JP2009065556A - ノイズ抑制装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ノイズ低減と音質向上の両立を図りつつ受信信号に重畳されるノイズを抑制する。
【解決手段】受信信号に重畳されるノイズを検出して当該ノイズを抑制するノイズ抑制装置において、前記受信信号を周波数変換して得られる中間周波信号を実部と虚部によって表現される複素信号に変換する複素信号生成部と、前記複素信号のレベル変化量がノイズ発生の指標となる所定の閾値を上回るか否かを検出するノイズ検出部と、前記レベル変化量が前記所定の閾値を上回る場合、前記複素信号のレベルを抑制するノイズ抑制部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、ノイズ抑制装置に関する。
AMラジオ放送の振幅変調信号を受信するAMラジオ受信装置では、突発的なパルスノイズや定常的な定常ノイズ(弱電界時のフロアノイズ等)といった様々なノイズの影響を受けることが知られており、ノイズの性質に応じた各種のノイズ対策が求められている。
例えば、パルスノイズ向けのノイズ対策としては、受信した振幅変調信号に重畳されるパルスノイズを高域通過フィルタ等で検出して、線形補間やオーディオ信号の出力を一時的に遮断すること等により除去する所謂ノイズキャンセラの仕組みが提案されている(例えば、以下に示す特許文献1を参照)。
また、例えば、定常ノイズ向けのノイズ対策としては、AM検波後のオーディオ信号に重畳される当該定常ノイズを高域通過フィルタ等で検出して、ミューティング処理(オーディオ信号の出力を一時的に遮断または一定の低レベルにする処理)によりオーディオ信号自体を減衰させることで当該定常ノイズを抑制する仕組みが提案されている(例えば、以下に示す特許文献2を参照)。
特開2007−28290号公報 特開2004−56660号公報
ところで、パルスノイズと定常ノイズの中間の周波数を持つノイズのように、パルスノイズと定常ノイズのいずれにも該当しないノイズ(以下、本願のターゲットノイズという。)が混入するような場合には、従来のノイズ対策の仕組みではノイズ低減と音質向上の両立が図れなかった。
例えば、上記のパルスノイズ向けのノイズ対策を用いた場合、本願のターゲットノイズはパルスノイズより周波数が短くてノイズ幅が長いので、線形補間等により必要以上に元のオーディオ信号の成分を失い、急激なオーディオ信号の変化が生じてしまうので、音のフェードアウトや音切れ等といった音質悪化につながる恐れがあった。
また、例えば、上記の定常ノイズ向けのノイズ対策を用いた場合、本願のターゲットノイズは定常ノイズよりも周波数が高いにも関わらず、AM検波後のオーディオ信号に対して音質維持のためにあまり急峻な高域通過フィルタを用いることができないので、本願のターゲットノイズを検出しきれず、ノイズ低減の効果が得られない恐れがあった。
上記目的を達成するための本発明のうちの主たる発明は、受信信号に重畳されるノイズを検出して当該ノイズを抑制するノイズ抑制装置において、前記受信信号を周波数変換して得られる中間周波信号を実部と虚部によって表現される複素信号に変換する複素信号生成部と、前記複素信号のレベル変化量がノイズ発生の指標となる所定の閾値を上回るか否かを検出するノイズ検出部と、前記レベル変化量が前記所定の閾値を上回る場合、前記複素信号のレベルを抑制するノイズ抑制部と、を備えることとする。
本発明によれば、ノイズ低減と音質向上の両立を図りつつ受信信号に重畳されるノイズを抑制することができる。
<<<受信装置の構成>>>
図1は、本発明の一実施形態に係るノイズ抑制装置を備えた受信装置の構成を示した図である。尚、図1に示す受信装置は、フロントエンド102とバックエンド114の2チップ構成のスーパーへテロダイン方式のAM受信機の場合とする。
フロントエンド102は、アンテナ101で受信した受信信号(振幅変調信号)に対しAMチューナ機能としてのアナログ・フロントエンド処理を行うものであり、本実施形態では1チップの集積回路として構成される。アナログ・フロントエンド処理とは、希望波の周波数(希望周波数)に同調された受信信号を高周波増幅した後に局部発振信号と混合することで、中間周波数成分を持つ信号を得るまでの処理のことである。尚、受信信号の受信周波数と局部発振回路の発振周波数との差が中間周波数となる。
バックエンド114は、フロントエンド102の出力を不図示のA/D変換器によりA/D変換したデジタルの中間周波数信号(以下、IF信号という。)に対しデジタル・バックエンド処理を行うものであり、本実施形態ではDSP(Digital Signal Processor)を用いた1チップの集積回路として構成される。
具体的には、バックエンド114は、IF帯域フィルタ104、パルスノイズ検出部105、DDC(Digital Down Converter)106、AFC(Automatic Frequency Control)107、AGC(Automatic Gain Control)108、IF急変抑制部109、AM検波部110、オーディオ処理部111、AF(Audio Frequency)処理部112により主に構成される。尚、パルスノイズ検出部105、DDC106、AFC107、AGC108、IF急変抑制部109は、本発明に係るノイズ抑制装置を構成するものである。
IF帯域フィルタ104は、フロントエンド102の出力をA/D変換したIF信号を、通過帯域幅Bwで通過させる帯域通過フィルタである。尚、通過帯域幅Bwの中心周波数は、IF信号の中間周波数である。即ち、IF帯域フィルタ104は、フロントエンド102の出力から不要な周波数成分を取り除いてIF信号のみを抽出する
パルスノイズ検出部105は、フロントエンド102の出力をもとに、アンテナ101で受信した受信信号に重畳されるパルスノイズNを検出し、その検出結果を示すパルスノイズ検出信号Dを出力する。具体的には、フロントエンド102の出力を、パルスノイズNを検出するための所定の遮断周波数が設定された高域通過フィルタに入力させることでパルスノイズNを検出する。尚、本実施形態では、パルスノイズNを検出した場合、パルスノイズ検出信号DはLレベルになる場合とする。
DDC106は、本発明に係る複素信号生成部の一実施例である。DDC106は、IF帯域フィルタ104から出力されるIF信号を複素平面上において実部と虚部で表現される複素信号に変換するとともに、元のIF信号の周波数の所定の周波数に下げるものである。尚、複素信号の実部はI(In-phase)信号と呼ばれ、当該複素信号の虚部はQ(Quadrature-phase)信号と呼ばれる。
図2にDDC106の具体的な構成を示す。IF帯域フィルタ104から出力されるIF信号をDDS(Direct Digital Synthesizer)1061より発振出力された正弦波信号及び余弦波信号をミキサー1062、1063によってそれぞれ混合させることで、IF信号が周波数スペクトラム上で中心周波数0Hzとした帯域幅となるように周波数変換が行われて上記のI信号並びにQ信号が生成される。そして、これらのI信号並びにQ信号はダウンサンプルフィルタ1064によって間引き処理に基づいてサンプリング周波数が低下され、FIRフィルタ1065によって更なる間引き処理や補完処理等が行われてAGC108に供給される。
AFC107は、IF帯域フィルタ104から出力されるIF信号がDDC106によって0Hzを中心周波数とした帯域幅を持つI信号並びにQ信号に変換されるべく、DDS1061の正弦波信号と余弦波信号の所定周波数を調整するためのフィードバック制御を行う。
AGC108は、DDC106より出力されるI信号並びにQ信号の振幅を一定に制限するための自動利得制御を行うものである。なお、以下では自動利得制御後のI、Q信号をIx、Qx信号と表現する。
IF急変抑制部109は、AGC108より出力されるIx、Qx信号の急激な変化が生じたか否かを検出し、急激な変化が生じたことを検出した場合には、その急激な変化を抑制する。尚、Ix、Qx信号の急激な変化の原因となるノイズが、パルスノイズや定常ノイズのいずれにも該当しない本願のターゲットノイズである。
また、IF急変抑制部109は、Ix、Qx信号の急激な変化を誤って検出することを防止すべく、パルスノイズ検出部105によりLレベルのパルスノイズ検出信号Dが検出された場合に限り、Ix、Qx信号の急激な変化、即ち本願のターゲットノイズを抑制することを有効とする。なお、以下では、IF急変抑制部109のIx、Qx信号に対応した出力をIy、Qy信号と表現する。
AM検波部110は、IF急変抑制部109より出力されるIy、Qy信号を用いてAM検波を行い、オーディオ信号(振幅復調信号)を得る。
オーディオ処理部111は、AM検波部110より出力されるオーディオ信号に対してイコライザー処理などの所定のオーディオ処理を行う。尚、オーディオ処理部111は、パルスノイズ検出部105によりパルスノイズNが検出された場合、当該パルスノイズNを前置補間、ゼロ補間、線形補間により除去するノイズキャンセラ処理を行う。また、オーディオ処理部111は、AM検波部110より出力されるオーディオ信号に含まれる定常ノイズが検出された場合、当該定常ノイズを抑制すべくミュート処理を行う。
AF処理部112は、AM検波部110より出力される復調信号に対して低周波増幅等のAF処理を行った後、スピーカー113を介して再生を行う。
<<<IF急変抑制部の構成・動作>>>
図3は、IF急変抑制部109のブロック構成を示した図である。尚、本実施形態では、IF急変抑制部109はDSPのS/Wとして実施される場合とするが、H/Wとして構成してもよい。
以下では、IF急変抑制部109をS/Wで構成した場合として、図5乃至図8に示す各信号波形を参照しつつ、図4に示すIF急変抑制部109の処理の流れを示すフローチャートを用いてIF急変抑制部109の各機能について詳細に説明する。尚、S400からS408までの処理はI、Q信号急変動検出部200が担当し、S409からS414までの処理はI信号差分抑制部300並びにQ信号差分抑制部400が担当する。
IF急変抑制部109は、I、Q信号急変動検出部200と、I信号差分抑制部300と、Q信号差分抑制部400と、により構成される。尚、I、Q信号急変動検出部200は、本発明に係る「ノイズ検出部」の一実施例であり、I信号差分抑制部300並びにQ信号差分抑制部400は、本発明に係る「ノイズ抑制部」の一実施例である。
I、Q信号急変動検出部200は、I、Q信号のレベル変化量が本願のターゲットノイズ発生の指標となる所定の閾値UTを上回るか否かを検出し、閾値UTを上回る場合に本願のターゲットノイズが発生したことを識別するものである。具体的には、AGC108より出力される現サンプリング時刻(t)のIx(t)信号と前サンプリング時刻(t−1)のIy(t−1)信号の差分信号Id(t)の絶対値Iu(t)、及び/又は、AGC108より出力される現サンプリング時刻(t)のQx(t)信号と前サンプリング時刻(t−1)のQy(t−1)信号の差分信号Qd(t)の絶対値Qu(t)が所定の閾値UTを上回る場合に、IF信号の急激な変化が検出されたものとする。
本実施形態では、差分信号Id(t)と差分信号Qd(t)の両方の絶対値Iu(t)、Qu(t)が閾値UTを上回る場合に、IF信号の急激な変化が検出されたものとする。これにより、差分信号Id(t)と差分信号Qd(t)のいずれか一方の絶対値Iu(t)、Qu(t)が閾値UTを上回る場合にIF信号の急激な変化が検出される場合と対比して、本願のターゲットノイズの誤検出を抑制することができる。
I、Q信号急変動検出部200の具体的な処理としては、差分演算部301によりIx(t)信号とIy(t−1)の差分信号Id(t)が演算されると(S400)、絶対値演算部201により差分信号Id(t)の絶対値Iu(t)を演算し、比較部204により絶対値Iu(t)が閾値UTを下回るか否かを検出する(S401)。尚、比較部204より出力されるフラグI(t)は、絶対値Iu(t)が閾値UTを下回る場合にはHレベルとし(S402)、絶対値Iu(t)が閾値UTを上回る場合にはLレベルとする(S403)。即ち、フラグI(t)がLレベルの場合にIx(t)信号の急変動(本願のターゲットノイズ)が検出されたことになる。尚、図5(a)は、絶対値Iu(t)の波形例を示しており、図5(b)は、図5(a)に示す絶対値Iu(t)が閾値UTを上回る時間帯を拡大した時間帯でのフラグI(t)の波形例を示したものである。
また、同様に、I、Q信号急変動検出部200は、差分演算部401によりQx(t)信号とQy(t−1)信号の差分信号Qd(t)が演算されると(S404)、絶対値演算部202により差分信号Qd(t)の絶対値Qu(t)を求めて、比較部205により絶対値Qu(t)が閾値UTを上回るか否かを検出する(S405)。尚、比較部205より出力されるフラグQ(t)は、絶対値Qu(t)が閾値UTを下回る場合にはHレベルとし(S406)、絶対値Qu(t)が閾値UTを上回る場合にはLレベルとする(S407)。即ち、フラグQ(t)がLレベルの場合にQx(t)信号の急変動が検出されたことになる。尚、図5(c)は、図5(b)と同一時間帯でのフラグQ(t)の波形例を示したものである。
そして、I、Q信号急変動検出部200は、論理積演算部206によりフラグI(t)とフラグQ(t)の論理積Z(t)を演算して(S408)、論理和演算部207により論理積Z(t)とパルスノイズ検出信号D(t)の論理和Z’(t)を演算する。尚、論理和Z’(t)がLレベルの場合とは、論理積Z(t)及びパルスノイズ検出信号D(t)がともにLレベルであり(S409:YES、S410:YES)、Ix(t)信号及びQx(t)信号の急変動が検出され且つパルスノイズNが検出されたことを表している。また、論理和Z’(t)がHレベルの場合とは、論理積Z(t)がHレベル(S409:NO)又はパルスノイズ検出信号D(t)がHレベルであり(S410:NO)、Ix(t)信号又はQx(t)信号の急変動が検出されないか、若しくは、パルスノイズNが検出されないことを表している。
尚、図5(d)は、図5(b)と同一時間帯での論理積Z(t)の波形例を示したものであり、図5(e)は、図5(b)と同一時間帯でのパルスノイズ検出信号D(t)の波形例を示したものであり、図5(f)は、図5(b)と同一時間帯での論理和Z’(t)の波形例を示したものである。
I信号差分抑制部300は、I、Q信号急変動検出部200より出力される論理和Z’(t)に基づいてIx(t)信号又は差分信号Id(t)のレベルを抑制した差分抑制信号I’x(t)を選択してIy(t)信号として出力するものである。尚、論理和Z’(t)がLレベルの場合(S410:YES)には差分抑制信号I’x(t)が選択され、論理和Z’(t)がHレベルの場合(S410:NO)にはIx(t)信号が選択される。
I信号差分抑制部300の具体的な処理としては、差分演算部301によりIx(t)信号と一サンプリング周期遅延させる遅延部304の出力Iy(t−1)の差分信号Id(t)を演算し、差分信号Id(t)をゲインK(0<K<1)が設定された増幅部302により増幅する。つぎに、加算部303により増幅部302の出力に一サンプリング時刻前のIy(t−1)信号を加算することで差分抑制信号I’x(t)を生成する。尚、遅延部304の遅延時間である一サンプリング時刻は、DDC106の一サンプリング周期と対応づけられる。
そして、論理和Z’(t)がLレベルの場合(S410:YES)には、セレクタ部305により差分抑制信号I’x(t)が選択されIy(t)信号として出力され(S411)、論理和Z’(t)がHレベルの場合(S410:NO)には、セレクタ部305によりIx(t)信号が選択されIy(t)信号として出力される(S413)。尚、以上により、差分抑制信号I’x(t)はつぎの式(1)によって表現される。
I’x(t)=K・{Ix(t)−Iy(t−1)}+Iy(t−1) ・・・(1)
Q信号差分抑制部400は、I、Q信号急変動検出部200より出力される論理和Z’(t)に基づいてQx(t)信号又は差分信号Qd(t)のレベルを抑制した差分抑制信号Q’x(t)を選択してQy(t)信号として出力するものである。尚、論理和Z’(t)がLレベルの場合(S410:YES)には差分抑制信号Q’x(t)が選択され、論理和Z’(t)がHレベルの場合(S410:NO)にはQx(t)信号が選択される。
Q信号差分抑制部400の具体的な処理としては、差分演算部401によりQx(t)信号と一サンプリング時刻分遅延させる遅延部404の出力Qy(t−1)の差分信号Qd(t)を演算し、当該差分信号Qd(t)を所定の増幅率K(0<K<1)が設定された増幅部402により増幅する。つぎに、加算部403により増幅部402の出力に対して前サンプリング時刻のQy(t−1)信号を加算することで差分抑制信号Q’x(t)を生成する(S412)。尚、遅延部404の遅延時間である一サンプリング時刻は、DDC106の一サンプリング周期と対応づけられる。
そして、論理和Z’(t)がLレベルの場合(S410:YES)には、セレクタ部405により差分抑制信号Q’x(t)が選択されQy(t)信号として出力され(S412)、論理和Z’(t)がHレベルの場合(S410:NO)には、セレクタ部405によりQx(t)信号が選択されQy(t)信号として出力される(S414)。尚、以上により、差分抑制信号Q’x(t)はつぎの式(2)により表現される。
Q’x(t)=K・{Qx(t)−Qy(t−1)}+Qy(t−1)・・・(2)
ここで、図6は、差分信号Id(t)信号の波形例を示したものであり、図7は、図6に示した差分信号Id(t)に対応した差分抑制信号I’x(t)の波形例を示したものである。また、図8は、Ix(t)信号の波形例を示したものであり、図9は、図8に示したIx(t)信号に対応したIy(t)信号の波形例を示したものである。図9により、元々のIx(t)信号の成分が失われないので音質悪化が抑えられるとともに、Ix(t)信号に重畳されるノイズの振幅レベルを抑制できるのでノイズ低減効果が得られることが分かる。尚、波形例の開示は省略するが、Qx(t)信号についても同様の効果が得られる。即ち、音質悪化の防止とノイズ低減効果の両立を図りつつ、本願のターゲットノイズを抑制することができる。
以上、本実施の形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
本発明に係る受信装置の構成を示す図である。 本発明に係るDDCの構成を示す図である。 本発明に係るIF急変抑制部のブロック構成を示す図である。 本発明に係るIF急変抑制部の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明に係るIF急変抑制部の主要信号の波形例を示す図である。 本発明に係る差分信号Id(t)の波形例を示す図である。 本発明に係る差分抑制信号I’x(t)の波形例を示す図である。 本発明に係るIF急変抑制部の入力信号Ix(t)の波形例を示す図である。 本発明に係るIF急変抑制部の出力信号Iy(t)の波形例を示す図である。
符号の説明
101 アンテナ
102 フロントエンド
104 IF帯域フィルタ
105 パルスノイズ検出部
106 DDC
1061 DDS
1062、1063 ミキサー
1064 ダウンサンプルフィルタ
1065 FIRフィルタ
107 AFC
108 AGC
109 IF急変抑制部
200 I、Q信号急変動検出部
201、202 絶対値演算部
204、205 比較部
206 論理積演算部
207 論理和演算部
300 I信号差分抑制部
400 Q信号差分抑制部
301、401 差分演算部
302、402 増幅部
303、403 加算部
304、404 遅延部
305、405 セレクタ部
110 AM検波部
111 オーディオ処理部
112 AF処理部
113 スピーカー

Claims (4)

  1. 受信信号に重畳されるノイズを検出して当該ノイズを抑制するノイズ抑制装置において、
    前記受信信号を周波数変換して得られる中間周波信号を実部と虚部によって表現される複素信号に変換する複素信号生成部と、
    前記複素信号のレベル変化量がノイズ発生の指標となる所定の閾値を上回るか否かを検出するノイズ検出部と、
    前記レベル変化量が前記所定の閾値を上回る場合、前記複素信号のレベルを抑制するノイズ抑制部と、
    を備えることを特徴とするノイズ抑制装置。
  2. 請求項1に記載のノイズ抑制装置において、
    前記複素信号は実部を表すI信号と虚部を表すQ信号で構成され、
    前記ノイズ検出部は、前記I信号及び前記Q信号がともに前記閾値を上回る場合、前記複素信号のレベルを抑制すること、を特徴とするノイズ抑制装置。
  3. 請求項1に記載のノイズ抑制装置において、
    前記ノイズ検出部は、
    現サンプリング時刻で入力される前記複素信号の入力レベルと前サンプリング時刻の前記ノイズ抑制部の出力レベルとの差分レベルを求める差分演算部と、
    前記複素信号の絶対値を演算する絶対値演算部と、
    前記絶対値が前記閾値を上回るか否かを比較する比較部と、
    を備えることを特徴とするノイズ抑制装置。
  4. 請求項1に記載のノイズ抑制装置において、
    前記ノイズ抑制部は、
    現サンプリング時刻で入力される前記複素信号の入力レベルと前サンプリング時刻の前記ノイズ抑制部の出力レベルとの差分レベルを前記レベル変化量として求める差分演算部と、
    前記差分レベルを0から1の間の所定の増幅率で増幅する増幅部と、
    前記増幅部の出力と前記前サンプリング時刻の前記ノイズ抑制部の出力とを加算する加算部と、
    前記ノイズ検出部の検出結果に基づいて、前記現サンプリング時刻で入力される前記複素信号又は前記加算部の出力を選択する選択部と、
    を備えることを特徴とするノイズ抑制装置。
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