JP2007150737A

JP2007150737A - 音声信号ノイズ低減装置及び方法

Info

Publication number: JP2007150737A
Application number: JP2005342521A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ozawa; 一彦小沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US7711557B2; KR20070055963A; US20070150261A1; CN101038744A; EP1791117A2

Abstract

【課題】長時間連続するノイズを低減する。
【解決手段】音声信号を入力する入力手段１と、音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段１０と、ノイズを除去するノイズ除去手段３と、音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段２５と、レベルエンベロープ検出手段２５からの信号レベルに応じて、ギャップ期間内においてレベル包絡線に応じた係数を生成する係数生成手段２６と、補間信号発生手段２２と、補間信号発生手段２２からの信号を、係数生成手段２６からの係数によりレベル変調するレベル変調手段２４と、ノイズ除去手段３からの出力とレベル変調手段２４からの出力を合成する合成手段２１と、ギャップ期間に対応する期間はこの合成手段２１からの信号を出力し、ギャップ期間以外ではこの音声信号を出力する切替え手段４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、デジタル家電機器に内蔵され小型マイクロホンから収録される音声信号のノイズ低減を行う音声信号ノイズ低減装置及び方法に関する。

ビデオカメラ、デジタルカメラ、ＩＣレコーダ等で本体に小型マイクロホンを内蔵するデジタル家電機器は、近年益々小型化がなされており、収録時において容易にマイクロホン付近に触れたり、各種機能スイッチＳＷのクリック操作により、キャビネットを伝播したノイズがマイクロホンに混入し、再生時に聞き苦しいショックノイズやタッチノイズ、クリックノイズが発生してしまう場合が多多ある。またデジタル家電機器に内蔵するテープ装置やディスク装置等の記録装置と内蔵マイクロホンとは近接し、記録装置より発生する振動ノイズや音響ノイズがマイクロホンに入力してしまう懼れがある問題も発生している。

このため従来からこれらのノイズを低減するために、内蔵マイクロホンのマイクユニットをキャビネットからゴムダンパー等のインシュレータで浮かせる構造をとったり、またゴムワイヤー等でマイクユニットを中空に浮かすような構造をとることで、キャビネットから伝わる振動を吸収しマイクユニットにこれらのノイズが伝わらないようにしていた。しかしこの方法においてもすべての振動を抑えることは出来ず、強振動や振動周波数によってはインシュレータの効果がなかったり、逆に固有の周波数で共振振動する場合もあり、構造設計が難しく、コストダウンや小型化の阻害要因になっていた。

これに対して、各種ノイズ除去方法について提案がされているが、前述したノイズは、キャビネットを伝わる振動によるものだけでなく、振動とともに空気中を音として伝播する音響ノイズも同時に発生しており、これによりマイクユニットへのノイズ伝達経路は複雑化し、従来のパッシブな方法ではこのノイズの低減に限界が有り、撮影者等が満足できるレベルには達していなかった。

そこで本出願人は、特許文献１（マイクロホン装置、ノイズ低減方法および記録装置）にて、同様の目的でノイズ低減手法を提案している。この特許文献１においては、適応フィルタを用いて擬似ノイズ信号を生成し、ノイズを含む音声信号からこの擬似ノイズ信号を減算することでノイズ低減を実現していた。
特開２００５−５７４３７号公報

然しながら、この特許文献１においては、このノイズ低減に用いる適応フィルタは、近似するノイズ信号が広帯域化する程、また連続する一区間の時間が長くなる程、必要とされるタップ数が多くなる傾向がある。たとえばサンプリング周波数４８ｋＨｚにおいて、ナイキスト周波数までの帯域で、１０ｍＳ区間のノイズ波形を近似しようとすれば４８０タップ程度の適応フィルタが必要になる。したがってこの演算処理に１サンプル当たりにタップ数の数倍の積和演算が必要になるために、演算規模が増大し、大きなロジック回路や高速なＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のハードウェアが必要であった。また演算処理による時間遅延も無視できず、音声信号も同時に遅延させる必要が生じるために、リアルタイムに収音できない場合があった。

ところで前述したようなショックノイズやタッチノイズ、クリックノイズの特徴として、時間的に常時継続して発生するわけではなく、発生は衝撃時のみに限られるために、おおよそ数ｍＳ〜数十ｍＳの時間で突発的に発生している場合がほとんどである。そこで本出願人は、特願２００４−１１７２４８（ノイズ低減方法及び装置）（以下前記先願という）にて、人間の聴覚によるマスキング現象を利用することで、効果的にノイズ低減を行うものを提案した。

ここで人間の聴覚マスキング現象について説明する。人間の聴覚は大きな騒音の中では、人の声が聞き取りにくくなるように、相対的に大きな音の陰にあるような小さな音の存在に気が付かない。このような現象はマスキング現象と呼ばれ、古くから研究が成されており、周波数成分や、音圧レベル、持続時間などの特性に依存することが知られているが、未だ詳細なメカニズムは研究途中である。

この聴覚マスキング現象は周波数マスキングと時間マスキングに大別され、さらに時間マスキングは同時マスキングと非同時マスキング（継時マスキングとも呼ばれる）に分けられる。そして現在ではこのマスキング現象を利用してＣＤ（コンパクトディスク）のオーディオ信号を、たとえば１／５〜１／１０に圧縮する高能率符号化などにも応用されてきている。

そして前記先願において主に利用する非同時マスキング現象について、図１１を参照して説明する。図１１Ａは、縦軸が信号レベルの絶対値、横軸が時間経過を表しており、まず信号Ａが所定レベルで入力し、さらに無信号のギャップ期間の後に、信号Ｂが所定レベルで入力する場合を示している。このとき人間の聴感レベルは図１１Ｂのように模式的に示される。つまり人間の聴感では、信号Ａが去った後でも信号Ａのパターンがしばらく感度が低下するが残存する。これを前方（順向）マスキングと呼び、図の斜線部分に別の音が存在しても聞き取れなくなる。次に信号Ｂが入力する直前にも聞き分けられなくなる感度低下が発生し、これを後方（逆向）マスキングと呼び、図の斜線部分に別の音が存在しても聞き取れなくなる。

通常は、後方マスキング量に対して前方マスキング量の方が大きく、時間的には条件にも左右されるが、最大で数百ｍＳ程度発生する。そしてある条件下においては、図１１のギャップ期間は聴感上で認知されずに、信号Ａと信号Ｂが連続音として聞こえる現象が発生し、Ｒ．Ｐｌｏｍｐのギャップ検出ついての研究論文（１９６３）や、三浦（ソニー、ＪＡＳ．Ｊｏｕｒｎａｌ９４．１１月号）、さらに聴覚心理学概論（Ｂ．Ｃ．Ｊ．ムーア著、大串健吾監訳、誠信書房、第４章／聴覚系の時間分解能）に示されるように、以下の条件下では、その時間ギャップが数ｍＳ〜数十ｍＳ以上まで認知されなくなる。

（１）信号Ａと信号Ｂの周波数帯域に相関性があればギャップ長が大きくなる、または周波数的に信号Ａと信号Ｂの連続性が保たれていればギャップ長は大きくなる。
（２）信号は単一正弦波よりも、帯域信号の方が、ギャップ長は大きくなる。
（３）信号Ａと信号Ｂのレベルは、両者が同じであれば、小さい方がギャップ長は大きくなり、ある程度以上にレベルが大きくなるとギャップ長は変化しない。
（４）信号Ａよりも信号Ｂのレベルを小さくした方が、ギャップ長は大きくなる。
（５）信号に含まれる中心周波数が低いほどギャップ長が大きく、周波数が高くなるほどギャップ長が小さくなる。

このように、これらギャップ長の検知条件（以降の説明においてこれらの条件をマスキング条件（１）〜（５）という）を踏まえて人間の聴覚に認識されないように、前述したショックノイズやタッチノイズ、クリックノイズを除去するものであるが、前記先願、特願２００４−１１７２４８（ノイズ低減方法及び装置）は、このノイズ発生時にマスキング条件に合わせて、適宜にギャップ長を制御するものであった。しかし上記マスキング条件におけるギャップ長が小さくなるような条件下では、一例でマスキング条件（２）から、信号Ａ及びＢが正弦波に近いようなトーン信号である場合、もしくはマスキング条件（３）から、信号Ａ及びＢのレベルがある程度大きい場合、もしくはマスキング条件（５）から、信号Ａ及びＢに含まれる周波数帯が比較的に高域にある場合には、マスキングされるギャップ長よりも発生するノイズ期間の方が長くなる場合もあり、ノイズ信号の一部期間が除去できない問題が発生してしまう不都合があった。

この前記先願、特願２００４−１１７２４８（ノイズ低減方法及び装置）のノイズ低減装置の例を図１２を参照して説明する。この例では、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等のディスク装置におけるシーク動作により発生するノイズを低減することを目的としている。まずハードディスク１６の表面上の磁性膜にＶＣＭ（ボイスコイルモータ）１４に取り付けられた磁気ヘッド１５により情報を読み書きするように成されているが、ハードディスク１６はスピンドルモータ１７により所定の回転数を保持するようにＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）内蔵マイコン１０からのサーボ信号１１により制御される。またこのＶＣＭ１４は同様にＤＳＰ内蔵マイコン１０からの位置制御信号１３により駆動されて、磁気ヘッド１５がハードディスク１６の所定位置にデータがリード／ライトされるように制御される。

そしてシーク動作時に発生するノイズはこのＶＣＭ１４がディスク上のデータのリード／ライト位置まで磁気ヘッド１５を急加速、及び急減速動作するときに発生するアクチュエータ部分の振動が原因であり、このノイズ発生に合わせてＤＳＰ内蔵マイコン１０からノイズタイミング信号１２がギャップ期間生成手段８に出力される。またマイク１は任意のマイクロホンユニットであり、このマイク１の出力の−側端子は回路のグランド（ＧＮＤ）に接地されており、＋側端子が増幅器（ＡＭＰ）２に接続されて出力信号が取り出される。

この出力信号は切替えスイッチ４の一方の固定接点４ａに供給されると共に、ノイズ除去手段３を介してこの切替えスイッチ４の他方の固定接点４ｂに供給され、更にレベル検出手段６に入力されて音声レベルが検出され、この音声レベルからマスキング量判定手段７にてマスキング量が判定され、前述のギャップ期間生成手段８へ出力される。そしてここで生成されたギャップ長に合わせて、前述の切替えスイッチ４により選択された信号が可動接点４ｃを介して出力端子５より出力される。

ここで図１２のノイズ低減装置の例について動作を説明する。マイク１からは音声信号にＨＤＤからのノイズ信号が混入した信号が出力されるが、前述したようにターゲットとするノイズは時間的に常時継続して発生せずに衝撃時のみに限られるために、非衝撃時はマイク１からの音声信号がそのまま出力されるように切替えスイッチ４の可動接点４ｃを一方の固定接点４ａに接続する如く制御し、衝撃時はギャップ期間生成手段８にて生成されるギャップ期間だけ切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂ側に切替えて接続し、ノイズ除去手段３によりノイズ信号を遮断する。

そして同時に音声信号も入力している場合には、この音声信号も遮断してしまうが、入力する音声信号のレベルをレベル検出手段６で検出し、このレベルよりマスキング量判定手段７とギャップ期間生成手段８にて人間の聴覚上でマスキングされるギャップ期間を生成して、このギャップ時間に従ってこの切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂに接続する時間を制御するようにしている。

次に図１３を参照して前記先願のノイズ低減装置の他の例を説明するが、図１２に対応する部分には同一符号を付して示す。この図１３例はタッチノイズやクリックノイズをターゲットとし、まずマイク１は任意のマイクロホンユニットであり、マイク１の出力の−側端子は回路のグランド（ＧＮＤ）に接地されており、＋側端子が増幅器（ＡＭＰ）２に接続されて、出力信号が取り出される。

またセンサ１８は、その−側端子が回路のグランド（ＧＮＤ）に接地されており、＋側端子が増幅器（ＡＭＰ）１９に接続され、その出力信号がコンパレータ（比較器）２０に入力されて、入力端子９よりの別途設定されるＲＥＦ（基準）レベルの信号レベルと比較され、その結果がコンパレータ２０から、ギャップ期間生成手段８へ出力される。

また前述した増幅器２の出力信号は切替えスイッチ４の一方の固定接点４ａに供給されると共に、レベル検出手段６に入力されて音声レベルが検出され、さらにこの音声レベルからマスキング量判定手段７にてマスキング量が判定され、前述のギャップ期間生成手段８へ出力される。そしてここで生成されたギャップ長に合わせて、この切替えスイッチ４の他方の固定接点４ｂが回路のグランド（ＧＮＤ）に接地された前述の切替えスイッチ４により選択された信号が出力端子５より出力される。

ここで図１３の前記先願のノイズ低減装置の他の例の動作を説明する。マイク１からは音声信号にノイズ発生源からの騒音信号が混入した信号が出力されるが、前述したようにターゲットとするタッチノイズ、クリックノイズは時間的に常時継続して発生せずに衝撃時のみに限られるために、非衝撃時はマイク１からの音声信号がそのまま出力されるように切替えスイッチ４の可動接点４ｃを一方の固定接点４ａに接続する如く制御し、センサ１８によりターゲットとする衝撃が検出された場合のみ切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂ（ＧＮＤ）側に切替えて接続し、騒音信号を遮断する。

そして同時に音声信号も入力している場合には、この音声信号も遮断してしまうが、この入力する音声信号のレベルをレベル検出手段６で検出し、このレベルよりマスキング量判定手段７とギャップ期間生成手段８にて人間の聴覚上でマスキングされるギャップ期間を生成して、このギャップ期間に従ってこの切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂ（ＧＮＤ）側に切替えて接続する時間を制御するようにしている。

更に前述のコンパレータ２０では、たとえば基準レベル入力９で設定されるレベルよりもセンサ１８から出力される振動信号が大きい場合には衝撃時と判断し、逆に小さい場合には非衝撃時と判断する。そしてマスキング量判定手段７はレベル検出手段６からのレベルにより、前述したマスキング条件（３）から音声レベルが大きい場合より小さい場合に、よりギャップ期間を長くする。またマスキング条件（４）から音声レベルが時間的に上昇傾向の場合より下降傾向の場合のほうが、よりギャップ期間を長くできるなどを判定してギャップ生成期間を制御する。

本発明は、前記先願を改良し、長時間連続するノイズをも低減することができるようにすることを目的とする。

本発明音声信号ノイズ低減装置は、１つ以上の音声信号を入力する入力手段と、この音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段と、この音声信号からノイズを除去するノイズ除去手段と、この音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段と、このレベルエンベロープ検出手段からの信号レベルに応じて、このギャップ期間内においてこのレベル包絡線に応じた係数を生成する係数生成手段と、補間信号発生手段と、この補間信号発生手段からの信号を、この係数生成手段からの係数によりレベル変調するレベル変調手段と、このノイズ除去手段からの出力とこのレベル変調手段からの出力を合成する合成手段と、このギャップ期間に対応する期間はこの合成手段からの信号を出力し、ギャップ期間以外ではこの音声信号を出力する切替え手段とを備えるものである。

本発明音声信号ノイズ低減装置は、１つ以上の音声信号を入力する入力手段と、この音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段と、この音声信号からノイズを除去するノイズ除去手段と、この音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段と、このレベルエンベロープ検出手段からの信号レベルより、このギャップ期間内において人間の聴覚上でマスキングされるレベルを判定するマスキング量判定手段と、補間信号発生手段と、この補間信号発生手段からの信号を、このマスキング量判定手段から生成する係数によりレベル変調するレベル変調手段と、このノイズ除去手段からの出力とこのレベル変調手段からの出力を合成する合成手段と、このギャップ期間に対応する期間はこの合成手段からの信号を出力し、ギャップ期間以外ではこの音声信号を出力する切替え手段とを備えるものである。

本発明音声信号ノイズ低減装置は、１つ以上の音声信号を入力する入力手段と、この音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段と、この音声信号からノイズを除去するノイズ除去手段と、この音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段と、このレベルエンベロープ検出手段からの信号レベルに応じて、このギャップ期間内においてこのレベル包絡線に応じたレベル係数を生成する第１の係数生成手段と、この音声信号の周波数スペクトルを連続的に検出するスペクトルエンベロープ検出手段と、このスペクトルエンベロープ検出手段からのスペクトル情報に応じて、このギャップ期間内におけるスペクトル係数を生成する第２の係数生成手段と、補間信号発生手段と、この補間信号発生手段からの信号を、この第１の係数生成手段からの係数によりレベル変調するレベル変調手段、及びこの第２の係数生成手段からの係数により周波数変調する可変フィルタ手段を介して、このノイズ除去手段からの出力と合成する合成手段と、このギャップ期間に対応する期間はこの合成手段からの信号を出力し、ギャップ期間以外ではこの音声信号を出力する切替え手段とを備えるものである。

本発明音声信号ノイズ低減方法は、入力された１つ以上の音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成し、この音声信号のレベル包絡線を連続的に検出し、この検出信号レベルに応じてこのレベル包絡線に応じた係数を生成し、補間信号を発生して、この補間信号をこの係数によりレベル変調し、このレベル変調出力とこの音声信号からノイズを除去したノイズ除去出力とを合成し、このギャップ期間に対応する期間はこの合成した信号を出力し、このギャップ期間以外ではこの音声信号をそのまま出力するものである。

本発明音声信号ノイズ低減方法は、入力された１つ以上の音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成し、この音声信号のレベル包絡線を連続的に検出し、この検出信号レベルよりこのギャップ期間内において人間の聴覚上でマスキングされるレベルを判定し、補間信号を発生して、この補間信号をこのマスキングレベル判定により生成した係数によりレベル変調し、このレベル変調出力とこの音声信号からノイズを除去したノイズ除去出力とを合成し、このギャップ期間に対応する期間は該合成した信号を出力し、このギャップ期間以外ではこの音声信号をそのまま出力するものである。

本発明音声信号ノイズ低減方法は、入力された１つ以上の音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成し、この音声信号のレベル包絡線を連続的に検出し、この検出信号レベルに応じてこのレベル包絡線に応じたレベル係数を生成し、この音声信号の周波数スペクトルを連続的に検出し、この検出スペクトル情報に応じてこのギャップ期間内におけるスペクトル係数を生成し、補間信号を発生して、この補間信号をこのレベル係数によりレベル変調すると共にこのスペクトル係数により周波数変調し、このレベル変調出力とこの音声信号からノイズを除去したノイズ除去出力とを合成し、このギャップ期間に対応する期間はこの合成した信号を出力し、このギャップ期間以外ではこの音声信号をそのまま出力するものである。

本発明によれば、ギャップ期間を別途に生成する信号でレベルエンベロープ補間するようにしたので、より長時間連続するノイズも低減することができる。

本発明によれば、人間の聴覚マスキングのうちの時間マスキングを考慮して、ギャップ期間中のマスキングの効かない不足部分を補間するようにしたので、より長時間連続するノイズも低減することができる。

また、本発明によれば、ギャップ期間内に補間する信号を、レベル変調だけでなく、周波数特性も可変するようにしたので、より信号の連続性を保ち、さらにマスキング効果を上げることができる。

以下、図面を参照して本発明音声信号ノイズ低減装置及び方法を実施するための最良の形態の例につき説明する。図１において、図１２と対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。

図１例においては、図１２と同様にＨＤＤを制御するＤＳＰ内蔵マイコン１０から生成されるノイズタイミング信号１２は、そのまま切替えスイッチ４の制御信号として、シーク動作時には、この切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂに接続する如く制御して加算器２１からの信号を選択し、それ以外ではこの切替えスイッチ４の可動接点４ｃを一方の固定接点４ａに接続する如く制御してマイク１からの音声信号を選択し、出力端子５より出力する。従って図１２のようにギャップ期間の制御は行わない。

またノイズ除去フィルタ手段３はノイズが含まれる帯域をすべて減衰するように、例えば単一もしくは複数の帯域をターゲットとするＢＥＦ（Band Elimination Filter）等のフィルタで構成され、ＨＤＤであればシーク時の磁気ヘッド１５の急加速、及び急減速動作するときに発生するアクチュエータ部分の振動音の周波数分布をあらかじめ求めておき、その周波数帯を落とすように、このＢＥＦを設定しておく。またアクチュエータの加減速の変化特性（シークプロファイル）に合わせて、そのモード毎に複数のＢＥＦを用意して切替えるようにしても良い。

また図示はしないが、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスク装置におけるシーク動作の場合には、ピックアップを動かすトラッキングモータなどの振動音を含む帯域を、このノイズ除去フィルタ手段３を構成するＢＥＦにて落とすようにする。

ところで前述したようなノイズ周波数帯域をすべて前述のノイズ除去フィルタ手段３で遮断すると、その帯域内の音声信号も同時に除去してしまうために、ギャップ期間が聴感上で感じられてしまう不具合が生じる。そこで前記先願では、このギャップ期間を、人間の聴覚のマスキング効果が及ぼす範囲内に抑えることによりノイズ低減を実現していた。

しかし前述したように発生するノイズ期間によっては、マスキングされるギャップ期間よりもノイズ期間の方が長くなり、ノイズ信号の一部期間が除去できない問題が発生してしまう。従って本例では聴感上でマスキング効果がアップするようにギャップ期間内に補間信号を生成して加算器２１で加算するようにしている。

まずギャップ期間の信号補間例を、図２を用いて説明する。ここではギャップ期間を信号Ａと信号Ｂのレベルの連続性を保つようにレベル包絡線（以下、レベルエンベロープという）を形成しており、ギャップ期間内を斜線部分のように補間信号を生成して加算器２１で加算することにより、聴感上でギャップが感じられないようにしている。

すなわち図１例では、後述する補間信号発生手段２２にて補間信号を生成し、その信号をこのノイズ除去フィルタ手段３の逆フィルタ特性、つまり阻止帯域が通過帯域であり、逆に通過帯域が阻止帯域とする特性をもつ逆フィルタ手段２３を通し、更にレベル変調手段２４にてレベルを変調して加算器２１に入力する。またマイク１よりの入力信号は、レベルエンベロープ検出手段２５にて入力する信号のレベルエンベロープを連続的に検出し、この検出レベルに応じて係数生成手段２６にて、前述のレベル変調手段２４でこのギャップ期間を図２の補間信号のように連続的にレベル変調係数を生成する。

ここでこの補間信号発生手段２２について図３を参照して説明する。ここでは所定周期の単一もしくは複数の正弦波やパルス波などで構成される信号を発生するトーン信号発生手段４１と、音声帯域の全帯域にレベルが均一なホワイトノイズ信号を発生するＭ系列信号発生手段４２からの出力信号をミックス手段４３にて所定比率でミックスした信号を出力端子４４より出力して補間信号としている。

これは一般的な音声信号が、周波数特性で所定周波数に単一もしくは複数のピークをもつトーン信号と、周波数特性で比較的に平坦なランダム信号から成り立っているためであり、ミックス手段４３のミックス比は、このノイズ除去フィルタ手段３によるノイズ除去帯域特性により、適宜ミックス比を最適化するが、どちらかをゼロとして、たとえばＭ系列信号発生手段４２からのランダム信号のみを使用するようにしても良い。

更に図４を参照して、レベルエンベロープ検出手段２５のエンベロープ検出例を説明する。まず図４Ａの任意の入力波形を図４Ｂのように絶対値化し、更にローパスフィルタ（ＬＰＦ）等で低域成分のみを抽出して平滑化すると図４Ｃの太線のように入力信号レベルのレベルエンベロープが検出される。ところで図１例では音声信号に含まれるギャップ期間内の瞬時ノイズ信号もエンベロープ検出されてしまうが、前述の平滑化により瞬時ノイズのような急激なレベル変化には前述ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の作用によりほとんどエンベロープ検出されない。

ところで図１例の切替えスイッチ４は、図５で説明するクロスフェード切替えスイッチに置き換えても良い。図５Ａのブロック例でＴＨＲ入力端子３１は、切替えスイッチ４の一方の固定接点４ａに相当し、ＣＯＭ入力端子３２は、切替えスイッチ４の他方の固定接点４ｂに相当し、夫々に乗算器等で構成される、アッテネータ（以下ＡＴＴという）３４とＡＴＴ３５を介して、加算器３７で両者を合成し出力端子３８より出力する。また入力端子３３よりノイズタイミング信号１２が入力し、制御係数生成回路３９でＡＴＴ３４の制御係数を生成し、更に係数反転回路３６を介してＡＴＴ３５を制御する。ここで図５Ｂ、Ｃのタイミング制御例のように制御すると、出力はＴＨＲ信号がこの制御係数生成回路３９で生成される制御係数により、所定時定数にてＡＴＴ３４で切替えられ、同時に係数反転回路３６にて反転された逆特性の制御係数によりＡＴＴ３５が制御されると、出力は実線と破線ように所定の時定数をもってクロスフェードするように切り替わるために、オーバーシュートやリンギングが発生せず、更に切り替わり時のＴＨＲ信号とＣＯＭ信号の波形の不連続性が聴感上で吸収されるためにマスキング効果に有利に働くメリットがある。またこのときの信号補間の様子を図６の信号補間例として示す。

次に図７を参照して本発明の音声信号ノイズ低減装置を実施するための最良の形態の他例を説明する。この図７において図１３に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。この図７においては、マイク１からは音声信号にノイズ発生源からの騒音信号が混入した信号が出力されるが、図１３と同様に非衝撃時はマイク１からの音声信号がそのまま出力されるようにこの切替えスイッチ４の可動接点４ｃを一方の固定接点４ａに接続する如く制御し、センサ１８によりターゲットとする衝撃が検出された場合のみこの切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂに接続する如く制御し、騒音信号を遮断する。

そして同時に音声信号も入力している場合には、この音声信号も遮断してしまうが、ここでは入力する音声信号のレベルを連続的にレベルエンベロープ検出手段２５で検出し、このレベルよりマスキング量判定手段２８にて人間の聴覚上でマスキングされるマスキング量を判定して、さらにこのマスキング量に従って係数生成手段２６にて、図１例と同様に構成される、補間信号発生手段２２と逆フィルタ手段２３とから生成される補間信号をレベル変調手段２４にてレベル変調を行うためのレベル係数を生成し、加算器２１に出力する。

ここで図７におけるギャップ期間の信号補間例を、図８を参照して説明する。この図７例は図８に示す如く図１１に示した聴感レベルにおけるマスキング作用を考慮して、ギャップ期間中の聴感レベルにおける不足部分（図１１のΔＳ）を別信号で補うことに相当し、図８のギャップ期間内をたとえば斜線部分のように補間信号を生成して加算器２１で加算することにより、聴感上でギャップが感じられないようにしている。また図８では図２のように信号Ａと信号Ｂのレベルの連続性を確保する必要はなく、あくまでも聴感上でギャップ期間がマスキングされるようにレベル補間している。

また図７の切替えスイッチ４は図１例と同様に図５で説明したクロスフェード切替えスイッチに置き換えても良い。

ここで図７における音声信号ノイズ低減装置の動作について図９を参照して説明する。図９Ａはターゲットノイズ信号の一例を示しており、図示したようなショックノイズ信号がマイク１より入力される。またこれと同タイミングにショックノイズがセンサ１８により図９Ｂのように検出されたとすると、コンパレータ２０では、入力端子９からの基準レベルと比較される。そして図９Ｃに示すように基準レベルよりもレベルが大きいタイミング期間をノイズ除去期間とし、ノイズタイミング信号１２として切替えスイッチ４に供給し、補間信号を挿入する。

次に図１０を参照して、本発明の音声信号ノイズ低減装置を実施するための最良の形態の更に他の例を説明する。この図１０例において図１及び図７例に対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

図１及び図７例では前述したマスキング条件（３）及び（４）を考慮して、レベル方向の連続性を満足するようにギャップ期間を補間信号によりレベル変調を行っていた。図１０例ではこれに加えてマスキング条件（１）を考慮して、周波数方向の連続性を満足するようにギャップ期間を補間信号により周波数変調を行っている。これによりマスキング効果を、更に上げることができる。

まず図１２と同様にＨＤＤを制御するＤＳＰ内蔵マイコン１０からのノイズタイミング信号１２は、そのまま切替えスイッチ４の制御信号として、シーク動作時には、切替えスイッチ４の可動接点４ｃを他方の固定接点４ｂに接続する如く制御して加算器５４からの信号を選択し、それ以外では切替えスイッチ４の可動接点４ｃを一方の固定接点４ａに接続する如く制御してマイク１からの音声信号を選択し、出力端子５より出力する。

またノイズ除去フィルタ手段３はノイズが含まれる帯域をすべて落とすように、図１例と同様に構成され、また同様に補間信号発生手段２２及び、このノイズ除去フィルタ手段３の逆フィルタ特性をもつ逆フィルタ手段２３からの補間信号が、処理の順序を限定しない可変フィルタ手段５３とレベル変調手段２４を介して、この加算器５４で加算される。ここでレベル変調手段２４は図１例と同様にレベルエンベロープ検出手段２５と係数生成手段２６にて生成される係数で、レベルエンベロープを連続的に検出しこのギャップ期間を図２の補間信号のように連続的にレベル変調する。

更にスペクトルエンベロープ検出手段５１は、入力信号の周波数スペクトルを連続的に検出するため、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）手段や複数の帯域分割手段により入力信号の周波数毎のレベルを検出し、そして係数生成手段５２にてこの可変フィルタ手段５３において、前述の検出した周波数スペクトルを再現するようにフィルタ係数を生成する。これによりこのギャップ期間をレベルだけでなく、周波数成分でも連続的に補間するために、よりマスキング効果を上げることができる。なおレベルエンベロープ検出手段２５と係数生成手段２６は、図７のレベルエンベロープ検出手段２５とマスキング量判定手段２８に置き換えて、レベルを図８のように補間しても良い。また切替えスイッチ４は図５のクロスフェード切替えスイッチに置き換えても良い。

前記先願の特願２００４−１１７２４８（ノイズ低減方法及び装置）は、人間の聴覚マスキングを利用して、単純にノイズ発生期間のみゲートするノイズ低減手法であるが、本例においてはギャップ期間を別途に生成する信号でレベルエンベロープ補間するようにしたので、より長時間連続するノイズも低減することができる。

また、本例によれば人間の聴覚マスキングのうちの時間マスキングを考慮して、ギャップ期間中のマスキングの効かない不足部分を補間するので、より長時間連続するノイズも低減することができる。

本例によれば、音声信号全般に含まれるクリックノイズ、ショックノイズの除去に効果があり、特にマイクロホンを内蔵するような小型機器で発生するノイズに効果がある。

本例によれば、ノイズ発生期間を検出する手法としてセンサを利用し、ノイズレベルの大きい期間を抽出する。たとえばセンサをノイズ発生源付近に設置すれば、容易にノイズを検出でき、またセンサを複数用意して検出精度を上げることもできる。またコンパレータにおける基準レベルを調整することで、ノイズレベルの最も大きいタイミングが検出して除去することが可能であり、ギャップ期間が短い場合でも除去効果を大きくすることができる。

また、本例によれば、例えばディスク装置から発生するシークノイズのように、ノイズ発生源がマイコン等により制御されている場合には、あらかじめノイズタイミング情報が存在するために、センサ等を用いなくても容易にノイズ発生期間が限定できる。

本例によれば、ギャップ期間を、ノイズ帯域のみフィルタ等で除去してノイズと共に音声信号を完全に除去しても、聴覚上でマスキングされるようにギャップ期間を補間するために不具合が発生しない。またギャップ期間の前後でノイズ帯域以外の帯域信号に連続性が保たれるために、マスキングされるギャップ時間が長く取れるメリットがある。

本例によれば、音声信号は、複数の正弦波の合成信号であるが、これを再現するために、繰り返し周期信号とランダム信号を合成することで、比較的容易に生成することができる。また本例では、音声信号を忠実に再現する必要はなく、あくまでもギャップ期間内の不足感を補い、マスキング条件を満足するように信号補間している。

本例によれば、通常時とギャップ期間の切り替わり時のオーバーシュートやリンギングが発生せず、また高調波ノイズの発生による広帯域化が起こらないためにマスキング効果に有利に働くメリットがある。

本例によれば、ギャップ期間内に補間する信号を、レベル変調だけでなく、周波数特性も可変することにより、より信号の連続性を保ち、更にマスキング効果を上げることができる。

尚、上述例は、１つのマイクによる単チャンネルで説明したが、２チャンネル以上の複数チャンネルについても同様に構成できることは容易に理解できよう。

また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明音声信号ノイズ低減装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。本発明の説明に供する線図である。補間信号発生手段の例を示す構成図である。本発明の説明に供する線図である。Ａ図はクロスフェード切替えスイッチの例を示す構成図，Ｂ図及びＣ図発振周波数その説明に供する線図である。本発明の説明に供する線図である。本発明音声信号ノイズ低減装置を実施するための最良の形態の他の例を示す構成図である。本発明の説明に供する線図である。本発明の説明に供する線図である。本発明音声信号ノイズ低減装置を実施するための最良の形態の更に他の例を示す構成図である。本発明の説明に供する線図である。音声信号ノイズ低減装置の例を示す構成図である。音声信号ノイズ低減装置の他の例を示す構成図である。

符号の説明

１…マイク、２、１９…増幅器、３…ノイズ除去フィルタ手段、４…切替えスイッチ、５…出力端子、９…基準レベル入力端子、１０…ＤＳＰ内蔵マイコン、１２…ノイズタイミング信号、１８…センサ、２０…コンパレータ、２１、５４…加算器、２２…補間信号発生手段、２３…逆フィルタ手段、２４…レベル変調手段、２５…レベルエンベロープ検出手段、２６、５２…係数生成手段、２８…マスキング量判定手段、５１…スペクトルエンベロープ検出手段、５３…可変フィルタ手段

Claims

１つ以上の音声信号を入力する入力手段と、前記音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段と、前記音声信号からノイズを除去するノイズ除去手段と、前記音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段と、前記レベルエンベロープ検出手段からの信号レベルに応じて、前記ギャップ期間内において前記レベル包絡線に応じた係数を生成する係数生成手段と、補間信号発生手段と、前記補間信号発生手段からの信号を、前記係数生成手段からの係数によりレベル変調するレベル変調手段と、前記ノイズ除去手段からの出力と前記レベル変調手段からの出力を合成する合成手段と、前記ギャップ期間に対応する期間は前記合成手段からの信号を出力し、ギャップ期間以外では前記音声信号を出力する切替え手段とを備えることを特徴とする音声信号ノイズ低減装置。
１つ以上の音声信号を入力する入力手段と、前記音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段と、前記音声信号からノイズを除去するノイズ除去手段と、前記音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段と、前記レベルエンベロープ検出手段からの信号レベルより、前記ギャップ期間内において人間の聴覚上でマスキングされるレベルを判定するマスキング量判定手段と、補間信号発生手段と、前記補間信号発生手段からの信号を、前記マスキング量判定手段から生成する係数によりレベル変調するレベル変調手段と、前記ノイズ除去手段からの出力と前記レベル変調手段からの出力を合成する合成手段と、前記ギャップ期間に対応する期間は前記合成手段からの信号を出力し、ギャップ期間以外では前記音声信号を出力する切替え手段とを備えることを特徴とする音声信号ノイズ低減装置。
前記音声信号は、マイクロホンから得られた音声信号であることを特徴とする請求項１、又は２に記載の音声信号ノイズ低減装置。
前記タイミング生成手段は、センサによるノイズ検出信号が所定レベル以上である期間をノイズの発生期間としたことを特徴とする請求項１、又は２に記載の音声信号ノイズ低減装置。
前記タイミング生成手段は、ノイズ発生源を駆動する駆動信号に基づくノイズ発生期間からギャップ期間を生成することを特徴とする請求項１、又は２に記載の音声信号ノイズ低減装置。
前記ノイズ除去手段は、ノイズ帯域を除去するフィルタで構成されることを特徴とする請求項１、又は２に記載の音声信号ノイズ低減装置。
前記補間信号発生手段は、所定波形及び所定周期からなる複数もしくは単一の周期信号、または音声帯域にレベルが均一なランダム信号、及び両者の所定比による合成信号、または前記周期信号、もしくは前記ランダム信号、もしくは前記合成信号を前記ノイズ除去手段の除去帯域を通過帯域とするフィルタを介した信号を発生することを特徴とする請求項６に記載の音声信号ノイズ低減装置。
前記切替え手段は、クロスフェード切替えであることを特徴とする請求項１、又は２に記載の音声信号ノイズ低減装置。
１つ以上の音声信号を入力する入力手段と、前記音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成するタイミング生成手段と、前記音声信号からノイズを除去するノイズ除去手段と、前記音声信号のレベル包絡線を連続的に検出するレベルエンベロープ検出手段と、前記レベルエンベロープ検出手段からの信号レベルに応じて、前記ギャップ期間内において前記レベル包絡線に応じたレベル係数を生成する第１の係数生成手段と、前記音声信号の周波数スペクトルを連続的に検出するスペクトルエンベロープ検出手段と、前記スペクトルエンベロープ検出手段からのスペクトル情報に応じて、前記ギャップ期間内におけるスペクトル係数を生成する第２の係数生成手段と、補間信号発生手段と、前記補間信号発生手段からの信号を、前記第１の係数生成手段からの係数によりレベル変調するレベル変調手段、及び前記第２の係数生成手段からの係数により周波数変調する可変フィルタ手段を介して、前記ノイズ除去手段からの出力と合成する合成手段と、前記ギャップ期間に対応する期間は前記合成手段からの信号を出力し、ギャップ期間以外では前記音声信号を出力する切替え手段とを備えることを特徴とする音声信号ノイズ低減装置。
入力された１つ以上の音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成し、前記音声信号のレベル包絡線を連続的に検出し、該検出信号レベルに応じて前記レベル包絡線に応じた係数を生成し、補間信号を発生して、該補間信号を前記係数によりレベル変調し、該レベル変調出力と前記音声信号からノイズを除去したノイズ除去出力とを合成し、前記ギャップ期間に対応する期間は該合成した信号を出力し、前記ギャップ期間以外では前記音声信号をそのまま出力することを特徴とする音声信号ノイズ低減方法。
入力された１つ以上の音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成し、前記音声信号のレベル包絡線を連続的に検出し、該検出信号レベルより前記ギャップ期間内において人間の聴覚上でマスキングされるレベルを判定し、補間信号を発生して、該補間信号を前記マスキングレベル判定により生成した係数によりレベル変調し、該レベル変調出力と前記音声信号からノイズを除去したノイズ除去出力とを合成し、前記ギャップ期間に対応する期間は該合成した信号を出力し、前記ギャップ期間以外では前記音声信号をそのまま出力することを特徴とする音声信号ノイズ低減方法。
入力された１つ以上の音声信号に含まれるノイズ発生源より混入するノイズの発生期間に応じたギャップ期間を生成し、前記音声信号のレベル包絡線を連続的に検出し、該検出信号レベルに応じて前記レベル包絡線に応じたレベル係数を生成し、さらに前記音声信号の周波数スペクトルを連続的に検出し、該検出スペクトル情報に応じて前記ギャップ期間内におけるスペクトル係数を生成し、補間信号を発生して、該補間信号を前記レベル係数によりレベル変調すると共に前記スペクトル係数により周波数変調し、該レベル変調出力と前記音声信号からノイズを除去したノイズ除去出力とを合成し、前記ギャップ期間に対応する期間は該合成した信号を出力し、前記ギャップ期間以外では前記音声信号をそのまま出力することを特徴とする音声信号ノイズ低減方法。