JP2009130837A - ノイズリダクション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス性ノイズを大幅に減衰させることができ、持続時間の長いノイズも充分に減衰させることができ、波形の歪みも少なく、しかも、ノイズの減衰量を容易に調節することができ、パルス性ノイズ以外の信号への影響も少ないノイズリダクション装置を提供する。
【解決手段】入力信号の位相を位相反転器で反転させる一方、パルス性ノイズ検出器でノイズを検出し、ノイズが検出されると所定の時間長を有する窓関数を窓関数発生器で発生させ、この窓関数を用いて、位相反転された信号から逆位相信号を切出し、切出された逆位相信号を入力信号に加算することによりノイズを減衰させる。ノイズが減衰した信号から、残留信号レベル測定器が窓関数スケーリング係数を作成し、この窓関数スケーリング係数で窓関数の振幅を調節することにより、ノイズの減衰量を調節する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ノイズリダクション装置に関する。

一般に、ＳＳＢ、ＣＷ、ＦＳＫ、ＡＭ受信機には、主にイグニッション・ノイズのようなパルス性ノイズを減衰させることを目的としたノイズリダクション装置が搭載される。このノイズリダクション装置の従来例の一つとしては例えば特許文献１に開示されるものがあり、この装置は、パルス性ノイズを減衰させるための係数（以下、減衰係数という）と入力信号との乗算によりノイズリダクションを行っている。

このような特許文献１記載の装置と同等の従来装置のブロック図を図１２に示す。このノイズリダクション装置は、入力信号をもとに、減衰係数作成部１１において信号レベルの変化量抽出、振幅反転、エコー付加等の処理を行うことにより減衰係数を成型し、この減衰係数を乗算器１２_１，１２_２で元信号に乗算することにより、パルス性ノイズを減衰させている。
特開２００４−９６１８５公報

しかしながら、上記のような従来の装置では、次のような問題点があった。
・従来技術の減衰係数作成方法では、減衰係数の時間幅がパルス性ノイズの時間幅に比べて短くなってしまうなど、減衰係数の成型が不充分な場合が多く、パルス性ノイズを充分に減衰させることができない。
・入力信号と減衰係数との乗算によって出力波形が歪み、新たなノイズ発生の原因になっている。
・減衰係数の値の調節が難しいため、パルス性ノイズの減衰量を調整するのが難しい。

上述の問題点の例として従来装置での減衰係数波形と入出力信号波形を図１３に示す。図１３では、上段に減衰係数波形、中段に入力信号波形、下段に出力信号波形が示される。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、パルス性ノイズを大幅に減衰させることができ、持続時間の長いノイズも充分に減衰させることができ、波形の歪みも少なく、しかも、ノイズの減衰量を容易に調節することができ、パルス性ノイズ以外の信号への影響も少ないノイズリダクション装置を提供することにある。

本発明のノイズリダクション装置は、入力信号の位相を反転させる位相反転手段と、前記入力信号のレベル変化からノイズを検出するノイズ検出手段と、前記ノイズ検出手段がノイズを検出すると所定の時間長を有する窓関数を発生させる窓関数発生手段と、前記窓関数発生手段により発生された前記窓関数と位相反転された前記入力信号とを乗算することにより、ノイズを減衰させるための逆位相信号を抽出する乗算手段と、前記入力信号に前記逆位相信号を加算してノイズを減衰させる加算手段と、を具備することを特徴とする。

より好ましい形態として、前記窓関数発生手段は、立上りと立下りの波形がなだらかな窓関数を発生させる。また、入力信号を中高域と低域に帯域分割し、中高域と低域の各々でノイズ除去が行われるとともに、前記窓関数発生手段は、異なる時間長を有する２つの窓関数を発生させ、前記ノイズ除去を行う際、入力信号の中高域側と低域側とで別々の前記窓関数を使用する。さらに、前記窓関数は、入力信号の低域側で使用される窓関数の時間長が入力信号の中高域側で使用される窓関数の時間長より長いものとする。さらに、前記加算手段の出力からノイズを減衰させた信号を受けて、前記窓関数の振幅を調節する窓関数スケーリング係数を作成する手段を有し、この手段から出力された前記窓関数スケーリング係数と前記窓関数とを乗算して前記窓関数の振幅を調節することにより、ノイズの減衰量を調節する。前記窓関数スケーリング係数は、前記加算手段の出力から信号を受けて、パルス性ノイズ以外の信号レベルを計測した結果から、あるいは前記信号の自己相関値を求めてその値から、あるいはその他の解析処理の結果として得られた値から作成する。

上記のような本発明のノイズリダクション装置によれば、逆位相信号を用いることで、パルス性ノイズを大幅に減衰させることができる。また、充分な時間をとれる窓関数を用いて逆位相信号を抽出することにより、持続時間が長いノイズでも充分に減衰させることができる。さらに、なだらかな窓関数を発生させて、なだらかに逆位相信号を抽出し加算させてノイズを減衰させることにより、波形の歪みを少なくできる。さらに、窓関数の振幅を調節することにより、ノイズの減衰量を容易に調整できる。さらに、ノイズの減衰量を調整することでパルス性ノイズ以外の信号への影響を少なくすることができる。

以下、本発明のノイズリダクション装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明のノイズリダクション装置を含むＳＳＢ、CW、FSK、AＭ受信機の構成を示す。この図において、２１はアンテナ、２２はフロントエンド、２３はＩＦ増幅器、２４はＳＳＢ，CW，FSK，AＭ検波器、２５はＡ／Ｄ変換器、２６はディジタルシグナル・プロセッサ（以下、ＤＳＰという）、２７はＤ／Ａ変換器、２８はＡＦ増幅器、２９はスピーカである。

フロントエンド２２は、アンテナ２１が受信した電波を中間周波数の信号に変換し、ＩＦ増幅器２３に出力する。ＩＦ増幅器２３は、フロントエンド２２から供給された中間周波数の信号を所定の増幅率で増幅し、ＳＳＢ，CW，FSK，AＭ検波器２４に供給する。検波器２４は、ＩＦ増幅器２３から供給された信号を復調し、Ａ／Ｄ変換器２５に出力する。Ａ／Ｄ変換器２５は、検波器２４から供給された信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ２６に出力する。ＤＳＰ２６は、固定小数点ＤＳＰであり、Ａ／Ｄ変換器２５から供給された信号を処理し、Ｄ／Ａ変換器２７に出力する。Ｄ／Ａ変換器２７は、ＤＳＰ２６から供給された信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換し、ＡＦ増幅器２８に出力する。ＡＦ増幅器２８は、Ｄ／Ａ変換器２７から供給された低周波の信号を所定の増幅率で増幅し、スピーカ２９に出力する。スピーカ２９は、ＡＦ増幅器２８から供給された信号に従って音声を出力する。

本発明のノイズリダクション装置はＤＳＰ２６に含まれ、ＤＳＰ２６でノイズ減衰処理が実施される。ＤＳＰ２６内部の本発明の実施の形態に係るノイズリダクション装置のブロック図を図１に示す。

図１において、３１は信号入力端子、３２はバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）、３３はローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）、３４_１は中高域側遅延器、３４_２は低域側遅延器、３５_１は中高域側位相反転器、３５_２は低域側位相反転器、３６はパルス性ノイズ検出器、３７_１は中高域側窓関数発生器、３７_２は低域側窓関数発生器、３８_１は中高域側第１乗算器、３８_２は低域側第１乗算器、３９_１は中高域側第２乗算器、３９_２は低域側第２乗算器、４０_１は中高域側第１加算器、４０_２は低域側第１加算器、４１_１は中高域側残留信号レベル測定器、４１_２は低域側残留信号レベル測定器、４２は出力用第２加算器、４３は信号出力端子である。これら各部の詳細な構成および詳細な動作は以下のとおりである。

ＢＰＦ３２、ＬＰＦ３３
フィルタを用いて入力信号を中高域と低域に帯域分割する。これは周波数帯域によってノイズの持続時間が異なることや、中高域側の信号のほうがパルス性ノイズを検出し易いためである。

遅延器３４ _１ ，３４ _２
ノイズ検出器３６内の処理が遅延を持っているため、ＢＰＦ３２およびＬＰＦ３３出力の入力信号を遅らせ、ノイズ減衰開始点を合せる。

位相反転器３５ _１ ，３５ _２
遅延器３４_１，３４_２出力で信号の位相を反転させる（−１を乗算）。

パルス性ノイズ検出器３６
パルス性ノイズ検出器３６では、まずＢＰＦ３２を通過してきた中高域側の信号レベルの変化量を求める。イグニッション・ノイズのようなパルス性ノイズは音声信号と比べて信号の立上りが急峻なため、信号レベルの変化量に対して閾値を設け、閾値を超えた場合にパルス性ノイズと判定する。このとき、閾値判定前に信号レベルの変化量に対してローパスフィルタをかけ、閾値判定時に誤判定の原因となる高周波成分を除去する。図３に、信号レベル変化量のローパスフィルタ通過前（左側）と通過後（右側）を示す。また、信号の立上りによるレベル変化は低域よりも中高域に明確に現れるので、パルス性ノイズ検出は中高域側の信号に対してのみ行う。

窓関数発生器３７ _１ ，３７ _２
パルス性ノイズを切出すために使用する窓関数を生成する処理をする。前段のパルス性ノイズ検出器３６でノイズを検出すると、窓関数発生器３７_１，３７_２は所定の時間長を有し立上りと立下りの波形がなだらかな窓関数を発生させる。ここで、なだらかな窓関数を用いる理由は、なだらなにノイズ減衰を開始、終了しなければ、ノイズ減衰開始点、終了点で波形が不連続になりノイズが発生する原因となってしまうためである。窓関数発生器３７_１，３７_２が出力する立上りと立下りの波形がなだらかな窓関数の波形を図５に示す。この窓関数と、位相反転器３５_１，３５_２で位相反転された入力信号とを第２乗算器３９_１，３９_２で乗算することでノイズを減衰させるために使用する逆位相信号を切出す。図４に示す入力信号に対して、図５で示した窓関数により切出された逆位相信号の波形（位相反転されたノイズの波形）を図６に示す。また、中高域と低域でノイズの持続時間が異なるため、別々の時間長を持った窓関数を発生させる。具体的には、低域のほうがノイズの持続時間が長いため、低域側窓関数発生器３７_２で発生される低域側で使用する窓関数の時間長を、中高域側窓関数発生器３７_１で発生される中高域側で使用する窓関数の時間長より長くする。

第１加算器４０ _１ ，４０ _２ （ノイズ減衰器）
中高域と低域に帯域分割され、遅延器３４_１，３４_２で遅延された信号にそれぞれ窓関数で切出された逆位相の信号を加算し、ノイズを減衰させる。図４の入力信号に対して図６に示す逆位相信号によりノイズを減衰させた波形を図７に示す。

残留信号レベル測定器４１ _１ ，４１ _２
逆位相信号の加算により、減衰させたいパルス性ノイズと同時に存在する音声信号も減衰してしまうため、音声が途切れて聴感上聞き苦しいものになってしまう。この影響を抑えるために残留信号レベル測定器４１_１，４１_２は、パルス性ノイズ以外の信号レベルを計測した結果から窓関数スケーリング係数を作成する。そして、この窓関数スケーリング係数と窓関数とを第１乗算器３８_１，３８_２で乗算することにより窓関数の振幅を調節し、その結果として第２乗算器３９_１，３９_２の出力で逆位相信号のレベルを変えることにより、パルス性ノイズ成分以外の信号のレベルに応じてノイズの減衰量を調節する。

この残留信号レベル測定器４１_１，４１_２の詳細ブロックを図８に示す。この残留信号レベル測定器４１_１，４１_２は、ノイズ減衰器としての第１加算器４０_１，４０_２の出力よりパルス性ノイズを減衰した信号を入力とし、ＲＭＳ測定部５１でＲＭＳ値（信号の実効値）を求める。入力信号をｘ_ｉとした場合のＲＭＳ値 Ｘ_ｒｍｓは以下の［数１］式で表される。式中Ｎ_ｋはパルス性ノイズ検出器３６がｋ番目にノイズを検出した点からｋ＋１番目にノイズを検出した点までの入力信号のサンプル数である。

そして、このようにしてＲＭＳ値を求めた後、リミッタ５２によりノイズ減衰量の上限を超えないようにした上で、振幅反転部５３により振幅反転されることにより、パルス性ノイズ以外の信号が大きい場合はノイズの減衰量が小さくなり、パルス性ノイズ以外の信号が小さい場合はノイズ減衰量が大きくなるような窓関数スケーリング係数が作成される。ここでの振幅反転とは、入力値のフルスケールをｓとした場合、ＲＭＳ値 Ｘ_ｒｍｓ（０≦Ｘ_ｒｍｓ≦ｓ）に対してｓ−Ｘ_ｒｍｓを求めることである。残留信号レベル測定による減衰量調整の例を図９に示す。ノイズ間の信号レベル測定に伴い窓関数の振幅が調節されて減衰量調整が行われていることが分かる。

出力用第２加算器４２
中高域と低域に分割して処理した第１加算器４０_１，４０_２出力の信号を加算し、出力する。

したがって、図１のノイズリダクション装置では、入力信号を中高域と低域に分割し、中高域と低域の各々で窓関数と位相反転を使用してノイズの減衰処理が行われる。さらに、中高域と低域の各々で窓関数スケーリング係数を作成して、この窓関数スケーリング係数で窓関数の振幅を調節することにより、中高域と低域の各々でノイズ減衰量の調整が行われる。そして、このようにしてノイズ減衰処理された中高域と低域の信号は加算されて１つの信号として出力される。

このような本発明の実施の形態のノイズリダクション装置によれば、次のような効果を得ることができる。
・逆位相信号を用いることで、パルス性ノイズを大幅に減衰させることができる。
・充分な時間をとれる窓関数を用いて逆位相信号を抽出することにより、持続時間が長いノイズでも充分に減衰させることができる。
・なだらかな窓関数を発生させて、なだらかに逆位相信号を切出し加算させてノイズを減衰させることにより、波形の歪みを少なくできる。
・窓関数の振幅を調節するだけでノイズの減衰量を容易に調整できる。
・残留信号レベル測定結果からノイズの減衰量を調整することでパルス性ノイズ以外の信号への影響を少なくすることができる。

以上は、本発明を受信機に対して実施したものであるが、マイクやその他のあらゆる音源からの信号に対して本発明を用いることが可能である。図１０は、マイク６１またはその他の音源６２からの信号をセレクタ６３で選択し、増幅器６４で増幅し、Ａ／Ｄ変換器６５でデジタル信号に変換し、ＤＳＰ６６で信号処理し、Ｄ／Ａ変換器６７でアナログ信号に変換し、増幅器６８で増幅し、スピーカ６９で再生する音響再生装置であるが、前記ＤＳＰ６６内に図１のノイズリダクション装置を備えることにより、マイク６１またはその他の音源６２からの入力信号に含まれるパルス性のノイズを減衰させることができる。

また、図８の残留信号レベル測定器４１_１，４１_２では、残留信号のレベルのみに着目して窓関数スケーリング係数を作成したが、この残留信号レベル測定器でのＲＭＳ測定部分を自己相関値算出処理に置き換えることで、入力信号に音声やトーンなどの重要な信号が含まれるかどうか、またその大きさを判定できる。この自己相関値を基にして入力信号に音声やトーンが含まれる場合には減衰量を大きくする（あるいは小さくする）ような窓関数スケーリング係数の作成が可能になる。自己相関値は下記の［数２］式に示す自己相関関数Ｒ（τ）から得ることができる。式中Ｎ_ｋはパルス性ノイズ検出器がｋ番目にノイズを検出した点からｋ＋１番目にノイズを検出した点までの入力信号のサンプル数である。

さらに、自己相関値に限らず、任意の解析処理（ＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析等）の結果として得られた値を基にして窓関数スケーリング係数の作成を行うことも可能であり、こうした場合は残留信号レベル測定器ではなく、図１１に示すように残留信号解析器と位置付けることができる。図１１の残留信号解析器は、自己解析処理部７０、リミッタ７１、窓関数スケーリング係数作成処理部７３を含む。

本発明のノイズリダクション装置の実施の形態を示すブロック図。 本発明のノイズリダクション装置を含むＳＳＢ、CW、FSK、AM受信機を示すブロック図。 動作を説明するための波形図で、信号レベル変化量のローパスフィルタ通過前（左側）と通過後（右側）を示す波形図。 動作を説明するための波形図で、入力信号波形を示す波形図。 動作を説明するための波形図で、窓関数を示す波形図。 動作を説明するための波形図で、窓関数により切出された逆位相信号の波形（位相反転されたノイズの波形）を示す波形図。 動作を説明するための波形図で、逆位相信号によりノイズを減衰させた波形を示す波形図。 残留信号レベル測定器の詳細を示すブロック図。 残留信号レベル測定による減衰量調整の例を示す波形図。 本発明が適用される他の例として音響再生装置を示すブロック図。 残留信号レベル測定器に代わる残留信号解析器を示すブロック図。 従来の装置を示すブロック図。 従来の装置での減衰係数波形と入出力信号波形を示す波形図。

符号の説明

３５_１，３５_２ 位相反転器
３６ パルス性ノイズ検出器
３７_１，３７_２ 窓関数発生器
３８_１，３８_２ 第１乗算器
３９_１，３９_２ 第２乗算器
４０_１，４０_２ 第１加算器
４１_１，４１_２ 残留信号レベル測定器
７０ 残留信号解析器

Claims (6)

1. 入力信号の位相を反転させる位相反転手段と、
   前記入力信号のレベル変化からノイズを検出するノイズ検出手段と、
   前記ノイズ検出手段がノイズを検出すると所定の時間長を有する窓関数を発生させる窓関数発生手段と、
   前記窓関数発生手段により発生された前記窓関数と位相反転された前記入力信号とを乗算することにより、ノイズを減衰させるための逆位相信号を抽出する乗算手段と、
   前記入力信号に前記逆位相信号を加算してノイズを減衰させる加算手段と、
   を具備することを特徴とするノイズリダクション装置。
2. 前記窓関数発生手段は、立上りと立下りの波形がなだらかな窓関数を発生させることを特徴とする請求項１に記載のノイズリダクション装置。
3. 入力信号を中高域と低域に帯域分割し、中高域と低域の各々でノイズ除去が行われるとともに、前記窓関数発生手段は、異なる時間長を有する２つの窓関数を発生させ、前記ノイズ除去を行う際、入力信号の中高域側と低域側とで別々の前記窓関数を使用することを特徴とする請求項１または２に記載のノイズリダクション装置。
4. 前記窓関数は、入力信号の低域側で使用される窓関数の時間長が入力信号の中高域側で使用される窓関数の時間長より長いことを特徴とする請求項３に記載のノイズリダクション装置。
5. 前記加算手段の出力からノイズを減衰させた信号を受けて、前記窓関数の振幅を調節する窓関数スケーリング係数を作成する手段を有し、この手段から出力された前記窓関数スケーリング係数と前記窓関数とを乗算して前記窓関数の振幅を調節することにより、ノイズの減衰量を調節することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のノイズリダクション装置。
6. 前記窓関数スケーリング係数は、前記加算手段の出力から信号を受けて、パルス性ノイズ以外の信号レベルを計測した結果から、あるいは前記信号の自己相関値を求めてその値から、あるいはその他の解析処理の結果として得られた値から作成することを特徴とする請求項５に記載のノイズリダクション装置。

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