JP2013038713A

JP2013038713A - 音声信号処理回路

Info

Publication number: JP2013038713A
Application number: JP2011175207A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kawano; 聖史川野
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-21
Also published as: US9106299B2; KR20130018153A; CN102957440A; US20130039505A1

Abstract

【課題】音声信号に対するノイズを除去しつつ、音質の良い音声信号を出力することが可能な音声信号処理回路を提供する。
【解決手段】音声信号処理回路は、放送信号を受信するチューナからの出力に基づいて生成される音声信号に対するノイズの有無を検出するノイズ検出部と、所定の位相特性を有し、所定周波数より低い帯域の音声信号を通過させる低域通過フィルタと、所定の位相特性を有し、所定周波数より高い帯域の音声信号を通過させる高域通過フィルタと、低域通過フィルタから出力される信号を第１の係数倍して出力する第１出力部と、高域通過フィルタから出力される信号を第２の係数倍して出力する第２出力部と、第１及び第２出力部のそれぞれから出力される信号を加算する加算部と、ノイズが有ることをノイズ検出部が検出すると、第２の係数が第１の係数より小さくなるよう第２の係数を減少させる係数制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声信号処理回路に関する。

一般的なラジオ受信機では、音声信号に対するノイズ（例えば、マルチパスノイズや隣接チャネルのノイズ）の有無によって、音声信号に対する処理が異なる（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、ＦＭラジオ受信機３００の一例を示す図である。アンテナ３１０で受信された放送信号は、チューナ３２０で中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換される。システムＬＳＩ３３０のＩＦ処理部４００は、ＩＦ信号に対して復調処理を施して音声信号を生成する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１０は、音声信号に対するノイズを除去すべく音声信号の低域成分を通過させる。ノイズ検出部４５０は、ＩＦ信号に基づいて、音声信号に対するノイズの有無を検出する。制御部４６０は、ノイズ検出部４５０の検出結果に基づいて、スイッチ４２０を切り替える制御を行う。具体的には、ノイズが無いことをノイズ検出部４５０が検出すると、制御部４６０は、ＩＦ処理部４００から直接出力された音声信号がスピーカ（不図示）で再生されるようにスイッチ４２０を制御する。一方、ノイズが有ることをノイズ検出部４５０が検出すると、制御部４６０は、ノイズが抑制された音声信号がスピーカで再生されるようにスイッチ４２０を制御する。この結果、ラジオ受信機３００では、音声信号に対するノイズの影響が抑制される。

特開２００７−１８４９９０号公報

ところで、ＬＰＦ４１０では、入力される音声信号が、音声信号の周波数に応じた時間だけ遅延して出力される。したがって、例えば、図１１に示すように、ノイズが検出されてスイッチ４２０がＬＰＦ４１０側に切り替えられると、スイッチ４２０から出力される音声信号の位相が急激に変化することがある。このように、ラジオ受信機３００では、マルチパスノイズ等による影響は抑制されるものの、スイッチ４２０が切り替えられる際に音質が悪化してしまうことがある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、音声信号に対するノイズを除去しつつ、音質の良い音声信号を出力することが可能な音声信号処理回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る音声信号処理回路は、放送信号を受信するチューナからの出力に基づいて生成される音声信号に対するノイズの有無を検出するノイズ検出部と、所定の位相特性を有し、所定周波数より低い帯域の前記音声信号を通過させる低域通過フィルタと、前記所定の位相特性を有し、前記所定周波数より高い帯域の前記音声信号を通過させる高域通過フィルタと、前記低域通過フィルタから出力される信号を第１の係数倍して出力する第１出力部と、前記高域通過フィルタから出力される信号を第２の係数倍して出力する第２出力部と、前記第１及び第２出力部のそれぞれから出力される信号を加算する加算部と、前記ノイズが有ることを前記ノイズ検出部が検出すると、前記第２の係数が前記第１の係数より小さくなるよう前記第２の係数を減少させる係数制御部と、を備える。

音声信号に対するノイズを除去しつつ、音質の良い音声信号を出力することが可能な音声信号処理回路を提供することができる。

本発明の一実施形態であるラジオ受信機１０の構成を示す図である。ローパスフィルタ５１及びハイパスフィルタ５２の一例を示す図である。バターワースフィルタ７０，７１の位相特性の一例を示す図である。ローパスフィルタ５１の位相特性の一例を示す図である。バターワースフィルタ７５，７６の位相特性の一例を示す図である。ハイパスフィルタ５２の位相特性の一例を示す図である。ローパスフィルタ５１を通過する周波数ｆｃの音声信号の位相の遅れを説明するための図である。ハイパスフィルタ５２を通過する周波数ｆｃの音声信号の位相の進みを説明するための図である。ラジオ受信機１０の動作を説明するための図である。一般的なラジオ受信機３００の構成を示す図である。ラジオ受信機３００から出力される音声信号の波形の一例を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

図１は、本発明の一実施形態であるラジオ受信機１０の構成を示す図である。ラジオ受信機１０は、例えばカーステレオ（不図示）に設けられ、アンテナ２０、チューナ２１、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）２２を含んで構成されている。

チューナ２１は、例えば、アンテナ２０を介して受信されるＦＭ（Frequency Modulation）多重放送信号から、指定される受信局の放送信号を抽出し、ＩＦ信号に変換して出力する。

システムＬＳＩ２２は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）４０、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）４１、及びＤＡコンバータ（ＤＡＣ）４２を含んで構成される。

ＡＤＣ４０は、チューナ２１から出力されるＩＦ信号をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ４１に出力する。ＤＳＰ４１（音声信号処理回路）では、音声信号が生成されるとともに、生成された音声信号のノイズが抑制される。例えば、ＤＳＰ４１は、ＩＦ処理部５０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５２、アンプ５３，５４、加算部５５、ノイズ検出部６０、及び係数制御部６１を含んで構成される。なお、ＤＳＰ４１に含まれる各ブロックは、例えば、ＤＳＰ４１のコア（不図示）がメモリ（不図示）に格納されたプログラムを実行することにより実現される機能ブロックである。

ＩＦ処理部５０は、ＩＦ信号に対して復調処理を施して音声信号Ｓ０を生成する。ローパスフィルタ５１は、所定周波数ｆｃ（例えば、３ｋＨｚ）より低い帯域の音声信号Ｓ０を通過させるフィルタであり、ハイパスフィルタ５２は、所定周波数ｆｃより高い帯域の音声信号Ｓ０を通過させるフィルタである。なお、本実施形態では、ローパスフィルタ５１から出力される音声信号を、音声信号Ｓ１とし、ハイパスフィルタ５２から出力される音声信号を、音声信号Ｓ２とする。

ローパスフィルタ５１は、図２に示すように、所定周波数ｆｃより低い帯域の音声信号Ｓ０を通過させる２次のバターワースフィルタ７０，７１を含んで構成される。バターワースフィルタ７０，７１は直列に接続されているため、バターワースフィルタ７０，７１は、いわゆるリンクウィッツ・ライリー（Linkwitz-Riley）フィルタを構成する。

図３は、バターワースフィルタ７０，７１のそれぞれにおける位相特性（位相応答）を示す図である。バターワースフィルタ７０，７１は２次のローパスフィルタであるため、バターワースフィルタ７０，７１に入力される信号の周波数が十分低い場合、出力される信号の位相の遅れはほぼ０度である。一方、バターワースフィルタ７０，７１に入力される信号の周波数が十分高い場合、出力される信号の位相の遅れはほぼ１８０度となる。また、バターワースフィルタ７０，７１に入力される信号の周波数が所定周波数ｆｃである場合、出力される信号の位相の遅れは９０度となる。したがって、このようなバターワースフィルタ７０，７１が縦続接続されたローパスフィルタ５１の位相特性は図４の様になる。

ハイパスフィルタ５２も、ローパスフィルタ５１と同様に、所定周波数ｆｃより高い帯域の音声信号Ｓ０を通過させる２次のバターワース７５，７６を含んで構成される。このため、バターワースフィルタ７５，７６も、リンクウィッツ・ライリーフィルタを構成する。なお、ここでは、バターワースフィルタ７０，７１，７５，７６のＱ値は等しくなるよう各フィルタは設計されている。

図５は、バターワースフィルタ７５，７６のそれぞれにおける位相特性を示す図である。バターワースフィルタ７５，７６は２次のハイパスフィルタであるため、バターワースフィルタ７５，７６に入力される信号の周波数が十分低い場合、出力される信号の位相の進みはほぼ１８０度である。一方、バターワースフィルタ７５，７６に入力される信号の周波数が十分高い場合、出力される信号の位相の進みはほぼ０度となる。また、バターワースフィルタ７５，７６に入力される信号の周波数が所定周波数ｆｃである場合、出力される信号の位相の進みは９０度となる。したがって、このようなバターワースフィルタ７５，７６が縦続接続されたハイパスフィルタ５２の位相特性は図６の様になる。ところで、図６に示す位相特性と、図４に示す位相特性とでは、位相が３６０度ずれている。このため、入力される音声信号Ｓ０の周波数に関わらず、ローパスフィルタ５１から出力される音声信号Ｓ１の位相とハイパスフィルタ５２から出力される音声信号Ｓ２の位相とは一致することになる。

具体的には、例えば図７に示すように、周波数ｆｃの音声信号Ｓ０がローパスフィルタ５１に入力されると、音声信号Ｓ１の位相は音声信号Ｓ０に位相に対して１８０度遅れる。一方、図８に示すように、周波数ｆｃの音声信号Ｓ０がハイパスフィルタ５２に入力されると、音声信号Ｓ２の位相は音声信号Ｓ０に位相に対して１８０度進む。このように、ローパスフィルタ５１では位相が遅れ、ハイパスフィルタ５２では位相が進むものの、音声信号Ｓ１，Ｓ２の位相はともに１８０度になり一致する。

アンプ５３（第１出力部）は、ローパスフィルタ５１から出力される音声信号Ｓ１に対して係数Ａ１（第１の係数）を乗算して出力する。つまり、アンプ５３は、音声信号Ｓ１を係数Ａ１倍し、音声信号Ｓ３として出力する。

アンプ５４（第２出力部）は、アンプ５３と同様に、ハイパスフィルタ５２から出力される音声信号Ｓ２を係数Ａ２（第２の係数）倍し、音声信号Ｓ４として出力する。なお、係数Ａ１，Ａ２のそれぞれは、初期値として例えば“１”が設定されていることとする。また、アンプ５３，５４での音声信号Ｓ１，Ｓ２の位相の遅れは等しくなるようにアンプ５３，５４は設計されているため、音声信号Ｓ３，Ｓ４の位相は等しい。

加算部５５は、音声信号Ｓ３，Ｓ４を加算し、ＤＡコンバータ４２に出力する。ＤＡコンバータ４２は、加算部５５で加算された信号をスピーカ（不図示）で再生すべく、アナログ信号に変換する。

ノイズ検出部６０は、デジタル化されたＩＦ信号に基づいて、音声信号Ｓ０の音質を悪化させるノイズが発生しているか否かを検出する。具体的には、ノイズ検出部６０は、例えば、マルチパスノイズ、若しくは隣接チャネルのノイズ等のノイズの有無を検出する。そして、ノイズ検出部６０は、ノイズが有ることを検出すると、ハイレベル（以下、“Ｈ”レベル）の検出信号Ｓｄを出力し、ノイズが無いことを検出すると、ローレベル（以下、“Ｌ”レベル）の検出信号Ｓｄを出力する。

係数制御部６１は、“Ｈ”レベルの検出信号Ｓｄが出力されると、係数Ａ１を初期値である“１”から、例えば“２”へと増加させ、係数Ａ２を初期値である“１”から、例えば“０”へと減少させる。このため、ノイズ検出後においては、音声信号Ｓ３の振幅は２倍となるが、音声信号Ｓ４はゼロとなる。また、係数制御部６１は、“Ｌ”レベルの検出信号Ｓｄが出力されると、係数Ａ１を“２”から初期値である“１”へ減少させ、係数Ａ２を“０”から初期値である“１”へと増加させる。

＝＝ノイズが発生した場合のラジオ受信機１０の動作の一例＝＝
図９は、ノイズが発生した場合のラジオ受信機１０の動作を説明するための図である。なお、図９では、可聴域の音声信号のうち、便宜上所定周波数ｆｃの信号のみを描いている。また、ローパスフィルタ５１、ハイパスフィルタ５２の遮断周波数はともに周波数ｆｃであり、位相特性も同じであるため、音声信号Ｓ１，Ｓ２の振幅、位相は等しくなる。

例えばマルチパスノイズが発生する時刻ｔ０より前の期間においては、検出信号Ｓｄは“Ｌ”レベルであるため、係数Ａ１，Ａ２はともに“１”である。したがって、音声信号Ｓ１，Ｓ２と等しい音声信号Ｓ３，Ｓ４が出力される。そして、音声信号Ｓ３，Ｓ４は加算されるため、音声信号Ｓ３，Ｓ４の振幅の２倍の振幅を有する音声信号Ｓ５が出力される。

時刻ｔ０にマルチパスノイズが発生すると、検出信号Ｓｄは“Ｈ”レベルとなる。このため、係数Ａ１は“１”から“２”へと増加し、係数Ａ２は“１”から“０”へと減少する。したがって、音声信号Ｓ３の振幅は音声信号Ｓ１の振幅の２倍となり、音声信号Ｓ４の振幅はゼロとなる。なお、係数Ａ２が“０”となると、マルチパスノイズの影響をより受ける信号を多く含むハイパスフィルタ５２から出力はゼロとなる。したがって、音声信号Ｓ５においては、マルチパスノイズの影響は抑制される。また、音声信号Ｓ３が音声信号Ｓ５として出力されるため、時刻ｔ０においても音声信号Ｓ５の振幅は変化しない。

そして、時刻ｔ１にマルチパスノイズが無くなると、検出信号Ｓｄは“Ｌ”レベルとなる。このため、係数Ａ１は“２”から“１”へと減少し、係数Ａ２は“０”から“１”へと増加する。したがって、時刻ｔ０以前の状態の音声信号Ｓ３〜Ｓ５が出力されることになる。

以上、本実施形態のラジオ受信機１０について説明した。ＤＳＰ４１では、ノイズが有ることが検出されると、ノイズの影響を受け易い高域の音声信号Ｓ２が減衰される。このため、ＤＳＰ４１から出力される音声信号Ｓ５において、ノイズの影響を抑制できる。さらに、ローパスフィルタ５１、及びハイパスフィルタ５２の位相特性は等しく、位相ずれの無い音声信号Ｓ３，Ｓ４が加算される。したがって、音声信号Ｓ５の位相が急激に変化することは無いため、音質の良い音声信号Ｓ５が再生される。このように、ＤＳＰ４１は、音声信号Ｓ０に対するノイズを除去しつつ、音質の良い音声信号Ｓ５を出力することが可能である。

また、ノイズが無いことが検出されると、係数Ａ２は初期値である“１”まで増加する。したがって、スピーカで再生される音声信号Ｓ５には、再び低域成分の音声信号Ｓ３と高域成分の音声信号Ｓ４が含まれることになり、音質の良い音声が再生される。

また、ノイズが有ることが検出された際には、係数Ａ１を変化させず、例えば係数Ａ２のみを減少させればノイズの影響は抑制できる。ただし、このような場合、音声信号Ｓ５の振幅が小さくなるため、スピーカで再生される音声の音量も低下する。本実施形態では、ノイズが検出されると係数Ａ１が増加されるため、ノイズの影響を抑制しつつ、スピーカで再生される音声の音量の低下を防ぐことができる。

また、ノイズが無いことが検出されると、係数Ａ１は初期値である“１”まで減少する。このため、ＤＳＰ４１は、入力される音声信号Ｓ０を正確に再生することが可能となる。

また、位相ずれの無い音声信号Ｓ３，Ｓ４を生成するためには、ローパスフィルタ５１の位相特性と、ハイパスフィルタ５２の位相特性とが同じであれば良い。

このため、例えば、１次のローパスフィルタ（遮断周波数ｆｃ）を４つ縦続接続したフィルタをローパスフィルタ５１として用い、１次のハイパスフィルタ（遮断周波数ｆｃ）を４つ縦続接続したフィルタをハイパスフィルタ５２として用いても良い。また、２次のローパス・チェビシェフフィルタ（遮断周波数ｆｃ）を２つ縦続接続したフィルタをローパスフィルタ５１として用い、２次のハイパス・チェビシェフフィルタ（遮断周波数ｆｃ）を２つ縦続接続したフィルタをハイパスフィルタ５２として用いても良い。なお、ここでは、ローパスフィルタ５１の位相特性と、ハイパスフィルタ５２の位相特性とが３６０度ずれている例を説明したが、例えば７２０度ずれていても良い。ただし、例えばチェビシェフフィルタ等を用いた場合、チェビシェフフィルタから出力される信号にリップル等が発生することがある。このため、本実施形態のように、例えばバターワースフィルタ７０，７１で構成されるリンクウィッツ・ライリーフィルタ（ローパスフィルタ５１）を用いる方が、音質の低下を防ぐことができる。

なお、上記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、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

アンプ５３，５４の係数Ａ１，Ａ２はともに“１”であり、アンプ５３，５４は音声信号Ｓ１，Ｓ２の振幅を変化させずに出力しているがこれに限られない。例えば、アンプ５３，５４の係数Ａ１，Ａ２に“１”より大きな値（例えば、“２”）を用い、音声信号Ｓ１，Ｓ２を増幅させても良い。また、ＤＳＰ４１の各ブロックは、ハードウエアで構成されていても良い。

１０ラジオ受信機
２０アンテナ
２１チューナ
２２システムＬＳＩ
４０ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
４１デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
４２ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
５０ＩＦ処理部
５１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
５２ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
５３，５４アンプ
５５加算部
６０ノイズ検出部
６１係数制御部
７０，７１，７５，７６バターワースフィルタ

Claims

放送信号を受信するチューナからの出力に基づいて生成される音声信号に対するノイズの有無を検出するノイズ検出部と、
所定の位相特性を有し、所定周波数より低い帯域の前記音声信号を通過させる低域通過フィルタと、
前記所定の位相特性を有し、前記所定周波数より高い帯域の前記音声信号を通過させる高域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタから出力される信号を第１の係数倍して出力する第１出力部と、
前記高域通過フィルタから出力される信号を第２の係数倍して出力する第２出力部と、
前記第１及び第２出力部のそれぞれから出力される信号を加算する加算部と、
前記ノイズが有ることを前記ノイズ検出部が検出すると、前記第２の係数が前記第１の係数より小さくなるよう前記第２の係数を減少させる係数制御部と、
を備えることを特徴とする音声信号処理回路。
請求項１に記載の音声信号処理回路であって、
前記係数制御部は、
前記ノイズ検出部が、前記ノイズが有ることを検出した後に前記ノイズが無いことを検出すると、前記第２の係数の値を前記ノイズが有ることが検出される前の値とすべく前記第２の係数を増加させること、
を特徴とする音声信号処理回路。
請求項１または請求項２に記載の音声信号処理回路であって、
前記係数制御部は、
前記ノイズが有ることを前記ノイズ検出部が検出すると、前記第２の係数が前記第１の係数より小さくなるよう前記第２の係数を減少させるとともに、前記第１の係数を増加させること、
を特徴とする音声信号処理回路。
請求項３に記載の音声信号処理回路であって、
前記係数制御部は、
前記ノイズ検出部が、前記ノイズが有ることを検出した後に前記ノイズが無いことを検出すると、前記第１の係数の値を前記ノイズが有ることが検出される前の値とすべく前記第１の係数を減少させること、
を特徴とする音声信号処理回路。
請求項１〜４の何れか一項に記載の音声信号処理回路であって、
前記低域通過フィルタ及び前記高域通過フィルタは、リンクウィッツ・ライリーフィルタであること、
を特徴とする音声信号処理回路。