォンによって取り込まれる望ましくないノイズを低減するよう構成された音声ノイズ低減システム２１８とを備えている。ある実施例において、音声ノイズ低減システムは、カメラモータ２０６によって発生されるノイズの低減を容易にする。他の実施例において、ノイズ低減システムは、カメラが使用される環境からの音声ノイズの低減を容易にする。
【選択図】図２

Description

　本発明は、一般に、デジタルカメラに関し、特に、デジタルカメラにおける音声ノイズの低減に関する。

　現在、多くのデジタルカメラは、音声の録音を容易にするマイクロフォンを有する。このような音声は、特定の画像と共に格納される簡単なメモ、あるいは、デジタルカメラがそのように構成されている場合には、カメラが「ムービー」モードで動作しているときのビデオシーケンスに関連する音声を含み得る。

　これらのカメラの大半は、様々なカメラ機能を制御するモータを有する。例えば、あるズームモータは、外部ズームレンズの変位を制御し、他のモータ（または同じモータ）は、オートフォーカス機構を制御し得る。モータに比較的近接してカメラマイクロフォンを設けることによって、モータの動作によって形成されるノイズは、音声録音中に無意識のうちに格納され、それによって、カメラによって取り込まれた音声の品質を著しく低下させる。

　カメラモータノイズの取り込みを避けるために、現在、いくつかの解決法を利用し得る。例えば、カメラによっては、モータが動作している間、マイクロフォンの使用を止めるもの、またはマイクロフォンが動作している間、モータの使用を止めるものがある。従って、ユーザが音声を取り込みたい場合、ユーザは、音声を録音する前にフォーカスおよび／またはズームを調整しなければならない。他の解決法では、デジタルズーム機構が設けられ、ユーザはそれを用いて、ズームモータを動作させずにシーン上で「ズーム」することができる。しかし、残念なことに、このような、「ズーム」には、取り込まれた画像をトリミングし、それを拡大することが含まれる。従って、画像の解像度は低下する。

　他の解決法を実施してもよい。例えば、カメラモータは、（例えば、カメラモータをカメラ本体の奥に配置することによって）隔離され、マイクロフォンが取り込むノイズの量を低減することができる。しかし、この解決法は、コストだけでなく、カメラのサイズも増加させる可能性がある。他の可能な解決法では、マイクロフォンは、カメラ本体から分離され、モータから離れて保持され得る。しかし、この解決法では、ユーザは、１つだけでなく、２つの別個の構成要素を運んで動作させる必要があるため、同様に望ましくない。

　上述のことを考慮すると、より高品質な音声をカメラによって取り込むことができるように、たとえばカメラモータによって生成される音声ノイズを低減することが可能なカメラを提供することが望ましいことが理解され得る。

　本開示は、ノイズ低減能力を有するカメラに関する。一実施形態では、カメラは、マイクロフォン、および、音声を録音しているときに、マイクロフォンによって取り込まれる望ましくないノイズを低減するように構成されたノイズ低減システムを含む。

　いくつかの実施形態では、ノイズ低減システムは、カメラのモータによって生成されるノイズの低減を容易にする。他の実施形態では、ノイズ低減システムは、カメラが用いられる環境からのノイズの低減を容易にする。

　上記のように、カメラモータの動作によって生成される音声ノイズは、カメラで取り込まれる音声を劣化させ得る。既存の解決法は他の欠点を提示するため、このようなノイズを低減して、より高品質な音声が取り込まれ得るようにすることができるカメラが求められている。

　本明細書では、上記のようなノイズを低減または消去するために用いられ得る音声ノイズ低減システムを含むカメラが開示されている。以下にさらに詳細に記載するように、このシステムは、例えば、カメラの電源投入時に、カメラによって取り込まれる１つまたはそれ以上の音声ノイズシグネチャ（audio noise signature）に関連して形成される１つまたはそれ以上の音声ノイズフィルタを含み得る。

　ここで、図面を参照する。図面では、同様の参照符号は、いくつかの図面にわたって対応部分を指す。図１は、ノイズ低減システムを導入する例示的なカメラ１００を示す。例として、カメラ１００は、デジタルスチルカメラを有する。図面では、カメラ１００の特定の構成が示され、本明細書で説明されているが、カメラは、１つの例示的なカメラの実施形態を示すに過ぎないことを理解されたい。

　図１に示されるように、カメラ１００は、カメラ本体１０２、シャッターリリースボタン１０４、レンズシステム１０６、フラッシュ１０８、およびマイクロフォン１１０を有し得る。例として、レンズシステム１０６は、ズームレンズを有し、当業者には既知であるように、内部モータを用いてズームインおよびズームアウトすることができる。図１に示されるように、マイクロフォン１１０は、カメラ本体１０２と一体化され得る。

　図２は、図１のカメラ１００の例示的な構造のブロック図を示す。図２に示されるように、カメラ１００は、上記のレンズシステム１０６およびマイクロフォン１１０を有し、１つまたはそれ以上の画像センサ２００、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０２、センサドライバ２０４、１つまたはそれ以上のカメラモータ２０６、ユーザインターフェース２０８、カメラ制御インターフェース２１０、プロセッサ２１２、カメラメモリ２１４、およびデバイスインターフェース２１６をさらに有し得る。レンズシステム１０６は、観察される対象物の画像を画像センサ２００上にフォーカスする１つまたはそれ以上のレンズを有する。例として、画像センサ２００は、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの固体センサを有する。センサ２００は、センサドライバ２０４によってクロック駆動され、観察される対象物の静止画像に対応するアナログ画像信号を生成する。これらの画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２０２によってデジタル画像信号に変換される。次に、デジタル画像信号は、プロセッサ２１２で処理され、デバイスインターフェース２１６を介してカメラ１００に接続する取り外し可能な固体メモリカード（図示せず）などのメモリ内に格納される。

　ユーザインターフェース２０８は、カメラ１００の動作を制御するためにユーザが利用できる１つまたはそれ以上の構成要素を有する。例えば、ユーザインターフェース２０８は、図１に関して示されるシャッターリリースボタン１０４を有し得る。カメラ制御インターフェース２１０は、ユーザインターフェース２０８を介して入力されたコマンドを受け取り、カメラ１００の基本的な動作を制御する。プロセッサ２１２は、画像センサ２００およびマイクロフォン１１０によってそれぞれ取り込まれた画像および音声データを処理する機能を有し、これらのデータをメモリ内に格納する。

　メモリ２１４は、以下にさらに詳細に記載するように、カメラ、カメラが使用される環境、または他の発生源によって生成される望ましくない様々なノイズを低減するために用いられるノイズ低減システム２１８を（ソフトウェアまたはファームウェア内に）少なくとも含む。図２に示されるように、ノイズ低減システム２１８は、望ましくないノイズを低減するために用いられるノイズフィルタ２２０を含み得る。一般に、ノイズフィルタ２２０は、音声の所与の周波数または周波数範囲を低減することが可能な任意のフィルタを含み得る。例として、フィルタ２２０は、妨害ノイズ周波数または周波数範囲に調整されるノッチフィルタを含む。周波数ドリフトを考慮するために、フィルタ２２０は、オプションで、最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムなどの適応型ノイズ低減アルゴリズムを用いて調整され得る。このようなアルゴリズムの実施例としては、「Adaptive Filter Theory」3^rd Edition、by Simon Haykin, pp.365-385（第３版、Simon Haykin著、３６５〜３８５頁）に記載されている。本開示では、この文献を参照により援用する。他の構成では、ノイズフィルタ２２０は、既知の構造のアクティブノイズ消去フィルタを含み得る。このフィルタは、印加反転音声波（applied inverse sound wave）の適用によってノイズを動的に低減する。ノイズ低減システム２１８の使用および動作については、図３および図４を参照しながら以下に説明する。

　様々なコード（ソフトウェアおよび／またはファームウェア）を上述した。このコードは、任意のコンピュータ関連システムもしくは方法によってまたはこれらに関連して用いられる任意のコンピュータ読み出し可能媒体に格納され得る。本明細書では、コンピュータ読み出し可能媒体は、コンピュータ関連システムもしくは方法によってまたはこれらに関連して用いられるコードを（例えば、コンピュータプログラムの形態で）含みまたは格納し得る、電子、磁気、光学もしくは他の物理デバイス、または手段である。コードは、コンピュータをベースとしたシステム、プロセッサを含むシステム、あるいは、命令実行システム、装置、または機器から命令を取り出し、その命令を実行することができる他のシステム、などの、命令実行システム、装置、または機器によってまたはこれらに関連して用いられる任意のコンピュータ読み出し可能媒体において具現化され得る。用語「コンピュータ読み出し可能媒体」は、命令実行システム、装置、または機器によってまたはこれらに関連して用いられるコードを格納、通信、伝搬、または搬送することが可能な任意の媒体を含む。

　コンピュータ読み出し可能媒体は、例えば限定はされないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体システム、装置、デバイスもしくは伝搬媒体であり得る。コンピュータ読み出し可能媒体のさらに具体的な例としては（限定はされないが）、１つまたはそれ以上のワイヤを有する電気的接続、携帯コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリ）、光ファイバ、および携帯コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）が挙げられる。プログラムは、例えば、紙または他の媒体を光学走査することによって電子的に取り込まれ、その後コンパイルされ、解釈され、または必要に応じて適切な形態で処理され、次に、コンピュータメモリに格納され得るため、コンピュータ読み出し可能媒体は、プログラムがプリントされる紙または他の適切な媒体であってもよいことに留意されたい。

　例示的なカメラ１００を上述したが、以下、カメラの動作例について説明する。以下の説明では、フロー図が提供される。これらのフロー図における任意のプロセスステップまたはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能またはステップ、を実施するための１つまたはそれ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの部分を表し得ることを理解されたい。特定の例示的なプロセスステップについて記載するが、他の実施態様も可能であることが理解されるであろう。さらに、ステップは、関連する機能に応じて、実質的に同時または逆の順序を含む、示されるかまたは記載される順序とは異なる順序で実行され得る。

　図３は、望ましくないノイズを低減する際のカメラ１００の動作例を示す。特に、所与のノイズ（妨害）入力の１つまたはそれ以上の音声シグネチャがまず取り込まれ、その入力を低減するための適切なフィルタ２２０が形成される、ノイズ低減方法が例示される。図３のブロック３００から開始し、カメラ１００にまず電源が投入される。次に、ブロック３０２に示されるように、１つまたはそれ以上のカメラモータ２０６が動作される。カメラ１００が２つより多くのモータ２０６を含むとき、このような動作は、特に各モータが同時に動作できない状況において、各モータを独立して動作させることを含み得る。

　ブロック３０４に示されるように、モータ動作と同時またはモータ動作の直前に、マイクロフォン１１０が起動されて音声を取り込む。通常、モータ２０６によって生成されるノイズは、初期のメカニズム位置から最終位置まで取り込まれ、再び戻る。このような音声取り込みによって、モータの様々な進行段階にわたってモータ２０６の音声シグネチャの録音が可能になる。例えば、モータ２０６がズームモータである場合、モータ２０６は、ズームイン中にノイズの第１の周波数または周波数範囲を生成し、ズームアウト中に異なる周波数または周波数範囲を生成し得る。さらに、モータ２０６によって生成されるノイズは、最初に起動されたときはモータが加速し、または電源が落とされたときはモータが減速するため、異なり得る。ブロック３０６で示されるように、モータ２０６によって生成されるノイズは、異なる段階のそれぞれに対して適切なフィルタを形成する目的で、これらの異なる段階のそれぞれに相関し得る。しかしながら、代替として、一般にモータノイズを表す単一の音声シグネチャが取り込まれ得る。

　次に、ブロック３０８を参照すると、モータ動作の様々な段階に関連する音声シグネチャのそれぞれは、カメラメモリ２１４に格納される。当業者には理解されるように、これらのシグネチャには、風のノイズなど、環境からの妨害ノイズを表す音声成分が含まれ得る。これらの他のノイズのフィルタリングもまた望ましいと言う点では、これらの音声成分を格納することによって、このようなノイズも低減されるという当然の利点が得られる。

　次に、ブロック３１０で示されるように、１つまたはそれ以上のノイズフィルタ２２０が、ノイズ低減システム２１８によって形成される。これらのノイズフィルタ２２０は、上記のように取り込まれて格納された音声シグネチャを考慮して生成される。特に、フィルタ２２０は、カメラモータ２０６がカメラマイクロフォン１１０を用いた音声録音と同時に動作されるときに適用され得るように、音声シグネチャに含まれる音声の周波数を少なくとも低減および理想的には消去するように構成される。上記のように、このようなフィルタ２１８としては、既知の構成のノッチフィルタを挙げることができる。

　特に、ブロック３０２〜３１０に記載されるステップは、カメラに電源が投入された直後に自動的に行われ得る。カメラモータ２０６によって生成されるノイズは、カメラ１１０使用時に経時的に変化することがあるので、各電源投入後にステップを実施することによって、より有効なノイズ低減が得られる。電源投入中にこれらのステップを実施する代わりに、またはこれに加えて、これらのステップは、例えば、「再較正」コマンドがユーザインターフェース２０８を介して受け取られたときに、ユーザの要求によって実施され得る。このようなシナリオでは、環境ノイズ（例えば、風）は、音声シグネチャが異なる（例えば、風のない）環境（例えば、室内）で取り込まれた場合よりもより正確に低減され得る。

　次に、ブロック３１２を参照すると、音声を録音するコマンドが、ユーザインターフェース２０８を介して受け取られ得る。決定ブロック３１４において、ユーザインターフェース２０８を介したユーザ入力によって示されるように、カメラモータ２０６がこのような音声録音と同時に動作されるかどうかが決定される。このような同時の動作が発生しない場合には、モータノイズをフィルタリングする必要はなく、フローは、以下に記載される決定ブロック３１８へと続く。しかし、ブロック３１６で示されるように、録音およびモータ動作が同時に発生する場合には、音声シグネチャの録音中に取り込まれたモータノイズおよび任意の他の望ましくない音声成分は、生成されたノイズフィルタ２２０のうちの１つまたはそれ以上を用いて低減される。ブロック３０６に関連する上記の相互関連が発生すると想定すると、適切なフィルタ２２０は、モータ動作の各所定の段階に対して適用できる。例えば、モータ２０６がズームインするように用いられている場合、第１のフィルタ２２０が用いられ、モータがズームアウトするように用いられる場合、第２のフィルタが用いられ得る。当業者には理解されるように、許容可能なノイズのフィルタリングの結果は、単一のフィルタ２２０が、一般にモータノイズを示すノイズ低減システム２１８によって生成される場合に得ることができる。

　ここで、決定ブロック３１８を参照すると、さらなる音声が録音されるかどうかが決定され得る。録音されない場合には、ノイズ低減セッションのフローは停止する。一方、さらなる音声が録音される場合には、フローはブロック３１２に戻り、その位置から上記のように続行する。

　上記から理解できるように、カメラモータ２０６によって生成されるノイズのすべてではないがその大半は、ノイズ低減システム２１８を用いてフィルタリングされ得る。従って、フォーカスモータまたはズームモータが動作している一方で、より高品質な音声がユーザによって録音され得る。当業者であれば、この方法が、アパーチャー等の作動によって生成されるノイズなどの他のカメラノイズを抑制するように用いられ得る。事実、上記のノイズ低減方法は、風ノイズのみなどの非カメラノイズをフィルタリングするために用いられ得る。このような場合、過剰な風ノイズは、ノイズを生成するカメラ構成要素（例えば、モータ）が動作していないときでも、録音された音声から実質的に除去され得る。

　適用されるフィルタ２２０が適応型フィルタリング構成を用いて調整される場合、最も正確な低減結果を得ることができる。上記のように、このような結果は、ＬＭＳアルゴリズムを用いて達成され得る。図４は、ノイズフィルタ２２０を調整するためのフローを提供する。ブロック４００から開始して、ノイズは、図３に関連して記載したように、フィルタ２２０を用いて低減され、音声が録音される。次に、録音された音声は、ブロック４０２で示されるように、ノイズ低減システム２１８によって解析される。この解析には、録音された音声を以前に取り込まれた音声シグネチャと比較することによって、ノイズフィルタリングエラーの見積もりをすることを含み得る。この比較により、ブロック４０４で示されるように、ノイズ低減の有効性が判定され得る。この判定は、元の音声シグネチャのどのくらいが録音された音声に依然として存在するかを判定することによってなされ得る。この判定がなされた後、フィルタ２２０は、エラーの見積もりに従って、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いて、ブロック４０６で示されるように調整される。本明細書では、特に、ＬＭＳアルゴリズムについて記載しているが、適応型フィルタリングを容易にするようにフィルタ２２０を調整するために、他のアルゴリズムが用いられ得ることは、当業者であれば理解するであろう。しかし、ＬＭＳアルゴリズムは、その精度および容易性のため、特に適切であると考えられる。

　例示を目的として、上記の説明および図面では、本発明の特定の実施形態について詳細に開示したが、その変形および修正は、併記の特許請求の範囲に記載される発明の範囲を逸脱せずになされ得ることは、当業者には理解されるであろう。

ノイズ低減能力を有するデジタルカメラの概略斜視図である。 図１のカメラの例示的な実施形態のブロック図である。 ノイズが低減されるカメラの動作の実施形態のフロー図である。 適応型フィルタリング構成におけるフィルタの調整の実施形態のフロー図である。

符号の説明

１００：カメラ
１１０：マイクロフォン
２０６：カメラモータ
２１８：音声ノイズ低減システム

Claims (10)

1. 　マイクロフォンと、
   　音声を録音しているときに、前記マイクロフォンによって取り込まれる望ましくない音声ノイズを低減するように構成された音声ノイズ低減システムと、
   　を備えているカメラ。
2. 　前記音声ノイズ低減システムが、音声ノイズフィルタを備えている、請求項１に記載のカメラ。
3. 　前記ノイズフィルタが、カメラモータの音声シグネチャに関連する周波数をフィルタリングするように構成されている、請求項２に記載のカメラ。
4. 　前記ノイズフィルタが、環境ノイズに関連する周波数をフィルタリングするように構成されている、請求項２に記載のカメラ。
5. 　前記ノイズ低減システムが、ノイズフィルタリングエラーの見積もりに関連して前記ノイズフィルタを調整するように構成されている、請求項２に記載のカメラ。
6. 　前記ノイズ低減システムが、前記ノイズフィルタを調整するために用いられる最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを備えている、請求項５に記載のカメラ。
7. 　デジタルスチルカメラにおいてノイズを低減するための方法であって、
   　前記カメラのモータを動作させるステップと、
   　前記モータが動作している間に、前記モータの音声シグネチャを取り込むステップと、
   　前記音声シグネチャの周波数を低減するように構成されたノイズフィルタを生成するステップと、
   　前記モータの動作中に録音される音声に前記ノイズフィルタを適用するステップと、
   　を含む方法。
8. 　適応型フィルタリングを提供するよう前記ノイズフィルタを調整するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 　前記ノイズフィルタを調整するステップが、最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて前記ノイズフィルタを調整することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 　コンピュータ読出し可能媒体上に格納されたノイズ低減システムであって、
    　カメラモータの動作を容易にするように構成された論理と、
    　前記モータの音声シグネチャの取り込みを容易にするように構成された論理と、
    　前記音声シグネチャの周波数を低減するノイズフィルタを生成するように構成された論理と、
    　前記生成されたノイズフィルタをモータ動作中に録音される音声に適用し、前記モータの前記音声シグネチャに関連する周波数を低減するように構成された論理と、
    　を備えているノイズ低減システム。
    

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